《DSP技术》课程教学大纲_C66x DSP -最新版 - 2021修订.docx

《DSP技术》课程教学大纲

一、     课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）

课程性质：DSP技术是通信工程专业、信息工程专业、电子信息工程专业、微电子专业和电子科学与技术专业一门重要的专业课程，是深化通信工程专业主干核心课“数字信号处理”课程知识理解和运用的重要后续课程。本课程是一门实践性很强的课程，主要课程以理论教学为基础以实验教学为辅的配置方式，培养学生DSP技术方面的软硬件设计能力，并通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。

教学目标：DSP技术是讲授利用TI TMS320C66x DSP实现实时数字信号处理的软硬件设计技术的课程，主要通过理论学习、实验、综合设计等环节，使学生了解DSP芯片的发展状况和应用领域，掌握DSP技术的硬件设计、软件设计和系统综合设计能力，培养学生利用DSP分析和解决实时数字信号处理的能力，为今后从事数字信号处理方面的应用与研究打下基础。本课程的具体教学目标如下：

1、  掌握DSP技术的基础知识，掌握数字信号处理系统框架，学习TI TMS320C66x DSP的CPU架构和指令、片上设备与应用，学习DSP系统硬件平台的分析和设计方法。【1-2】

2、  学习TI TMS320C66x DSP的软件开发技术，掌握利用C语言设计DSP程序的方法和优化技术以及基于SYS/BIOS的DSP软件开发技术。【1-2】

3、  学习CCS集成开发环境使用方法，学习实验开发平台的配置方法，掌握利用CCS和实验开发平台设计、调试和分析DSP程序的方法，并进行设计优化。【5-2】

4、  学习DSP硬件平台设计技术，掌握DSP最小系统硬件和外设电路设计，并能够综合运用DSP软件和硬件设计技术解决实时数字信号处理的工程问题，并能够根据需求设计基于DSP的嵌入式系统的解决方案。【3-1】

二、     课程目标与毕业要求的对应关系（明确本课程知识与能力重点符合标准哪几条毕业要求指标点）

三、     课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容）（重点内容：«；难点内容：D）

1、绪论（2学时）（支撑课程目标1）

1.1    数字信号处理系统的构成

1.2    DSP芯片的特点

1.3    DSP的发展历程

1.4    DSP的应用

²  目标及要求：

1）  通过绪论的介绍，使得学生掌握DSP的概念、主要特点、发展历程«；

2）  了解数字信号处理系统的构成和典型DSP嵌入式应用系统；

²  作业内容：

强化数字信号处理系统的基本框架包括的模块以及各个模块的作用

²  讨论内容：

以典型视频处理为实例，讨论现在数字信号处理技术对信号处理平台提出了哪些要求。

²  自学拓展：

回顾学过的数字信号处理理论和数字电路相关知识，复习C语言程序设计方法。查阅定点算法相关知识，理解数据的定标意义和方法。

2、C66x CPU架构和指令（4学时）（支撑课程目标1）

2.1.  TMS320C66x DSP介绍

2.2.  TMS320C66x CorePac

2.3.  CPU数据通道和控制

2.4.  指令集系统

2.5.  流水线结构

2.6.  中断与异常管理

2.7.  软件流水循环缓存与CPU权限

²  目标及要求：

1）  通过TMS320C66x CPU架构与工作原理的介绍，使得学生掌握TMS320C66x CPU架构和指令，包括CPU CorePac、数据通道和控制、指令集系统和流水线结构等相关知识«；

2）  掌握TMS320C66xDSP中断与异常管理D；

3）  了解TMS320C66x DSP软件流水循环缓存与CPU权限；

²  作业内容：

强化TMS320C66x DSP的特点，并分析其计算能力以及其计算能力的提升因素；强化TMS320C66x CorePac和控制寄存器

²  讨论内容：

引入中断和异常相关知识，讨论TMS320C66x DSP处理系统事件与CPU中断和异常输入之间的关系，突出TMS320C66x CPU如何实现中断服务程序的重定位、CPU如何使能各类中断、检测各类中断以及CPU如何响应中断。

