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利用DSP实现IIR滤波器的精度扩展

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:主要介绍在TMS320C54X DSP上如何实现扩展精度的乘法、IIR滤波器的基本原理和算法实现,以及二阶级联IIR滤波器应用于均衡器的具体编程实现。

    关键词:TMS320C54X 扩展精度 IIR滤波器

TMS320C54X(以下简称'C54X)是TI公司于1996年推出的新一代高性能定点DSP。该系列芯片具有很高的性能价格比、体积小、功耗低、功能强,已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的重要器件。数字滤器的设计是数字信号处理领域的一个重要部分。在用定点DSP器件设计数字滤波器时,一个重要的问题就是由于硬件字长精度有限,运算会出现溢出。IIR滤波器可以用较少的阶数获得很高的选择特性,所用的存储单元少、运算次数少,具经济、高效的特点。在相位要求不敏感的场合,如语音通信等,很适合用IIR滤波器;但是在有限精度的运算中,可能出现不稳定现象。因此,有必要讨论一下如何在定点的DSP芯片'C54X上实现扩展精度的IIR滤波器。

1 'C54X DSP上扩展精度乘法的实现

'C54X芯片的CP内含有2个40bit的累加器(ACC A和ACC B)、1个17×17bit乘法器以及1个40 bit加法器。这就使得该乘法器可以实现2个无符号数、(范文先生网www.fwsir.com收集整理)2个有符号数或无符号数和有符号数的乘法。

累加器ACC A和ACC B存放从ALU或乘法器/加法器单元输出的数据,也能输出到ALU或乘法器/加法器中。累加器包括3部分(见图1):

①保护位(bits 39~32),用来作为计算的前部留空(headmargin),防止在迭代运算(如自相关)中产生溢出;

②高位字(bits 31~16);

③低位字(bits 15~0)。

'C54X芯片内部的特点,使得扩展精度计算行之有效。其中一个就是进位的处理。算术逻辑单元ALU执行大多数指令操作,如循环与移位操作都会影响进位。进位操作通过调用ST0,设置或重设状态寄存器来修改。正常操作中,为了使累加器不至于装入饱和值,溢出模式应该设置为OVM=0。

'C54x内部的2条数据总线(CB和DB)允许一些指令在其周期内操作32bit操作码。长字节操作指令和双精度加减指令使用了32bit操作数,能够高效地实现多精度算术操作。硬件乘法器能够对有符号和无符号数进行操作,可以乘2个有符号数和2个无符号数。这样,32bit的乘法就能有地进行。

2个32bit整数的乘法,需要有1次乘法、3次乘法/累加和2次移位运算。其结果是1个64bit的整数,实现程序如下(假设事先已设好SXM=1,OVM=0)。
利用DSP实现IIR滤波器的精度扩展
    数据存储如下:H1,L1存32bit操作数;H2,L2存32bit操作数;R3,R2,R1,R0存64bit乘积

STM #L1,AR1 ;AR2→L1

STM #L2,AR3 ;AR3→L2

LD *AR2,T ;T=L1

MPYU *AR3+,A ;A=L1*L2

STL A,@R0 ;保存R0

LD A,-16,A ;A=A>>16

MACSU *AR2+,*AR3-,A;A=L1*L2>>16+L1*H2+H1*L2

MACSU *AR3+,*AR2,A;A=L1*L2>>

;16+L1*H2+H1*L2+H1*L2

STL A,@R1 ;保存R1

LD A,-16,A ;A=A>>16

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