摘? 要： 介紹了TMS320C54x DSKplus Board的基本結(jié)構(gòu)和硬件特點(diǎn)，并以DSKplus Board構(gòu)建聲回波對消器為例，介紹了DSKplus Board的硬件接口擴(kuò)展技術(shù)。
關(guān)鍵詞： DSP? TMS320C54x? DSKplus? Board? 聲回波對消器
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TMS320C54x DSKplus Board(DSK)是一種成本低、性能好的DSP入門套件。采用簡便直觀的代數(shù)語言編程，使初學(xué)者能迅速入門；同時，由于硬件上可以使用擴(kuò)展板擴(kuò)展存儲空間及外部設(shè)備，也為廣大的教師、科研工作者、工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)及應(yīng)用DSP提供了極大的方便。本文介紹以DSKplus Board構(gòu)建的聲回波對消器。該聲回波對消器采用先進(jìn)的自適應(yīng)辨識算法，即通過對聲回授通道的沖擊響應(yīng)的辨識，產(chǎn)生出同回聲相似的信號，再從近端話音和回聲中減去回聲信號以達(dá)到回聲對消的目的。聲回波對消器需要兩路A/D輸入通道，由于DSK只有一路A/D輸入通道，所以需要對其進(jìn)行硬件上的擴(kuò)展。在這里我們自行設(shè)計了另一路A/D輸入通道，并利用DSK上的擴(kuò)展口，非常方便地完成了硬件設(shè)計。經(jīng)軟、硬件調(diào)試通過后，工作正常。
1 TMS320C54x系列DSP簡介
TI公司于1996年推出的TMS320C54x系列DSP是新一代的定點(diǎn)數(shù)字信號處理器。它采用先進(jìn)的修正型哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有8條總線(1條程序存儲器總線、3條數(shù)據(jù)存儲器總線和4條地址總線)以及CPU、在片存儲器和在片外圍電路等硬件，并有一套高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)。TMS320C54x DSKplus Board是一種成本較低、性能優(yōu)秀的DSP入門套件。它具有一個獨(dú)立的應(yīng)用板，通過主機(jī)并口連接在用戶PC上，可以檢查TMS320 C54x CPU的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行情況及其外部設(shè)備。同時，還有一個基于Windows的調(diào)試器，能逐條分析代碼，并在相應(yīng)的窗口實時顯示DSP內(nèi)部寄存器的信息。
2 自適應(yīng)聲回波對消器原理
自適應(yīng)聲回波對消器原理圖見圖1。遠(yuǎn)端話音經(jīng)由未知的LRM(Louderspeaker-Room-Microphone)系統(tǒng)構(gòu)成的聲回授通道產(chǎn)生回聲，回聲又連同近端話音一起被傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。在一個閉環(huán)系統(tǒng)中，可能會產(chǎn)生回聲、嘯叫等嚴(yán)重影響通話質(zhì)量的現(xiàn)象。其回聲對消的原理是：通過對未知LRM系統(tǒng)沖擊響應(yīng)的辨識，產(chǎn)生出一個同回聲相同的信號，在近端話音及回聲的混合信號傳向遠(yuǎn)端之前從中減掉回聲。自適應(yīng)聲回波對消器需要有兩路A/D輸入信號和一路D/A輸出信號。TMS320C54x DSKplus Board上已有一路A/D輸入通道及D/A輸出通道，所以，只需在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展一路A/D輸入通道。
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3 擴(kuò)展DSK話音數(shù)據(jù)采集通道
DSKplus Board上的AC01模擬接口電路可以完成單通道的話音信號的數(shù)據(jù)采樣，它具有以下特性：單片A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，14bit量化；內(nèi)置式可編程反混迭濾波器；軟件可編程取樣率；軟件可編程復(fù)位、增益、低功耗模式；可主從配置級聯(lián)操作。它具有三種基本操作模式：單獨(dú)應(yīng)用模式；主從模式；線性編/譯碼模式。在DSKplus Board上，AC01接口直接與C542 TDM串口連接，它產(chǎn)生所需的移位時鐘脈沖SCLK和幀同步信號脈沖FS，以便輸入輸出數(shù)據(jù)。這些脈沖由軟件可編程存儲器和AC01主時鐘共同決定，主時鐘由板上的振蕩器產(chǎn)生，頻率為10MHz。為了快速便地的擴(kuò)展一個話音采集通道，可應(yīng)用AC01的主-從工作模式，增加一個小型AC01電路板即可。增加的AC01主要連接如圖2所示。DSKplus Board上的AC01作為主(Master)通道，擴(kuò)展板上的另一個AC01作為從(Slave)通道。