²  自学拓展：

回顾学过的数字电路相关知识，查阅TMS320VC6655 DSP的数据手册。

3、基于CCS的软件开发初步（3学时）（支撑课程目标2，3）

3.1.  CCS 7.2.0介绍

3.2.  CCS软件开发流程

3.3.  CCS调试初步

3.4.  简单应用程序开发实例

²  目标及要求：

1）  通过CCS集成开发环境的学习掌握DSP程序设计的方法«；

2）  通过典型DSP程序实例学习DSP程序调试分析方法«；

3）  掌握利用时钟剖析工具分析DSP程序的时间复杂度D；

4）  掌握UART通信DSP应用程序设计方法

²  作业内容：

结合基于CCS的DSP程序设计与调试技术相关知识，强化利用C语言实现数字信号处理算法的DSP程序设计与应用。

²  讨论内容：

引入DSP程序设计与调试概念，讨论如何充分利用CCS提供的调试工具进行数字信号处理算法的调试与分析，并继续讨论如何实现基于TMS320C6555 DSP的UART通信程序设计。

²  自学拓展：

回顾学过的C语言程序设计相关知识，查阅TI公司提供的利用C语言开发TMS320VC66x DSP程序的相关文档。

4、C66x DSP程序优化技术（3学时）（支撑课程目标2，3）

4.1.  DSP程序优化技术的关键概念

4.2.  DSP程序优化流程

4.3.  编译选项

4.4.  基于编译器反馈信息的优化

4.5.  循环优化

²  目标及要求：

1）  通过FIR滤波DSP程序实例学习DSP程序优化方法«；

2）  掌握利用CCS编译器优化DSP程序的方法«；

3）  结合基于C语言的FIR滤波DSP程序设计，深化掌握基于C语言的DSP程序优化方法；

²  作业内容：

结合FIR滤波的知识，强化DSP程序优化方法的应用。

²  讨论内容：

引入DSP程序优化的概念，学习DSP程序优化的关键技术并讨论如何充分CCS对DSP程序进行优化，并继续讨论利用DSP程序优化方法如何基于C语言设计高效的数字信号处理算法程序。

²  自学拓展：

回顾学过的C语言程序设计的相关知识，复习C语言程序设计中的循环优化方法。

5、C66x DSP片上设备与应用（6学时）（支撑课程目标1，4）

5.1.  时钟产生逻辑

5.2.  外部存储器接口

5.3.  低速片上设备

5.4.  千兆以太网接口

5.5.  高速片上设备

5.6.  增强的DMA控制器

5.7.  DSP代码引导接口

²  目标及要求：

1）  掌握KeyStone架构DSP的主要片上外设及其应用方法«；

2）  掌握KeyStone设备的代码引导方法«；

3）  结合中断处理知识，深化掌握定时器等片上外设相关中断的处理方法D；

²  作业内容：

结合KeyStone架构DSP的主要片上外设的知识，强化利用C语言进行基于C66xDSP片上外设的DSP程序设计，编写数据通信程序，在TMS320VC665实现系统上实现基于低速片上设备和高速片上设备的数据通信。

²  讨论内容：

引入片上设备配置方法，讨论对于AD采样、与其它处理器等实际应用问题如何进行C66xDSP的片上设备配置方法和程序设计方法。

²  自学拓展：

回顾学过的C66xDSP的硬件和软件设计方法，复习基于C语言的C66xDSP的片上设备程序设计、调试和优化方法。

6、C66x DSP系统硬件平台设计（6学时）（支撑课程目标4）

6.1.  C6655 DSP系统硬件平台设计概述

6.2.  电源设计

6.3.  时钟设计

6.4.  外设电路设计

6.5.  电路布局布线实现

²  目标及要求：

1）  掌握基于TMS320C66x DSP的电源设计和时钟设计«；

2）  掌握TMS320C66x DSP外设电路设计方法«D；

3）  学习基于C66xDSP系统的电路布局布线；

²  作业内容：

结合C66x DSP系统硬件平台设计的知识，强化电源设计、时钟设计和外围电路设计的相关知识，学习TMS320VC66xDSP实验系统的硬件设计原理图，并在TMS320VC66xDSP实验系统上实现音频数据采集和回放。

