dsp課程設(shè)計報告--tms320c5416的信道編碼器設(shè)計

1、<p>　　嵌入式系統(tǒng)A（DSP）課程設(shè)計報告</p><p>　　題 目 TMS320C5416的信道編碼器設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院 自動化與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué) 號

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　任課教師 </p><p>　　完成日期 </p><p><b>　　摘要</b>

3、</p><p>　　摘 要 循環(huán)碼是一種系統(tǒng)碼，通常前K位是信息碼元，后R位是監(jiān)督碼元。它除具有線性分組碼的一般性質(zhì)外，還具有循環(huán)性，也據(jù)好循環(huán)性，也就是說當(dāng)循環(huán)碼中的任一碼組循環(huán)移動一位后，所的的碼組仍為該循環(huán)碼的一個準(zhǔn)用碼組。它是在嚴密的代數(shù)基礎(chǔ)上建立起來的，具有許多特殊代數(shù)的性質(zhì)，因此有助于按照所要求的糾錯能力系統(tǒng)的構(gòu)成這類碼，并且簡化譯碼方法。循環(huán)碼還具易實現(xiàn)的特點，編碼和譯碼的設(shè)備都不太復(fù)雜，而且性能

4、良好，不僅能糾正獨立的隨機錯誤，也能糾正突發(fā)錯誤。本課程設(shè)計主要介紹了循環(huán)碼的特點以及循環(huán)碼的編、譯碼原理在DSP課程設(shè)計中，系統(tǒng)應(yīng)用平臺為TIC5416芯片，使用CCS軟件，通過正確編寫并運行程序，進行仿真，使得運行結(jié)果與理論分析一致，實現(xiàn)設(shè)計目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞 DSP；循環(huán)碼；編碼；譯碼；CCS；仿真</p><p><b>　　目 錄</b>&

5、lt;/p><p>　　摘要………………………………………………………………….………………….......1</p><p>　　1 引言………………………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 選題的背景與意義…………………….………………………….………………4</p><p>　　1.2 TMS32

6、0C5416DSP及開發(fā)系統(tǒng)的特點………………………………..………….4</p><p>　　1.3 TMS320C5416DSP在音頻處理領(lǐng)域中的應(yīng)用…………………………………4 </p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………….….5</p><p>　　2 整體設(shè)計……………………………………………………….………

7、…………………5</p><p>　　2.1整體方案的選擇………………………………………………………….………..5</p><p>　　2.2各模塊功能的概述…………………………………………………….…….……..6</p><p>　　3具體模塊（或硬件/軟件/程序）分析…………………………….……………...9</p><p>　　3.

8、1 生成多項式和循環(huán)碼的生成矩陣……………………………….………………8</p><p>　　3.2 系統(tǒng)原理圖……………………………………………………………….............9</p><p>　　4系統(tǒng)調(diào)試及運行結(jié)果…………..…..…..………..……………………………………..10</p><p>　　5 設(shè)計總結(jié)與展望……………………………………

9、…………………………………….13</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　循環(huán)碼是線性分組碼中最重要的一種子類，是目前研究得比較成熟的一類碼。循環(huán)碼具有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)，這些性質(zhì)有助于按照要求的糾錯能力系統(tǒng)地構(gòu)造這類碼，并且簡化譯碼算法，并且目前發(fā)現(xiàn)的大部分線性碼與循環(huán)碼有密切關(guān)系。循環(huán)碼還有易于實現(xiàn)的特點，很容易用帶反饋的移位寄存器實

10、現(xiàn)其硬件。正是由于循環(huán)碼具有碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)清晰、性能較好、編譯碼簡單和易于實現(xiàn)的特點，因此在目前的計算機糾錯系統(tǒng)中所使用的線性分組碼幾乎都是循環(huán)碼。它不僅可以用于糾正獨立的隨機錯誤，而且也可以用于糾正突發(fā)錯誤。它具有下面性質(zhì)：1、封閉性（線性性）。任何許用碼組的線性和還是許用碼組。由此性質(zhì)可以知線性碼都是全零碼，且最小碼距就是碼重。2、循環(huán)性。任何許用的碼組循環(huán)移位后的碼組還是許用碼組。3、每個信息碼組長度k＝3,則有23=8個不同的信息

