FIR滤波器程序的编写

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1、目录1.引言.错误！未定义书签。2.FIR滤波器基本原理.错误！未定义书签。2.1两种FIR滤波器的框图及原理.错误！未定义书签。2.2用DSP实现的数字FIR滤波器的优点.错误！未定义书签。3.FIR滤波器的设计方法.错误！未定义书签。4.FIR滤波器的c54x实现.错误！未定义书签。5.FIR滤波器的实例设计.错误！未定义书签。5.1编写滤波器序列.错误！未定义书签。5.2汇编源程序主程序的编写.错误！未定义书签。5.3中断向量表的编写.错误！未定义书签。5.4相关的连接命令文件.错误！未定义书签。5.5程序在CCSC5000中编译.错误！未定义书签。6.设计心得.错误！未定义书签。7.参

2、考文献.错误！未定义书签。0引言在数字信号处理中,滤波占有及其重要的地位。数字滤波是谱分析、雷达信号处理、通信信号处理等应用中的基本处理算法，它能够满足滤波器对幅度和相位的严格要求，解决了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题，同时有很高的可编程性和灵活性。数字滤波是DSP最基本的应用领域，一个DSP芯片执行数字滤波算法的能力反应了这种芯片的功能强弱，用DSP实现的数字滤波器可以十分方便地改变滤波器的特性。2.FIR滤波器基本原理2.1两种FIR滤波器的框图及原理对于FIR数字滤波器来说，它的实现一般采用非递归的算法，图2.1给出的是直接型和转置型FIR滤波器的机构图。输入x(n

3、)DDDh0h1hN-2-hN-1输出y（n）多输入加法器（a）直接型横向滤波器输入x(nhN-1hN-2-1h1h0输出y（n）DDD（b）转置型横向滤波器图2.1直接型和转置型FIR滤波器结构图FIR数字滤波器的差分方程表达式为：Ny(n)=h(i)x(n-i)其中N为FIR滤波器的阶数，FIR滤波器的单位脉冲响应h(n)是一个有限长序列。在数字信号处理应用中往往需要设计线性相位的滤波器，FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性。为了是滤波器满足线性相位条件，要求其单位脉冲响应h(n)为实序列，且满足偶对称或奇对称条件，即h(n)=h(N-1-n)或h(n

4、)=-h(N-1-n)。这样，当N为偶数时，偶对称线性相位FIR滤波器的差分方程表达式为：y(n)=N/2-1h(i)(x(n-i)+x(N-1-n-i)由上可见，FIR滤波器不断地对输入样本x(n)延时后，再作乘法累加运算，将滤波结果y(n)输出，因此，FIR实际上是一种乘法累加运算。而对于线性相位FIR而言，利用线性相位FIR滤波器系数的对称特性，可以采用结构精简的FIR结构将乘法器数目减少一半，但加法器数目不变，这时乘法操作数和加法操作次数是1：2。事实上，线性相位FIR滤波器是用得最多的FIR滤波器。2.2用DSP实现的数字FIR滤波器的优点在数字滤波器中，FIR滤波器的最主要的特点是

5、没有反馈回路，故不存在不稳定的问题；同时，可以在幅度特性随意设置的同时，保证精度、严格的线性相位。稳定和线性相位特性是FIR滤波器的突出优点。FIR滤波器常表示为直接型和转置型两种结构，其功能是等效的。在用专用DSP或FPGA等硬件设计长阶数FIR滤波器时，常采用转置型结构，因为这种结构便于设计成大量规则排列、形式相同的乘法/累加器阵列，避免了直接型中的多输入加法器在长阶数时的实现困难。在用通用定点DSP实现FIR滤波器时，更多的是采用直接型结构，对于C54X来说，其单乘法器、双累加器结构更适合于对称FIR实现；如果采用转置结构，因为定点DSP仅乘法/累加器是32位或40位的，数据存储器都是1