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注意：主AC01的FSD輸出作為從AC01的FS信號，這樣主從通道就能輪流地連續(xù)地對兩路不同的話音信號進(jìn)行采樣了。
硬件電路完成后，再按設(shè)計要求對主從模式的兩個AC01進(jìn)行軟件初始化。AC01具有九個可編程的內(nèi)部寄存器，可通過修改這九個內(nèi)部寄存器的內(nèi)容來完成其配置。寄存器具體定義可參見文獻(xiàn)[2]。現(xiàn)介紹幾個重要的寄存器：
·寄存器1，A寄存器，其內(nèi)容決定幀同步時鐘和低通濾波器的-3dB截止頻率：
FCLK頻率=主時鐘頻率/(A寄存器內(nèi)容×2)
低通濾波器的-3dB截止頻率flp=FCLK/40
·寄存器2，B寄存器，其內(nèi)容決定采樣頻率和高通濾波器的-3dB截止頻率：
采樣頻率=FCLK/B寄存器內(nèi)容
高通濾波器的-3dB截止頻率fhp=采樣頻率/200
·寄存器7，幀同步延遲寄存器，其內(nèi)容決定從AC01的幀同步信號相對于主AC01的延遲時間。
如果用AC01的主從模式，則要求寄存器7為最后一個初始化的寄存器，最小值18。
·寄存器8，幀同步個數(shù)寄存器，其內(nèi)容決定系統(tǒng)中有多少個AC01，個數(shù)為從AC01的個數(shù)加1。
在聲回波對消的應(yīng)用中，要求主從通道均采用9kHz采樣頻率，通帶為300Hz~3.4kHz(其中高通濾波器的-3dB截止頻率由外部接口電路決定)，兩個通道輪流由TDM串口向DSP產(chǎn)生中斷。相應(yīng)的寄存器內(nèi)容見源程序中的REG1~REG8，設(shè)計出的實際參數(shù)為：
采樣頻率：7.95kHz
低通濾波器的-3dB截止頻率flp=3.37kHz
高通濾波器的-3dB截止頻率fhp=40Hz
初始化AC01的源程序如下：
REGISTER.set 0cbH??????????? ；設(shè)定需要修改的寄存器號，Bit0～Bit7分別對應(yīng)REG1～REG8，
1表示要修改；0表示不修改，用上電的缺省值
REG1 .set 125H?????????????? ；A寄存器，內(nèi)容為37
REG2 .set 211H?????????????? ；B寄存器，內(nèi)容為17
REG3 .set 300H
REG4 .set 409H
REG5 .set 501H
REG6 .set 600H
REG7 .set 722H??????? ???? ；幀同步延遲寄存器
REG8 .set 802H????? ?????? ；幀同步個數(shù)寄存器，在本應(yīng)用中為一主一從
AC01INIT：
? ????????? xf=0?????????????? ；復(fù)位ac01
??? ??????? intm=1???????????? ；禁止所有中斷
? ?????????? tcr=#10H???????? ? ；定時器停止
???????????? imr=#280H????????? ；當(dāng)TDM發(fā)送時，從休眠狀態(tài)啟動
???????????? tspc=#0008H??????? ；暫停TDM串口
???????????? tdxr=#0H??????? ?? ；發(fā)送0作為第一個數(shù)
???????????? tspc=#00c8H??????? ；復(fù)位并打開TDM串口
???????????? xf=1?????????????? ；從復(fù)位狀態(tài)釋放AC01
；……………………Register init＇s……………………
????????????? .evalREGISTER & 1H，SELECT
????????????????????? ???????? ；如果要修改REG1，則執(zhí)行下列程序
????????????? .if SELECT=1H
????????????? a=#REG1? ??????? ；用REG1的值加載累加器A
????????????? call REQ2??????? ；調(diào)用REQ2子程序初始化寄存器值
????????????? .endif
????????????? .eval REGISTER & 2H，SELECT
?????????????????????????????? ；如果要修改REG2，則執(zhí)行下列程序
????????????? .if SELECT=2H
????????????? a=#REG2
????????????? call REQ2
????????????? .endif?