11、碼組。4、每個信息組加四個監(jiān)督碼元，信息碼C6 C5 C4 監(jiān)督碼C3 C2 C1 C0</p><p><b>　　例如：</b></p><p>　　則這組碼元稱為（7,3）線性分組碼上式可以完整地表示為:</p><p>　　C6=1*C6+0*C5+0*C4</p><p>　　C5=0*C6+1*C5+0*C4

12、</p><p>　　C4=0*C6+0*C5+0*C4</p><p>　　C3=1*C6+0*C5+1*C4</p><p>　　C2=1*C6+1*C5+1*C4</p><p>　　C1=1*C6+1*C5+0*C4</p><p>　　C0=0*C6+1*C5+1*C4</p><p>

13、;　　本課程實際主要是通過仿真糾錯編碼系統(tǒng)（開發(fā)平臺為TIC5416芯片）。對輸入隨機數(shù)字信號進行循環(huán)糾錯編碼后，送入含噪信道，在接收端再進行解碼和檢糾錯，改變信道誤碼率大小，測試接收信號與發(fā)送信號之間的誤碼率，分析該種糾錯編碼系統(tǒng)的抗噪聲性能。模型設(shè)計應(yīng)該符合工程實際，模塊參數(shù)設(shè)置必須與原理相符合，處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。</p><p>　　1.1 選題的背景與意義</p>

14、<p>　　綜合運用我們所學(xué)過的知識，以達到鞏固所學(xué)知識，提高我們思考問題、分析問題和解決問題能力的目的。進一步學(xué)習(xí)了循環(huán)碼編、譯碼原理，循環(huán)碼要通過DSP實現(xiàn)編寫程序，仿真出循環(huán)碼編碼前和譯碼后，以及糾錯后的波形了解信道編碼技術(shù)，學(xué)習(xí)使用CCS5000實驗了解DSP中.asm,以及.cmd文件的使用方法的基本功能。</p><p>　　1.2 TMS320C5416DSP及開發(fā)系統(tǒng)的特點</p&

15、gt;<p>　　TMS320C5416DSP芯片，是一種低功耗、高性能的定點DSP芯片。它的主要特點有：運算速度快，可達160 MIPS。優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有1個40位的算術(shù)邏輯單元(ALU)、2個40位的累加器、2個40位的加法器、1個乘法器和1個40位的桶型移位器、有4條內(nèi)部總線和2個地址發(fā)生器。多總線結(jié)構(gòu)：包括3條獨立的16位數(shù)據(jù)總線和1條23位的地址總線。低功耗方式：TMS320C5416DSP可以在3．3

16、V，1．6 V的低電壓下工作，3種低功耗方式(IDLE1，IDLE2和IDLE3)可以節(jié)省DSP功耗。智能外設(shè)：包括軟件可編程等待狀態(tài)寄存器、可編程PLL時鐘發(fā)生器、1個16位的計數(shù)器、6個DMA控制器、3個多通道緩沖串行口(McBSP0-2)和與外部處理器通信的HPI(Host Post Interface)接口。</p><p>　　CCS是TI推出的用于開發(fā)其DSP芯片的集成環(huán)境（IDE）。CCS是一個開放

17、環(huán)境可以通過設(shè)置不同的驅(qū)動完成不同環(huán)境的支持，CCS setup配置程序是用來定義DSP芯片和目標(biāo)板類型。本課程設(shè)計采用的是CCS5000。 </p><p>　　1.3在音頻處理領(lǐng)域中的應(yīng)用</p><p>　　DSP 技術(shù)在音頻處理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。目前，在很多語音處理系統(tǒng)中都用到了語音錄放模塊，采集現(xiàn)場的聲音并存儲起來供以后回放。語音處理系統(tǒng)的實時性、功耗、體積、以及對語

18、音信號的保真度都是很影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王金龍．DSP設(shè)計與實驗教程．機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[2] 周霖．DSP通信工程技術(shù)應(yīng)用．國防工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[3] 曹志剛，錢亞生．現(xiàn)代通信原理．清華

19、大學(xué)出版社，1992</p><p>　　[4] 苗長云等主編．現(xiàn)代通信原理及應(yīng)用．電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[5] 桑林，郝建軍，劉丹．?dāng)?shù)字通信．北京郵電大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[6] 樊昌信，曹麗娜．通信原理．國防工業(yè)出版社，2008</p><p><b>　　2 整體設(shè)計</b&g