6、6位的，用16位存储器保证FIR滤波器每级乘法/累加器输出的中间结果比较麻烦，程序效率也降低了。23.FIR滤波器的设计方法FIR滤波器的设计方法主要有窗函数法和频率采样法，其中，窗函数法是最基本的方法。窗函数法的过程是：设期望的滤波器理想响应为Hd(ej)，需要寻找一个传递函数H(ej)N-1h(n)e-j去逼近Hd(ej)，其中最直接的方法就是将Hd(ej)的时域响应hd(n)用一个矩形窗RN（n）进行截断，从而得到一个长度为N的序列h(n)，即令h(n)=hd(n)RN（n）理想响应Hd(ej)与其时域响应hd(n)也有Hd(ej)hd(n)e-j的关系，通常hd(n)是一个关于原点n0

7、对称的无限长序列，截断后的h（n）还应进行右移以形成一个因果的FIR滤波器，即在nN，其中k是整数，N是FIR滤波器的级数，而且循环缓冲区的起始地址必须对准2k边界，即循环缓冲区基地址的k个最低有效位必须为0，如N31是，循环缓冲区必须从二进制地址xxxxxxxxxxx000002开始。可见，在循环寻址实现FIR滤波器时，首先将N值加载到BK寄存器中，然后指定一个辅助寄存器ARx指向循环缓冲区，并根据ARx的低k位作为循环缓冲区的偏移量进行所规定的寻址操作。寻址完成后，根据循环寻址算法修正这个偏移量，并返回ARx的低k为。下面是利用循环缓冲区和双操作数寻址方法实现的FIR滤波器程序。设N5，y

8、（n）a0x（n）+a1（n-1）+a2（n-2）+a3（n-3）+a4（n-4），且存放a0a4的系数表在ROM中，存放数据的循环缓冲区在DARAM中。程序如下：.mmregs.defstart.bssy,1Xn.usect“xn”,5A0.usect“a0”,5PA0.set0PA1.set1.dataTable:.word1*32786/10;a0=0.1=0x0ccc.word2*32786/10;a1=0.2=0x1999.word3*32786/10;a2=0.3=0x2666.word4*32786/10;a3=0.4=0x3333.word5*32786/10;a4=0.5=0

9、x4000.textStart:SSBXFRCT;小数乘法STM#a0,AR1;AR1指向a0RPT#4;传送5个系数至数据空间MVPDtable.*AR1+STM#xn+4,AR3;AR3指向x（n-4）STM#a0+4,AR4;AR4指向a46STM#5,BK;循环缓冲区长度BK5STM#-1,AR0;AR0-1，双操作数减量LD#xn,DPPORTRPA1,xn;输入x（n）FIR:RPTZA,#4;A清零，共迭代5次MAC*AR3+0%,*AR4+0%,A;双操作数乘法累加STHA,y;保存y（n）PORTWy,PA0;输出y（n）BDFIR;循环PORTRPA1,*AR3+0%;输入

10、新数据ENDFIR滤波器的实例设计5.1编写滤波器序列由已知的滤波器的系数可得滤波器的序列为：.datahtab:.word-10*32768/1000.word-10*32768/1000.word40*32768/1000.word60*32768/1000.word80*32768/1000.word-50*32768/1000.word-60*32768/1000.word70*32768/1000.word-80*32768/1000.word-90*32768/1000.word98*32768/1000.word-90*32768/1000.word80*32768/1000.w

11、ord-70*32768/1000.word60*32768/10007.word-50*32768/1000.word-80*32768/1000.word60*32768/1000.word40*32768/1000.word-10*32768/1000.word-10*32768/1000.word00*32768/1000.word00*32768/1000.word00*32768/1000.word00*32768/1000.word00*32768/1000.word00*32768/1000.word00*32768/10005.2汇编源程序主程序的编写采用循环缓冲区实现FIR

