數字信號處理DSP庫文件的使用方法和功能實現

概述

本文首先介紹數字信號處理（DSP），是指將連續的模擬信號轉換為不連續、離散的數字信號并進行處理以提取所需的信號（信息）的過程。然后通過一個簡單的Lab來說明DSP庫文件的使用方法和功能實現。

DSP系統工程如下

將模擬（連續）信號轉換為數字信號。

通過專用DSP、MCU等對信號進行處理（噪聲濾波、頻率分析等），并提取所需信號。

輸出處理后的信號。

過去，DSP系統需要多個芯片，例如MCU和專用DSP。而RX MCU使得在單芯片上配置DSP系統成為可能，并具有多種優勢。

使用DSP庫，可以在RX系列MCU上輕松執行FIR、IIR濾波器和FFT等數字信號處理。RX系列MCU支持執行高速數字信號處理所需的乘法和累加運算等DSP指令。

RX DSP庫的目標設備有以下這些RX MCU

RX DSP庫版本5.0包含以下5個API，API為RX CPU的浮點和DSP指令運算提供了高效的操作。

統計操作API

過濾操作API

線性變換API

復數運算API

矩陣運算API

如下表所示，RX DSP庫版本5.0由多個文檔、庫文件和示例項目組成。庫文件針對每個RXv1、RXv2和Xv3 CPU進行了優化，并且示例項目針對每個CPU進行了配置。

表1 DSP庫的構成

每個CPU的“dsplib-rxv*”文件夾中有8種類型的庫文件和8個頭文件。庫文件根據支持的FPU、字節序模式和錯誤檢查進行分類。頭文件分為API專用定義和通用定義。所有通用定義均在r_dsp_types.h中描述，該文件包含在每個API頭文件中。詳細信息請參閱“RX DSP Library APIs Version 5.0 User’s Manual: Software (R01UW0200)”。

下面通過一個簡單的Lab了解RX DSP庫和如何使用DSP庫實現對信號的低通濾波，使用RX23E-A（RXv2 CPU）為例。

本Lab主要介紹如何添加DSP庫，然后完成對采集到的信號進行IIR濾波。由于本次實驗中采集到的數據是溫度結果，所以使用IIR濾波的效果不明顯。這里用一組特定的數據為例，來展示IIR濾波的效果。

步驟

● 解壓縮an-r01an4359ej0100-rx-dsplib.zip文件，將其中的dsplib-rxv2文件夾拷貝到工程中。

●在src文件夾中新建r_dsp文件夾。解壓縮r01an4431xx0160-rx-apl.zip文件，workspace_dsp_example→dsp_demo_rx231_tb→src→r_dsp文件夾中的r_dsp_iirbiquad.h、r_dsp_iirbiquad.c、wave_sample1.h、wave_sample2.h拷貝到新建的r_dsp文件夾中。

●在工程屬性中添加DSP Lib和新加文件夾的路徑。

鼠標右鍵點擊工程名，選擇Properties。

選擇C/C++ Build→Settings→Compiler→Source，點擊右上角的。

添加dsplib-rxv2文件夾的路徑。

Add directory path對話框中，點擊Workspace。

選擇dsplib-rxv2文件夾，點擊OK。

點擊OK，完成路路徑的添加。

用上面同樣的方式，添加r_dsp文件夾的路徑。

添加Library。

選擇Linkeryou6Input，點擊右上角的。

Format選擇library，點擊Workspace。

選擇dsplib-rxv2文件夾中的RX_DSP_FPU_LE_Check.lib文件。

點擊OK。

●打開rx23ea_local_board_lab.c文件，main()函數前添加以下頭文件、宏定義和變量。

#include "r_sensor_common_api.h"
#include "r_rtd_api.h"
#include "r_dsp_types.h"
#include "r_dsp_iirbiquad.h"


bool timer_flag = false;
static volatile int32_t s_dsad0_value;         /** DSAD0 24bit A/D value storage variable     */
static volatile float  s_temp   = 0;        /** Measurement temperature storage variable    */


/* Filter Characteristic definition */
#define IIRBIQUAD_COEF_FLAT (0)  /* Pass-through characteristics */
#define IIRBIQUAD_COEF_HPF (1)  /* High pass filter characteristics */
#define IIRBIQUAD_COEF_LPF (2)  /* Low pass filter characteristics */


static volatile int32_t gs_intermediate_buffer[2][1024]; /* buffer to interface DSP module */
static volatile int32_t gs_output_buffer[1024/2];     /* Output Buffer for DSP to store the result */
static uint8_t gs_coef_select;      /* Number of filter Characteristic */
static const int32_t gs_sample_wave_data[1024] =
{
  #include "wave_sample2.h"
};

●在main()函數中添加以下代碼

  uint32_t dsad0_reg;                 /** DSAD0.DR register storage variable                          */
  float rtd_temp = 0;                             /** Measurement temperature */


    memset((void *)gs_intermediate_buffer, 0, sizeof(gs_intermediate_buffer));  /* Clears Intermediate Buffer to zero */
    memset((void *)gs_output_buffer, 0, sizeof(gs_output_buffer));  /* Clears Output Buffer to zero */


    /*** Initializes IIR filter & FFT processing ***/
    gs_coef_select = IIRBIQUAD_COEF_HPF;


    R_DSP_IIRBiquad_Init();
    R_DSP_IIRBiquad_UpdateCoef(gs_coef_select);


    R_Config_TMR0_TMR1_Start();


while(1)中最后加入DSP處理部分代碼
      /* Executes IIRbiquad processing */
      R_DSP_IIRBiquad_Operation((int32_t *)gs_sample_wave_data,
                                (int32_t *)gs_intermediate_buffer[1]);
    }
}

while(1)中最后加入DSP處理部分代碼

   /* Executes IIRbiquad processing */
   R_DSP_IIRBiquad_Operation((int32_t *)gs_sample_wave_data,
                (int32_t *)gs_intermediate_buffer[1]);
  }
}

●對工程進行編譯和調試。

●打開Memory窗口，點擊。

添加變量gs_sample_wave_data和gs_intermediate_buffer[1]。

點擊

選擇Waveform，點擊Add Rendering(s)。

點擊Wave Properties。

設定屬性，Data Size選擇32bit，Buffer Size填寫2048，點擊OK。

并點擊，進行實時刷新。

兩個變量用同樣的方法進行設置。

注 意

如果找不到Memory窗口，可以使用下面的方法，其他窗口同理。

點擊Window→Show View→Other…

按分類查找，或者直接在上面的框中進行關鍵字搜索。

●運行代碼，需要點擊兩次，在Memory窗口觀察DSP結果。

可以把鼠標放在波形上，按住Ctrl鍵通過滾動鼠標滾輪放大或者縮小波形。

●按下斷開按鈕，或者終止按鈕。

審核編輯：劉清