基于DSP/BIOS的FIR数字滤波器设计与实现

2 TMS320F2812及DSP/BIOS内核介绍
TMS320F2812是基于TMS320C2XXX内核的定点数字信号处理器，具有数字信号处理及强大的事件管理和嵌入式控制功能，适于有大批量数据处理的控制系统。其性能可用于数字滤波器设计。
TMS320F2812采用高性能的静态CMOS技术，时钟频率达150 MHz；低功耗(内核电压1．9 V，I／O口电压3．3 V)；采用哈佛总线结构，片上集成许多片上外设，可实现更多功能。开发环境是集成开发环境CCS，支持C／C++／汇编嵌入式实时操作系统DSP／BIOS，JTAG调试接口。
DSP／BIOS内核是一个尺寸可伸缩的实时内核，它是为实时信号处理应用而设计的，主要包括：(1)DSP／BIOS配置工具。该工具可用来创建和配置在应用程序中使用的DSP／BIOS内核对象，也可使用该工具配置存储器，线程优先权以及中断处理；(2)DSP／BIOS实时分析工具。CCS中的分析丁具使用户可测试和分析目标DSP上应用程序的运行，包括监测CPU负荷、日志、线程执行情况等；(3)DSP／BIOS API函数。用户在PC端采用C、C++或汇编语言编写调用DSP／BIOS API函数的应用程序；(4)器件支持库。提供许多宏和函数，用来简化片上外设的配置和管理。

3 数字滤波器分析
数字滤波器根据冲激响应持续时间可分为有限冲激响应滤波器(FIR)和无限冲激响应滤波器(IIR)。其中FIR滤波器能够保证严格的线性相位特性，且不存在稳定性问题。窗函数法和频率采样法等是设计FIR数字滤波器的常用方法。窗函数法在时域中进行，其原理简单，易于实现，但存在在相同设计指标下滤波器的阶数通常会偏大的问题。频率采样法对于只有少数几个非零值采样的窄带选频滤波器较有效。这里分析如何在DSK2812板上利用CCS本身所带的操作系统实现一种通过窗函数法实现的FIR滤波器。FIR滤波器的各项指标可以通过现有的表查找，其设计步骤如下：
(1)给定所要求的理想频率响应函数Hd(ejw)；(2)对理想频率响应函数进行反傅里叶变换，则得到系统单位脉冲响应为：hd(n)=IDFTFT[Hd(ejw)]；(3)根据过渡带及阻带衰减最小的要求查表，可选定窗ω(n)的形状及除数，N的大小，一般N的值要做几次试探才能最终确定；(4)得到所设计的FIR滤波器的单位抽样响应(该响应逼近理想)：h(n)=hd(n)ω(n)，n=0，1…，N-1；(5)求H(ejw)=DTFT[h(n)]，检查是否满足设计要求，若不满足，则需重新按照上述步骤设计。

4 数字滤波器的实现
要实现的低通FIR滤波器：通带边缘频率ωp=10 kHz，阻带边缘频率ωs=22 kHz，阻带衰减δ2=75 dB，采样频率fs=50 kHz。根据对滤波器的分析可求得系统的差分方程。所求得的h(n)在程序设计过程中可用一个数组存放。X(n)是A／D转换器采样值。让其逐项相加，再输出即可。实现滤波器所采用的硬件平台为DSK2812，实现流程如图1所示。