TMS320C54X系列DSP上FFT运算的实现(转)

关键词：DSP, TMS320C54X，FFT

摘  要：在电子设备中数字信号处理技术越来越多地得到应用，而FFT运算是数字信号处理技术的基石，FFT运算主要由DSP来完成，DSP的FFT运算程序的编写是一项重要工作，但FFT算法程序的编写调试费时费力。TI公司提供了以TMS320C54x系列芯片为基础的DSPLIB库函数，包含FFT运算，使在TMS320C54x系列芯片上进行FFT运算变得容易，本文就DSPLIB函数库进行介绍并就使用方法进行详细说明。

1引言

    TMS320C54x系列芯片是TMS320C5000平台下的定点DSP芯片。54X系列芯提供了低成本、低功耗、高性能的处理能力，在各个领域应用日益广泛。

    在使用DSP进行数字信号处理工作时，经常使用快速付立叶变换（FFT）以进行各种信号的分析，但FFT算法程序的编写调试费时费力。为此TI公司提供了以TMS320C54x系列芯片为基础的DSPLIB库函数，在CCS2开发系统内包含DSPLIB库函数，也可在网站上免费下载，经使用证明DSPLIB函数库使用方便、速度快、运行可靠、功能全面，为在TMS320C54X系列上进行FFT运算提供了极大的方便。本文就FFT函数库进行介绍并就使用方法进行说明[1]。

2 DSPLIB库函数[2]

2.1 DSPLIB库函数功能

    TMS320C54X系列函数库（DSPLIB）是对C语言编程可调用优化的DSP函数库，它含有50个通用目的的信号处理程序，全部由汇编语言编写，并可由C语言调用，方便C语言与汇编语言混合编程。这些程序用在计算强度大、执行速度重要的实时运算中。通过使用这些程序，可以取得较用C语言编写的相关程序快的多的运行速度，另外通过使用现成的程序可以使开发速度大大加快。DSPLIB可进行的运算有：FFT运算、滤波与卷积运算、自适应滤波运算、相关运算、数学函数运算、三角函数运算、矩阵运算等。

2.2 DSPLIB库函数的FFT运算

    DSPLIB库函数提供的FFT运算程序全部由汇编语言编写，充分发挥DSP的硬件特性，运算速度很快。下面以复数FFT运算程序为例进行介绍。

    快速傅立叶变换在作N点傅立叶变换运算时，输入数据常常是一连串的复数。 不过在许多实际应用上，这些需要被处理的数据都属于实数，即便如此，我们还是可以利用复数运算的DFT。 因为一个简单的方法就可以将实数数据转换成复数数据，原本的实数数据成为复数的实部，而属于复数虚部的部分则全部填上零，如此一来我们就可以直接应用复数FFT了。DSPLIB库函数提供的FFT运算程序可进行8~1024点的FFT运算。输入数据的存放以自然顺序依次排放，实部在前虚部在后，以8点运算为例，如图1左侧。g[8]为要进行FFT运算的实数数组，间隔插入虚部后形成复数数组X[16]。

图1 输入数据码位倒序运算

2.3 码位倒序

    DSPLIB函数库提供FFT运算为基2时间抽取算法，码位倒序的作用是使在时域采样的按自然序列排列的N点输入数据的排列顺序发生变化，然后作为FFT运算的输入数据，以使FFT运算结果按自然序列排列。

void cbrev(int *src,int *dst,int size)。

    cbrev函数读取N点实数采样数据，如图1（FFT运算点数为8）中数组g[N],将其转换为码位倒序的排列，因为FFT运算为复数运算，将码位倒序后的数组g[N]赋给复数数组的实部Xr。Xr为实部Xi为虚部，共同构成FFT运算的输入数据X[2N]。FFT运算的输入输出复数都放在同一数组中,有2N个单元。假如进行256点FFT运算， 使用cbrev函数进行码位倒序运算形式为：cbrev(X,X,256)，即可将采样数据转换成码位倒序形式，并放入X[2N]数组实数部分。为进行实数FFT运算输入数据虚部需置零。

2.4 FFT运算的归一化

    除非输入信号幅度非常小，否则FFT运算结果可能导致溢出，为防止溢出的发生，FFT运算提供了归一化功能（可选择），就是输出结果被运算长度N所除。在FFT运算进行归一化后，进行FFT逆运算就不需要归一化了。

2.5 FFT运算

    FFT运算可直接调用函数void cfft(DATA x,nx,short scale),x[2*nx]为输入输出数据存储数组，nx为FFT运算长度，scale为归一化设置变量，scale=1是进行归一化运算，scale=0是不进行归一化运算。

3 DSPLIB库函数的使用

    CCS2进行安装后，产生ti子目录，结果如图2。DSPLIB函数库C语言可调用函数相关程序都保存在54x_src子目录下，头文件放在include子目录下。以256点为例，说明其使用方法。 

    在dsplib.h、tms320.h头文件中定义了许多运算中要用到的变量、函数，应用程序主函数必须用#include语句包含此头文件。下面以一简单程序说明DSPLIB的使用。在此程序中输入数据放在x[512]数组中，运算后结果仍存在x[512]数组中。

应用程序：

 

    尽管程序相当简单，但CCS2开发环境设置对初次接触的使用者仍很困难，主要注意的地方是，由于DSPLIB安装在固定子目录上，而应用程序可能在其它目录上，程序编译连接时，可能找不到DSPLIB中相应相应程序。为使程序正常运行，需对工程的Bulid Options选项中两个地方进行设置。其一是编译时打不开或找不到dsplib.h、tms320.h文件，此时可以在compiler标签下选中preprocessor选项，在Include Search Path栏中填入dsplib.h、tms320.h所在子目录（本例为：c: ic5400dsplibinclude）；另一种情况是，连接时找不到FFT运算相应的汇编程序，编译错误提示有些函数为未定义变量，此时可在linker标签下选中basic选项，在Library Search Path栏中填入54xdsp.lib、rts.lib库文件所在路径（本例可填入：c: ic5400dsplib;c: ic5400cgtools。两路径分别含有54xdsp.lib、rts.lib库文件），在Include Library栏填入两库文件（本例为：54xdsp.lib;rts.lib）。至此完成设置，编译连接时可将应用程序及DSPLIB中程序连接起来，程序可以正常编译。

4 结束语

    DSPLIB函数库经在TMS320C54X系列DSP上使用，证明其运行可靠，使用方便，由于采用汇编语言编写，运算速度很快。此函数库极大提高软件开发的速度，是软件开人员的较好选择。

参考文献：

[1] 王念旭等.DSP基础与应用系统设计.北京.北京航空航天大学出版社，2001.

[2] Texas Instruments Inc. TMS320C54x DSP Library Programmer’s Reference.