基于DSP/BIOS的FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2 TMS320F2812及DSP/BIOS內(nèi)核介紹
TMS320F2812是基于TMS320C2XXX內(nèi)核的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，具有數(shù)字信號(hào)處理及強(qiáng)大的事件管理和嵌入式控制功能，適于有大批量數(shù)據(jù)處理的控制系統(tǒng)。其性能可用于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。
TMS320F2812采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)，時(shí)鐘頻率達(dá)150 MHz；低功耗(內(nèi)核電壓1．9 V，I／O口電壓3．3 V)；采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，片上集成許多片上外設(shè)，可實(shí)現(xiàn)更多功能。開發(fā)環(huán)境是集成開發(fā)環(huán)境CCS，支持C／C++／匯編嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP／BIOS，JTAG調(diào)試接口。
DSP／BIOS內(nèi)核是一個(gè)尺寸可伸縮的實(shí)時(shí)內(nèi)核，它是為實(shí)時(shí)信號(hào)處理應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，主要包括：(1)DSP／BIOS配置工具。該工具可用來創(chuàng)建和配置在應(yīng)用程序中使用的DSP／BIOS內(nèi)核對(duì)象，也可使用該工具配置存儲(chǔ)器，線程優(yōu)先權(quán)以及中斷處理；(2)DSP／BIOS實(shí)時(shí)分析工具。CCS中的分析丁具使用戶可測(cè)試和分析目標(biāo)DSP上應(yīng)用程序的運(yùn)行，包括監(jiān)測(cè)CPU負(fù)荷、日志、線程執(zhí)行情況等；(3)DSP／BIOS API函數(shù)。用戶在PC端采用C、C++或匯編語言編寫調(diào)用DSP／BIOS API函數(shù)的應(yīng)用程序；(4)器件支持庫。提供許多宏和函數(shù)，用來簡(jiǎn)化片上外設(shè)的配置和管理。

3 數(shù)字濾波器分析
數(shù)字濾波器根據(jù)沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間可分為有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)和無限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)。其中FIR濾波器能夠保證嚴(yán)格的線性相位特性，且不存在穩(wěn)定性問題。窗函數(shù)法和頻率采樣法等是設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的常用方法。窗函數(shù)法在時(shí)域中進(jìn)行，其原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但存在在相同設(shè)計(jì)指標(biāo)下濾波器的階數(shù)通常會(huì)偏大的問題。頻率采樣法對(duì)于只有少數(shù)幾個(gè)非零值采樣的窄帶選頻濾波器較有效。這里分析如何在DSK2812板上利用CCS本身所帶的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一種通過窗函數(shù)法實(shí)現(xiàn)的FIR濾波器。FIR濾波器的各項(xiàng)指標(biāo)可以通過現(xiàn)有的表查找，其設(shè)計(jì)步驟如下：
(1)給定所要求的理想頻率響應(yīng)函數(shù)Hd(ejw)；(2)對(duì)理想頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行反傅里葉變換，則得到系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)為：hd(n)=IDFTFT[Hd(ejw)]；(3)根據(jù)過渡帶及阻帶衰減最小的要求查表，可選定窗ω(n)的形狀及除數(shù)，N的大小，一般N的值要做幾次試探才能最終確定；(4)得到所設(shè)計(jì)的FIR濾波器的單位抽樣響應(yīng)(該響應(yīng)逼近理想)：h(n)=hd(n)ω(n)，n=0，1…，N-1；(5)求H(ejw)=DTFT[h(n)]，檢查是否滿足設(shè)計(jì)要求，若不滿足，則需重新按照上述步驟設(shè)計(jì)。

4 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)
要實(shí)現(xiàn)的低通FIR濾波器：通帶邊緣頻率ωp=10 kHz，阻帶邊緣頻率ωs=22 kHz，阻帶衰減δ2=75 dB，采樣頻率fs=50 kHz。根據(jù)對(duì)濾波器的分析可求得系統(tǒng)的差分方程。所求得的h(n)在程序設(shè)計(jì)過程中可用一個(gè)數(shù)組存放。X(n)是A／D轉(zhuǎn)換器采樣值。讓其逐項(xiàng)相加，再輸出即可。實(shí)現(xiàn)濾波器所采用的硬件平臺(tái)為DSK2812，實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。