20、t;</p><p>　　2.1整體方案的選擇 </p><p>　　算法模擬階段。在這一階段主要是根據(jù)設(shè)計任務(wù)確定系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需求進行算法仿真和高級語言 （如MATLAB）模擬實現(xiàn)，以確定最佳算法，并初步 確定相應(yīng)的參數(shù)。</p><p>　　DSP 芯片及外圍芯片的確定階段。根據(jù)算法的運算速度、運算精度和存儲要求等參數(shù)選擇DSP 芯片及外圍芯片

21、。 </p><p>　　軟硬件設(shè)計階段。首先按照選定的算法和DSP 芯片，對系統(tǒng)的哪些功能用軟件實現(xiàn)，哪些功能用硬件實現(xiàn)進行初步分工。然后，根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求著手進行硬件設(shè)計，完成DSP芯片外圍電路和其它電路，根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求和所確定的硬件編寫。 </p><p>　　硬件和軟件調(diào)試階段。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進行。軟件調(diào)試一般借助DSP 開發(fā)工具如軟件模擬器、DSP 開發(fā)系統(tǒng)

22、或仿真器進行。</p><p>　　系統(tǒng)集成和測試階段。硬件和軟件調(diào)試分別調(diào)試完成后，將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)，裝入所設(shè)計的系統(tǒng)，形成所謂的樣機，并在實際系統(tǒng)中運行，以評估樣機是否達到了所要求的技術(shù)指標(biāo)。若系統(tǒng)測試符合指標(biāo)，則樣機的設(shè)計完畢。</p><p>　　DSP系統(tǒng)設(shè)計流程圖 </p><p>　　2.2各模塊功能的概述 </p><p>

23、<b>　　循環(huán)碼概述</b></p><p>　　循環(huán)碼最大的特點就是碼字的循環(huán)特性，所謂循環(huán)特性是指：循環(huán)碼中任一許用碼組經(jīng)過循環(huán)移位后，所得到的碼組仍然是許用碼組。若（  …  ）為一循環(huán)碼組，則（ … ）、（ … ）、……還是許用碼組。也就是說，不論是左移還是右移，也不論移多少位，仍然是許用的循環(huán)碼組。</p><p>

24、<b>　　軟件模塊</b></p><p>　　DSP軟件發(fā)送數(shù)據(jù) DSP軟件接收數(shù)據(jù)</p><p><b>　　編碼模塊</b></p><p>　　為了方便對編碼結(jié)果進行驗證，程序使用探針（Probe Point）從PC文件中讀取比特數(shù)據(jù)，編碼完成后再用探針將其寫入PC文件，其(5，2

25、)循環(huán)碼的編譯流程如下圖。</p><p>　?。?,2）循環(huán)碼編碼流程圖 </p><p>　?。?,2）循環(huán)碼譯碼流程圖</p><p><b>　　3具體模塊分析</b></p><p>　　3.1生成多項式和循環(huán)碼的生成矩陣</p><p>　　循環(huán)碼完全由其碼長n和生成多項式構(gòu)成。其中

26、g（D）是一個能除盡的n-k階多項式。階數(shù)低于n并能被g（D）除盡的一組多項式就構(gòu)成一個（n，k）循環(huán)碼。也就是說，階數(shù)小于n-1且能被g（D）除盡的每個多項式都是循環(huán)碼的許用碼組。</p><p>　?。ㄈ?碼字除外）稱為生成多項式，用g(x)表示?？梢宰C明生成多項式g(x)具有以下特性： （1）g(x)是一個常數(shù)項為1的r=n-k次多項式；（2）g(x)是Xn+1的一個因式；（3）該循環(huán)碼中其它碼多項式都是g

27、(x)的倍式。 為了保證構(gòu)成的生成矩陣G的各行線性不相關(guān)，通常用g(x)來構(gòu)造生成矩陣，這時，生成矩陣G(x)可以表</p><p>　　其中，因此，一旦生成多項式g(x)確定以后，該循環(huán)碼的生成矩陣就可以確定，進而該循環(huán)碼的所有碼字就可以確定。顯然，式（8-28）不符合形式，所以此生成矩陣不是典型形式，不過，可以通過簡單的代數(shù)變換將它變成典型矩陣。</p><p>　?。?，2