12、滤波器的程序如下：.mmregs.includehtable.inc.includextable.inc.defstarthtabcnt.set20xtabcnt.set80STACK.usect.stack,30H.bssncnt,1.bssx_tab,80H,1.bssh_tab,80H,1.bssr_tab,80H,1.bssdb_tab,80H,1.asg0+FRAME_SZ,SAVE_AR1.asg0+REG_SAVE_SZ+FRAME_SZ,RETURN_ADDR.asg0+PARAM_OFFSET,h.asg1+PARAM_OFFSET,r.asg2+PARAM_OFFSET,d

13、b.asg3+PARAM_OFFSET,nh.asg4+PARAM_OFFSET,nx8.asg0,nc.asgAR2,r_ptr.asgAR3,h_ptr;h.asgAR4,x_ptr;x.asgAR5,db_ptr.asgBRC,rptb_cntstart:SSBXSXMSSBXFRCT;STM#x_tab,x_ptrRPT#(xtabcnt-1)MVPDxtab,*x_ptr+STM#h_tab,h_ptrRPT#(htabcnt-1)MVPDhtab,*h_ptr+STM#x_tab,x_ptrSTM#h_tab,h_ptrSTM#r_tab,r_ptrSTM#db_tab,db_pt

14、rLD#xtabcnt,ASTLMA,rptb_cntLD#htabcnt,ASTLMA,BKSUB#3,ASTLA,*(ncnt)RPTBDEND_LOOP-1STM#1,AR0MVDD*x_ptr+,*db_ptr个y值MPY*h_ptr+0%,*db_ptr+0%,ARPT*(ncnt)MAC*h_ptr+0%,*db_ptr+0%,AMACR*h_ptr+0%,*db_ptr,ASTHA,*r_ptr+END_LOOP:_end:RETURN:结果连续连续滤波连续输入中值连续记数设置小数乘法；AR1指向b0单元；设置传输次数；系数bi传输至数据区；h_tab缓冲区清零；设置双操作数减量

15、；设置页指针；存贮0到AR0；h*x的和相加送入下一；存贮结果9LDMdb_ptr,BLD#0,AXC1,AOVLD#1,A5.3中断向量表的编写.sect.vectors.refstart.align0x80RESET:BDstart;branchtoCentrypointSTM#200,SP;设置堆栈初植为200nmi:RETE;中断返回NOPNOPNOP;软件中断sint17.space4*16sint18.space4*16sint19.space4*16sint20.space4*16sint21.space4*16sint22.space4*16sint23.space4*16si

16、nt24.space4*16sint25.space4*16sint26.space4*16sint27.space4*16sint28.space4*16sint29.space4*16sint30.space4*16int0:RETENOPNOPNOPint1:RETE10NOPNOPNOPint2:RETENOPNOPNOPtint:RETENOPNOPNOPrint0:RETENOPNOPNOPxint0:RETENOPNOPNOPrint1:RETENOPNOPNOPxint1:RETENOPNOPNOPint3:RETENOPNOPNOP.end5.4相关的连接命令文件vector

17、s.obj11abc.obj-oa1.out-ma1.map-estartMEMORYPAGE0:EPROG:origin=0x1400,len=0x7c00VECT:origin=0xff80,len=0x80PAGE1:USERREGS:origin=0x60,len=0x1cBIOSREGS:origin=0x7c,len=0x4IDATA:origin=0x80,len=0x1380EDATA:origin=0x1400,len=0x8000EDATA1:origin=0x9400,len=0x4c00SECTIONS.vectors:VECTPAGE0.sysregs:BIOSREGSPAGE1.data:EPROGPAGE0.text:EPROGPAGE0.cinit:EPROGPAGE0.pinit:EPROGPAGE0.sysinit:EPROGPAGE0.stack:IDATAPAGE1.bss:IDATAPAGE1.sin_vars:IDATAPAGE15.5程序在CCSC5000中编译将编写的源文件加载到CCSC5000中，通过编译检查所编写的程序是否正确。再连接编译得输入波形、滤波器波形、输出波形。如图5.1所示：12图5.1编译得到的输入波形、滤波器波形、输出波形13