ARM-DSP读书笔记 开坑

ARM-DSP读书笔记 开坑

​ 原书是ARM Education Media的《Digital Signal Processing using Arm Cortex-M based Microcontrollers - Theory and Practice》。由于电赛备赛和个人学习方向需要，决定开个坑细啃这本书，然后再把书中没有详细介绍的地方进行拓展，写笔记主要还是为了给自己梳理一遍思路，也是作为一个笔记的作用。所以如果真的有人刷到了，有错误的地方，非常希望能够指正。

​ 这是arm官方推出的，基于arm的cmsis-dsp库的一个数字信号处理教程，内容是包含了理论和实验两部分，教学资源中甚至还有ppt（但ppt没啥内容），满足10-12周的教学任务，只是他的实验部分是基于配套的stm32f7xx的开发板，我觉得没有太大必要，所以实验部分我计划用stm32f4xx系列的板子来完成。

​ 网站连接：Digital Signal Processing Education Kit – Arm®

​ 相关书本和代码资源等等都可以在这下载

全书目录#

​ 笔记会跟着书本目录的章节来做，顺便作为导航吧，也能督促一下自己

1. 数字信号处理基础知识
2. 离散时间信号处理基础
3. Z变换
4. 离散时间信号的频响分析
5. 连续时间信号和离散时间信号的转换
6. 连续时间信号的数字处理
7. Structures for Discrete-Time LTI Systems
8. 数字滤波器设计
9. 自适应信号处理
10. 定点的实现
11. 实时数字信号处理

数字信号处理基础知识#

​ 书中这一块单独开了一章，但是内容并不多，只是简单地介绍了一下这本书和数字信号处理的内容，我也不明白为什么叫做“Digital Signal Processing Basics”。

​ 本章主要阐述了什么是信号，如何通过一个系统处理信号，主要是概念。

信号的类型和定义#

​ 其实信号系统并没有指明信号一定是电信号，奥本海姆的信号系统也是更加注重数学上的推导，但对于电子信息工程相关专业的人来说，信号基本都是电形式。对于一个电子系统来说，传感器就是我们的感知器，通过传感器把物理量转换为电子形式，如果一个信号随时间变化（或随另一个变量变化），我们就称他为一个信号。更一般地说，我们认为信号是与某一独立变量顺从某种关系变化的数据（我理解为函数）。一个信号可以被一些系统处理，以便从中获取信息或修改他。

​ 这个更一般的情况，表明了信号不一定是时域的，也可以是频域或是其他域，但最基础的域是时域

连续时间信号#

​ 如果获得的信号是模拟形式的，我们称之为连续时间信号。假设有一个模拟麦克风电路，在示波器上显示音频信号，如果有人对着麦克风说出“Hello”这个词，我们就能够在示波器上看到一个连续时间信号（如下图）。这个信号可以由一些模拟器件组成的连续时间系统进一步处理

离散时间信号#

​ 尽管用连续时间系统处理连续时间信号很合理，但大多数的应用是通过离散系统来处理离散信号。个人理解是模拟系统某些时候成本会高很多，其次抗干扰能力没有数字信号好。（数字信号处理具有高精度、高可靠性、可程序控制、可时分复用、便于集成化等优点。）取一段连续时间信号（如下图），对其进行每秒采44100次点，我们就可以得到一段离散时间信号。

在这个情况下，振幅都还是实数，也就是说，我们只是自变量离散化了，因变量还没有

数字信号#

由于离散时间信号振幅还是实数，在数字系统（如微控制器等）中，我们可以把一段离散时间信号存进一个数组里面，但是无论什么数据类型（int， float）的数组，都只能存储有限范围和精度的值，而无法处理实数。所以，我们应该对其幅值进行量化，即把幅值变为能够用数字系统表达的数值，得到对应的数字信号。

数字信号处理#

DSP的美妙之处在于它的实现，固定的模拟硬件将不是必须的。相反，合适的微控制器就能够实现一个数字系统。DSP系统将只是一个代码片段，这就会存在一些优势：

• 如果系统不满足设计规范，可以简单地重新设计更改相关代码块，无需更改硬件。
• 系统参数可以动态更改，这对于自适应和学习系统非常重要
• 如果微控制器具有通信功能，可以从远程位置修改这些参数。

上述优点使DSP比通过模拟系统进行连续时间信号处理更具优势

实验平台介绍#

​ 书本内的实验是基于stm32f407vgt6的芯片的实验，而arm官方还有一套实验教材是基于stm32f746平台的实验。其实两个都差不多，有些实验没条件的可能会跳过。常用软件为：Keil，Matlab。个人觉得重点在滤波器设计，实时信号处理和自适应滤波，其他地方都是理解为主。官方还提供了一些matlab脚本函数和keil的调试函数。

CMSIS#

Cortex 微控制器软件接口标准 （CMSIS） 是 Cortex-M 处理器独立于供应商的硬件抽象层。

CMSIS有7个组件：

• CMSIS-CORE: 与处理器内核和外设的接口
• CMSIS-Driver: 与通用外设的接口
• CMSIS-DSP: 具有60多种函数的DSP库
• CMSIS-RTOS API: 用于实时操作系统的通用API
• CMSIS-Pack: 基于 XML 的包描述标准
• CMSIS-SVD: 外设的系统视图说明
• CMSIS-DAP: 调试单元的接口

本书实验只讨论CMSIS-DSP库的使用

CMSIS-DSP#

​ 整个实验中广泛使用 CMSIS-DSP 库。该库包括用于向量运算、矩阵计算、复数算术、滤波函数、控制函数、PID控制器、傅里叶的函数变换和其他常用的 DSP 算法。这些函数中的大多数都可以用于浮点数和定点数表示形式。此外这些功能针对 Cortex-M 系列微控制器进行了优化。具体来说，CMSIS-DSP 库包含以下适用于 8 位、16 位和 32 位的函数整数和 32 位浮点数。