数字信号处理DSP库文件的使用方法和功能实现

概述

本文首先介绍数字信号处理（DSP），是指将连续的模拟信号转换为不连续、离散的数字信号并进行处理以提取所需的信号（信息）的过程。然后通过一个简单的Lab来说明DSP库文件的使用方法和功能实现。

DSP系统工程如下

将模拟（连续）信号转换为数字信号。

通过专用DSP、MCU等对信号进行处理（噪声滤波、频率分析等），并提取所需信号。

输出处理后的信号。

过去，DSP系统需要多个芯片，例如MCU和专用DSP。而RX MCU使得在单芯片上配置DSP系统成为可能，并具有多种优势。

使用DSP库，可以在RX系列MCU上轻松执行FIR、IIR滤波器和FFT等数字信号处理。RX系列MCU支持执行高速数字信号处理所需的乘法和累加运算等DSP指令。

RX DSP库的目标设备有以下这些RX MCU

RX DSP库版本5.0包含以下5个API，API为RX CPU的浮点和DSP指令运算提供了高效的操作。

统计操作API

过滤操作API

线性变换API

复数运算API

矩阵运算API

如下表所示，RX DSP库版本5.0由多个文档、库文件和示例项目组成。库文件针对每个RXv1、RXv2和Xv3 CPU进行了优化，并且示例项目针对每个CPU进行了配置。

表1 DSP库的构成

每个CPU的“dsplib-rxv*”文件夹中有8种类型的库文件和8个头文件。库文件根据支持的FPU、字节序模式和错误检查进行分类。头文件分为API专用定义和通用定义。所有通用定义均在r_dsp_types.h中描述，该文件包含在每个API头文件中。详细信息请参阅“RX DSP Library APIs Version 5.0 User’s Manual: Software (R01UW0200)”。

下面通过一个简单的Lab了解RX DSP库和如何使用DSP库实现对信号的低通滤波，使用RX23E-A（RXv2 CPU）为例。

本Lab主要介绍如何添加DSP库，然后完成对采集到的信号进行IIR滤波。由于本次实验中采集到的数据是温度结果，所以使用IIR滤波的效果不明显。这里用一组特定的数据为例，来展示IIR滤波的效果。

步骤

● 解压缩an-r01an4359ej0100-rx-dsplib.zip文件，将其中的dsplib-rxv2文件夹拷贝到工程中。

●在src文件夹中新建r_dsp文件夹。解压缩r01an4431xx0160-rx-apl.zip文件，workspace_dsp_example→dsp_demo_rx231_tb→src→r_dsp文件夹中的r_dsp_iirbiquad.h、r_dsp_iirbiquad.c、wave_sample1.h、wave_sample2.h拷贝到新建的r_dsp文件夹中。

●在工程属性中添加DSP Lib和新加文件夹的路径。

鼠标右键点击工程名，选择Properties。

选择C/C++ Build→Settings→Compiler→Source，点击右上角的。

添加dsplib-rxv2文件夹的路径。

Add directory path对话框中，点击Workspace。

选择dsplib-rxv2文件夹，点击OK。

点击OK，完成路路径的添加。

用上面同样的方式，添加r_dsp文件夹的路径。

添加Library。

选择Linkeryou6Input，点击右上角的。

Format选择library，点击Workspace。

选择dsplib-rxv2文件夹中的RX_DSP_FPU_LE_Check.lib文件。

点击OK。

●打开rx23ea_local_board_lab.c文件，main()函数前添加以下头文件、宏定义和变量。

#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()函数中添加以下代码

  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处理部分代码
      /* 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处理部分代码

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

●对工程进行编译和调试。

●打开Memory窗口，点击。

添加变量gs_sample_wave_data和gs_intermediate_buffer[1]。

点击

选择Waveform，点击Add Rendering(s)。

点击Wave Properties。

设定属性，Data Size选择32bit，Buffer Size填写2048，点击OK。

并点击，进行实时刷新。

两个变量用同样的方法进行设置。

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。

点击Window→Show View→Other…

按分类查找，或者直接在上面的框中进行关键字搜索。

●运行代码，需要点击两次，在Memory窗口观察DSP结果。

可以把鼠标放在波形上，按住Ctrl键通过滚动鼠标滚轮放大或者缩小波形。

●按下断开按钮，或者终止按钮。

审核编辑：刘清