²  讨论内容：

引入DSP最小系统硬件设计理念，讨论如何设计基于DSP的信号采集与分析系统的硬件系统，如何实现DSP程序的自举。

²  自学拓展：

回顾DSP软件和硬件设计的相关知识，回顾学过的数字电路相关知识，如何基于DSP系统实现数字信号处理等处理。

7、基于SYS/BIOS的DSP软件开发（6学时）（支撑课程目标2，3）

7.1.  SYS/BIOS基础

7.2.  SYS/BIOS工程的配置与构建

7.3.  SYS/BIOS的线程模块

7.4.  SYS/BIOS的线程间同步

7.5.  基于SYS/BIOS的应用系统设计

²  目标及要求：

1）  掌握SYS/BIOS工程的配置方法«；

2）  掌握SYS/BIOS的多线程模块配置和应用方法；

3）  学习基于SYS/BIOS的多线程应用系统设计«；

²  作业内容：

结合SYS/BIOS应用的知识，强化学习SYS/BIOS多线程系统工作的DSP程序设计方法。

²  讨论内容：

引入基于SYS/BIOS软件系统框架设计理念，讨论SYS/BIOS中Hwi、Swi和Task的合理使用以及多线程间的同步机制、缓冲区设计。

²  自学拓展：

回顾多线程同步的相关知识，复习乒乓缓冲区等处理方法。

8、实验（18学时）（支撑课程目标1，2，3，4）

四、     教学方法

授课方式：a.理论课（采用多媒体课件讲授DSP系统软硬件设计原理等核心内容，合理安排课外拓展学习，主要采用案例教学方式理论联系实际，培养学生创新能力）；b.实验环节（结合理论课教学内容，利用微视频开展翻转课堂式DSP实验教学，培养学生DSP技术方面的工程实践能力）；c.答疑（每周安排固定的办公室时间，学生无需预约，可来教师办公室就课程内容进行讨论，答疑内容包括讲授内容、实验等）；d.期末开卷考试。

课程要求：a.理论课：在理论课讲授环节中，注重概念解析，并以实际案例理论联系实际开展DSP技术的软件和硬件设计技术，培养学生逻辑思维能力、工程观点和分析与解决问题能力。根据本课程的特点，要求学生自主开展课程相关辅助材料自学；b.实验环节：要求学生遵守实验室的规章制度，建立良好的实验习惯，能够应用CCS和DSP实验平台实践DSP软件和硬件设计方法，能够应用DSP技术设计DSP嵌入式系统进行信号分析和信号处理，培养学生独立进行设计和分析复杂工程问题的能力，培养学生正确地撰写记录和处理实验数据、撰写实验报告的能力和对实验结果进行分析和解释的能力，并启发学生的创新思维自主开展创新性实验活动。

五、     考核及成绩评定方式

1.       考核方式和成绩评定

考核方式：开卷笔试，平时测验及作业，课程实验考核和报告

成绩评定方式：期末考试成绩占40%，平时成绩占30%，课程实验考核和报告占30%

课程目标达成情况及考试成绩评定占比（%）

2.       考核与评价标准

实验成绩评价标准：

注：该表格中比例为实验成绩的比例。

期末考试考核评价标准

注：该表格中比例为期末考试卷各教学目标所占成绩比例。

六、     教材及参考书目

教材：

1、  胡剑凌、曹洪龙、邵雷、耿相铭. DSP技术原理与应用系统设计[M].科学出版社.2018.08

2、  自编实验讲义

参考文献：

1、  胡剑凌，徐盛.数字信号处理系统的应用和设计[M] .上海：上海交通大学出版社，2004

2、  TMS320C66x DSP CPU and Instruction Set Reference Guide (Literature Number: SPRUGH7). Texas Instruments Inc., Nov. 2010

3、  TMS320C66x DSP CorePac User's Guide (Literature Number: SPRUGW0C). Texas Instruments Inc., Jul. 2013

4、  彭启琮，李玉柏，管庆.DSP技术的发展与应用[M].北京：高等教育出版社，2002

5、  牛金海. TMS320C66x KeyStone架构多核DSP入门与实例精解(第二版). 上海: 上海交通大学出版社, 2017

6、  俞一彪，孙兵.数字信号处理――理论与应用[M].南京：东南大学出版社，2005

7、  俞一彪，曹洪龙，邵雷. DSP技术与应用基础（第2版）[M].北京：北京大学出版社，2014