28、）循環(huán)碼的全部碼字如下表：</p><p>　　通過上表可以構(gòu)造（5，2）循環(huán)碼生成矩陣和生成多項式，這個循環(huán)碼主要參數(shù)為，n＝5，k＝2，r＝3。從表中可以看到，其生成多項式可以用第2碼字構(gòu)造</p><p>　　g(x)=x3+x2+1</p><p>　　G= 10110</p><p><b>　　01101</b

29、></p><p>　　在實際循環(huán)碼設(shè)計過程中，通常只給出碼長和信息位數(shù)，這就需要設(shè)計生成多項式和生成矩陣，這時可以利用g(x)所具有基本特性進行設(shè)計首先，生成多項式g(x)是的一個因式，其次g(x)是一個r次因式。因此，就可以先對進行因式分解，找到它的r次因式。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　

30、C5416它的主要特點有：運算速度快，可達160 MIPS。優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)：內(nèi)部有1個40位的算術(shù)邏輯單元(ALU)、2個40位的累加器、2個40位的加法器、1個乘法器和1個40位的桶型移位器、有4條內(nèi)部總線和2個地址發(fā)生器。多總線結(jié)構(gòu)：包括3條獨立的16位數(shù)據(jù)總線和1條23位的地址總線。低功耗方式：TMS320C5416DSP可以在3．3 V，1．6 V的低電壓下工作，3種低功耗方式(IDLE1，IDLE2和IDLE3)可以節(jié)省DS

31、P功耗。智能外設(shè)：包括軟件可編程等待狀態(tài)寄存器、可編程PLL時鐘發(fā)生器、1個16位的計數(shù)器、6個DMA控制器、3個多通道緩沖串行口(McBSP0-2)和與外部處理器通信的HPI(Host Post Interface)接口。此最小系統(tǒng)包括HPI主機接口,MCBSP串行接口，因為用來與外設(shè)連接，所以沒有畫出外設(shè)，此外包括時鐘系統(tǒng)，電源系統(tǒng)，JTAG仿真接口。</p><p><b>　　最小系統(tǒng)原理圖&l

32、t;/b></p><p>　　4系統(tǒng)調(diào)試及運行結(jié)果</p><p><b>　　功能調(diào)試</b></p><p>　　一、下面介紹具體實現(xiàn)步驟：</p><p>　　新建一個工程，這里假設(shè)工程所在目錄以及名稱為:C:\ti\myprojects\encode。</p><p>　　新建一個

33、.asm源文件，其源代碼見附件所示，將其寫入并保存在工程所在目錄中。這里假設(shè)該文件所在目錄及文件名稱為C:\ti\myprojects\encode\encode.asm。具體的程序如下：</p><p>　　CRC:STM #(DATA_ADDR),AR6 ;得到輸入數(shù)據(jù)的地址</p><p>　　LED *AR6+,A ;得到第一個數(shù)據(jù)加

34、載到寄存器A</p><p>　　AND #00FFh,A ;屏蔽到A的高位數(shù)據(jù)</p><p>　　LD #AR6+,8,B ;第二個數(shù)據(jù)加載到寄存器B的高位</p><p>　　RPTB CRC_ONCE_END-1 ;循環(huán)開始 </p><p>　　AND

35、 #00FF00h,B ;屏蔽掉B的低位數(shù)據(jù)</p><p>　　ANDM #00FFh,*AR6 ; </p><p>　　OR *AR6+,B ;第三個數(shù)據(jù)加載到寄存器B的低位</p><p>　　ADD #TABLE_ADDR,A ;得到表格中所要數(shù)據(jù)的實際地址&

36、lt;/p><p>　　READA *(table_data)</p><p>　　LD *(table_data),A ;到數(shù)據(jù)加載到寄存器A</p><p>　　XORA,B ;將所得到的表中數(shù)據(jù)與實際的數(shù)據(jù)異或</p><p>　　STM#0,B

37、 ;寄存器B的高位賦0</p><p>　　LD B, _8 ;將寄存器B中的高8位數(shù)據(jù)賦值給A作為新的相對地址</p><p>　　STEB,8 ;寄存器也左移8位，空出低8位加載新數(shù)據(jù)</p><p><b>　　NOP</b></p>