????????????? .eval REGISTER & 4H，SELECT?
????????????????????????? ??? ；如果要修改REG3，則執(zhí)行下列程序
????????????? .if SELECT=4H
????????????? a=#REG3
????????????? call REQ2
????????????? .endif?
????????????? .eval REGISTER & 8H，SELECT?
????????????????????????????? ；如果要修改REG4，則執(zhí)行下列程序
????????????? .if SELECT=8H
????????????? a=#REG4
????????????? call REQ2
????????????? .endif
????????????? .eval REGISTER & 10H，SELECT
?????????????????????????? ；如果要修改REG5，則執(zhí)行下列程序
????????????? .if SELECT=10H
????????????? a=#REG5
?????? call REQ2
?????? .endif?
?????? .eval REGISTER & 20H，SELECT?
????????????????????????? ；如果要修改REG6，則執(zhí)行下列程序
?????? .if SELECT=20H
?????? a=#REG6
?????? call REQ2
?????? .endif
?????? .eval REGISTER & 80H，SELECT
???????????????????????? ；如果要修改REG8，則執(zhí)行下列程序
?????? .if SELECT=80H
?????? a=#REG8
?????? call REQ2
?????? .endif
?????? .eval REGISTER & 40H，SELECT
??????????????????????? ；如果要修改REG7，則執(zhí)行下列程序
?????? .if SELECT=40H
?????? a=#REG7
?????? call REQ2
?????? .endif
?????? return
REQ2
?????? ifr=#080H????????；清除中斷標(biāo)志寄存器IFR
?????? tdxr=#03H????????；請求AC01的二次通訊
?????? idle(1)??????????；等待第一次發(fā)送
?????? tdxr=a???????????；把寄存器內(nèi)容送到串口
?????? ifr=#080H????????；清除中斷標(biāo)志寄存器IFR
?????? idle(1)??????????；等待二次發(fā)送
?????? tdxr=#0H
?????? ifr=#080H????????；清除中斷標(biāo)志寄存器
?????? idle(1)
?????????? return?????? ；中斷返回
在自適應(yīng)聲回波對消的主程序中，當(dāng)有AC01中斷時，中斷服務(wù)程序首先判斷數(shù)據(jù)是從哪一個通道送來的，主通道還是從通道?可通過接收數(shù)據(jù)的最低兩位D01 D00檢測出來。若LSBS是00，表明是主通道傳來的數(shù)據(jù)，程序轉(zhuǎn)向主通道的中斷服務(wù)程序。若LSBS是01，表明是從通道傳來的數(shù)據(jù)，程序轉(zhuǎn)向從通道的中斷服務(wù)程序。
以上硬件電路已經(jīng)成功地應(yīng)用于實時聲回波對消器中。當(dāng)然，最終的產(chǎn)品應(yīng)該是獨(dú)立的脫機(jī)系統(tǒng)。但在研發(fā)初期，與從頭設(shè)計一個DSP系統(tǒng)相比，擴(kuò)展DSKplus Board的接口功能，為科研人員節(jié)省了大量的時間，也避免了由于開發(fā)初期考慮不周，造成反復(fù)設(shè)計DSP系統(tǒng)的巨大浪費(fèi)，使科研人員能把主要的精力投入到需要創(chuàng)新、需要反復(fù)驗證的關(guān)鍵步驟。由此看來，價廉且性能佳的DSK不僅能作為初學(xué)者入門的良好套件，也是科研人員加快初期研發(fā)工作進(jìn)度的有力工具。
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參考文獻(xiàn)
1 TMS320C54x DSKplus DSP Starter Kit User’s Guide. TI，1996
2 TLC320AC01C Single-Supply Analog Interface Circuit Data Manual.TI，1996
3 TMS320C54x DSP Algebraic Instruction Set Reference Set.TI，1996
4 B.Farhang-Boroujeny.Fast LMS/Newton algorithms based on autoregresive modeling and their application to acoustic echo cancellation.IEEE Trans.Signal Processing，1997；45(8)