第2章 DSP芯片及运算基础.pptVIP

定标的基本概念 定点运算实现的基本原理 DSP定点算术运算实现的基本原理 根据参与运算的数据格式来分，DSP芯片有定点和浮点两大类。  TMS320C2000系列DSP芯片属于定点芯片，因此参与运算的数据格式必须采用定点格式，为了使大家能够理解DSP芯片的运算方法，在这一章里我们一起来学习DSP芯片运算的基础知识。 2.1 定标的基本概念 2.1.1 数的定标 在定点DSP芯片中，采用定点数进行数值运算，其操作数一般采用整型数来表示。一个整型数的最大表示范围取决于DSP芯片所给定的字长，一般为16位或24位。显然，字长越长，所能表示的数的范围越大，精度也越高。 DSP芯片的数以2的补码形式表示。每个16位数用一个符号位来表示数的正负，0表示数值为正，1则表示数值为负。其余15位表示数值的大小。 如： 二进制数0010000000000011b＝8195 二进制数1111111111111100b＝-4 对DSP芯片而言，参与数值运算的数就是16位的整型数。但在许多情况下，数学运算过程中的数不一定都是整数。那么，DSP芯片是如何处理小数的呢？应该说，DSP芯片本身无能为力。那么是不是说DSP芯片就不能处理各种小数呢？当然不是。这其中的关键就是由我们设计者来确定一个数的小数点处于16位中的哪一位。这就是数的定标。 通过设定小数点在16位数中的不同位置，就可以表示不同大小和不同精度的小数了。数的定标有Q表示法和S表示法两种。下表列出了一个16位数的16种Q表示、S表示及它们所能表示的十进制数值范围。 同样一个16位数，若小数点设定的位置不同，它所表示的数也就不同。例如： 16进制数2000H＝8192，用Q0表示 16进制数2000H＝0.25，用Q15表示 从表3.1还可以看出，不同的Q所表示的数不仅范围不同，而且精度也不相同。Q越大，数值范围越小，但精度越高；相反，Q越小，数值范围越大，但精度就越低。例如，Q0的数值范围是-32768到+32767，其精度为1，而Q15的数值范围为-1到0.9999695，精度为 1/32768 = 0因此，对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾，一个变量要想能够表示比较大的数值范围，必须以牺牲精度为代价；而想提高精度，则数的表示范围就相应地减小。在实际的定点算法中，为了达到最佳的性能，必须充分考虑到这一点。 设变量的绝对值的最大值为|max|，注意必须小于或等于32767。取一个整数n，使它满足 则有:Q = 15-n DSP定点算术运算 定点DSP芯片的数值表示是基于2的补码表示形式。每个16位数用1个符号位、i个整数位和15-i个小数位来表示。因此10100000表示的值为=2.625，这个数可用Q8格式(８个小数位)来表示，它表示的数值范围为-128~+127.996，一个Q8定点数的小数精度为1/256=0.004。 虽然特殊情况必须使用混合表示法，但是，更通常的是全部以Q15格式表示的小数或以Q0格式表示的整数来工作。这一点对于主要是乘法和累加的信号处理算法特别易现实，小数乘以小数得小数，整数乘以整数得整数。当然，乘积累加时可能会出现溢出现象，在这种情况下，程序员应当了解数学里面的物理过程以注意可能的溢出情况。下面讨论乘法、加法和除法的DSP定点运算。 2个定点数相乘时可以分为下列3种情况： 1．小数乘小数 Q15×Q15＝Q30 例2.10 0.5*0.5 = 0.25 0.100000000000000 ；Q15 × 0.100000000000000 ；Q15 00.010000000000000000000000000000=0.25 ；Q30 2个Q15的小数相乘后得到1个Q30的小数，即有2个符号位。一般情况下相乘后得到的满精度数不必全部保留，而只需保留16位单精度数。由于相乘后得到的高16位不满15位的小数精度，为了达到15位精度，可将乘积左移1位 2．整数乘整数 Q0×Q0 = Q0 例2.11 17×(-5)=-85 0000000000010001=17 × 1111111111111011=-5 11111111111111111111111110101011=-85 许多情况下，运算过程中为了既满足数值的动态范围又保证一定的精度，就必须采用Q0与Q15之间的表示法。比如，数值1.2345，显然Q15无法表示，而若用Q0表示，则最接近的数是1，精度无法保证。因此，数1.2345最佳的表示法是Q14。 例2.12 1.5×0.75 =