38、;<p>　　CRC_ONCE_END ;循環(huán)結(jié)束</p><p>　　新建一個.cmd文件，其源代碼如下，將其寫入并保存在工程所在目錄。這里假設(shè)該文件所在目錄及文件名稱為C:\ti\myprojects\encode\encode.cmd。其cmd程序如下：</p><p>　　encode.obj</p><p>

39、　　-o encode.out</p><p>　　-m encode. map</p><p><b>　　-e start</b></p><p><b>　　MEMORY</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b&

40、gt;　　PAGE 0:</b></p><p>　　VECS:origin = 0xff80,length = 0x80</p><p>　　PROG:origin = 0x1000,length = 0x1000</p><p><b>　　PAGE 1:</b></p><p>　　DATA:

41、origin = 0x2000,length = 0x1000</p><p>　　STACK:origin = 0x3000,length = 0x1000</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　SECTIONS</b></p><p><b>　　

42、{</b></p><p>　　.vectors:{}>VECS PAGE 0</p><p>　　.text:{}>PROG PAGE 0</p><p>　　.data:{}>DATA PAGE 1</p><p><b>　　}</b></p>&l

43、t;p>　　將以上兩個文件添加到步驟（1）所建的工程中，至此關(guān)于循環(huán)編碼的工程已經(jīng)建好。此時工程視圖窗口應(yīng)如下圖所示。</p><p><b>　　循環(huán)碼工程圖</b></p><p>　　為方便編輯，本課程設(shè)計采用的PC文件為文本文件。這里可將新建編碼數(shù)據(jù)Unencode_Data.txt文件復(fù)制到工程所在目錄下，作為輸入使用，同時在該目錄下新建一個文本文件（

44、后綴為.txt）作為輸出使用，假定其文件名con_encodebits.txt。這里需要主要的是，Unencode_Data.txt作為DSP讀取的數(shù)據(jù)文件，它需要滿足一定的格式，即在數(shù)據(jù)前要加入文件頭，對于本例格式如下圖所示。</p><p><b>　　比特數(shù)據(jù)圖</b></p><p>　　執(zhí)行菜單命令“project”—“rebuild all”對工程進行編譯

45、、匯編和鏈接，然后執(zhí)行菜單命令“file”—“l(fā)oad Program”，選擇“encode.out”并打開，將Build生成的程序加載到DSP中，此時匯編窗口出現(xiàn)如圖所示的標(biāo)志。</p><p>　　設(shè)置FileI/O從PC文件中讀取數(shù)據(jù)，設(shè)置完成以后如圖所示。</p><p><b>　　文件輸入設(shè)置圖</b></p><p>　　設(shè)置Fi

46、leI/O從PC文件中寫入數(shù)據(jù)，設(shè)置完成以后如圖所示：</p><p><b>　　文件輸入設(shè)置完成圖</b></p><p>　　運行程序，當(dāng)處理完所有輸入比特數(shù)據(jù)后，單擊確定進入下一步。</p><p>　　打開輸入和輸出數(shù)據(jù)文件以及MATLAB中生成的編碼數(shù)據(jù)文件Encode_Data.txt進行對比，驗證編碼程序是否正確，如果所示。&l

47、t;/p><p><b>　　編碼前后對比圖</b></p><p>　　5 設(shè)計總結(jié)與展望</p><p><b>　　總結(jié)和展望</b></p><p>　　通過以上內(nèi)容可以實現(xiàn)二進制循環(huán)碼編碼和解碼設(shè)計和仿真目的，并能在譯碼過程中實現(xiàn)數(shù)無失真的恢復(fù)原始信號。 </p><p&

48、gt;　　本次課程設(shè)計在剛開始的過程中無從下手，手忙腳亂，時間又緊迫，不懂相關(guān)原理，不知道做課程設(shè)計的步驟，后來通過查看資料，先弄明白其原理，然后對照原理圖建立模塊，在模塊建立后遇到了一些問題，但通過有效的方法，網(wǎng)上查找相關(guān)資料實在不懂就向老師請教，最終了解清楚此課程設(shè)計所需的算法，了解課程設(shè)計的核心部分，從而正確建立模塊和設(shè)置參數(shù)，最后用理論進行驗證，得到運行結(jié)果與理論結(jié)果一致。這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多東西，不僅鍛煉了我的動手能力，