Introduction

ในแบบผึกหัดนี้ จะสอนวิธีการเขียน FIR filter โดยการใช้ภาษาแอสแซมบลีของ DSP เริ่มต้นจากแอสแซมบลีพื้นฐานที่ใช้เขียน FIR filter จากไฟล์ filter.asm.

	   1	.copy "core.asm"  	; Copy in core file
	  2   					; This initializes DSP and jumps to "main"
	  3	
	  4  FIR_len .set   8			; This is an 8-tap filter.
	  5	
	  6          .sect ".data"		; Flag following as data declarations
	  7   
	  8    	    .align 16			; Align to a multiple of 16
	  9  coef					; assign label "coeff"
	  10	    .copy "coef.asm"		; Copy in coefficients
	  11
	  12	    .align 16
	  13 firstate
	  14 	    .space 16*8			; Allocate 8 words of storage for
	  15					; filter state.
	  16
	  17	    .sect ".text"		; Flag the following as program code
	  18  main
	  19      ; Initialize various pointers
	  20	    stm    #FIR_len,BK		; initialize circular buffer length
	  21	    stm    #coef,AR2    	; initialize coefficient pointer
	  22	    stm	   #firstate,AR3	; initialize state pointer
	  23	    stm    #1,AR0		; initialize AR0 for pointer increment
	  24	
	  25  loop
	  26      ; Wait for a new block of 64 samples to come in
	  27  	    WAITDATA
	  28	
	  29      ; BlockLen = the number of samples that come from WAITDATA (64)
	  30    	    stm     #BlockLen-1, BRC	; Put repeat count into repeat counter
	  31    	    rptb    endblock-1		; Repeat between here and 'endblock' 
	  32
	  33    	    ld	    *AR6,16, A		; Receive ch1 into A accumulator
	  34    	    mar     *+AR6(2)            ; Rcv data is in every other channel
	  35    	    ld      *AR6,16, B		; Receive ch2 into B accumulator
	  36    	    mar     *+AR6(2)            ; Rcv data is in every other channel
	  37    
	  38    	    ld	    A,B			; Transfer A into B for safekeeping
	  39
	  40      ; The following code executes a single FIR filter.
	  41	
	  42    	    sth     A,*AR3+%		; store current input into state buffer
	  43    	    rptz    A,(FIR_len-1)	; clear A and repeat
	  44    	    mac     *AR2+0%,*AR3+0%,A	; multiply coef. by state & accumulate
	  45    
	  46    	    rnd     A			; Round off value in 'A' to 16 bits                            
	  47    
	  48     ; end of FIR filter code. Output is in the high part of 'A.'
	  49
	  50    	    sth     A, *AR7+		; Store filter output (from A) into ch1
	  51    	    sth     B, *AR7+		; Store saved input (from B) into ch2
	  52    
	  53    	    sth     B, *AR7+		; Store saved input to ch3...ch6 also
	  54    	    sth     B, *AR7+		; ch4
	  55    	    sth     B, *AR7+		; ch5 
	  56    	    sth     B, *AR7+		; ch6
	  57   
	  58  endblock:
	  59      b loop
	

filter.asm จะทำการใช้ FIR filter กับอินพุต channel ที่ 1 แล้วทำการส่งผลลัพธ์ที่ได้ไปยัง channel ที่ 1 พร้อมกับส่ง อินพุตที่ไปยัง channel ที่ 2

ลำดับแรก สร้าง workin directory ของคุณขึ้นที่ network drive สำหรับไฟล์ที่จะใช้ในแบบฝึกหัดนี้ จากนั้นทำการ copy filter.asm และ core.asm ไปไว้ใน directory ที่สร้างขึ้น เสร็จแล้วให้ใช้ MATLAB สร้าง 20-tap FIR filter 2 อัน filter ตัวแรก ควรผ่านสัญญาณที่มีความถี่ ตั้งแต่ 4 kHz ถึง 8 kHz; ส่วน filter ตัวที่สอง ให้ ผ่านสัญญาณความถี่ 8 kHz ถึง 12 kHz สำหรับ filter ทั้งสอตัว ให้ใช้ 1 kHz transition band ที่ทุกริมของ filter passband ในการสร้าง filter พวกนี้ ควรจะแปลง band edge ให้เป็น สัญญาณดิจิตอล โดยเทียบจาก 44.1 kHz sample rate ของระบบ จากนั้นให้ใช้คำสั่ง MATLAB remez ในการสร้าง filter; อาจลองพิมพ์ help remez สำหรับ รายละเอียดของการใช้คำสั่ง และใช้คำสั่ง save_coefsave filter แต่ละตัวคนละไฟล์ (ตรวจดูก่อน save ว่าได้ทำการกลับเวคเตอร์ ของ filter coef เรียบร้อยแล้ว) ทำการ save filter ในรูปของ MATLAB matrix ด้วย เพราะคุณจะต้องใช้มันภายหลังในการสร้าง test เวคเตอร์ สารมารถทำได้โดย ใช้คำสั่ง save ใน MATLAB เมื่อเสร็จเรียบร้อยแล้ว ให้ใช้คำสั่ง freqz ในการสร้าง frequency response ให้แต่ละ filter

Part 1: Single-Channel FIR Filter

สำหรับตอนนี้คุณจะทำการ implement แค่ filter ที่ใช้ 4 kHz ถึง 8 kHz passband เท่านั้น. แก้ไข filter.asm เพื่อใช้ coefficient สำหรับ filter ตัวนี้

อย่างแรก เราจะใช้ FIR filter ขนาด 20 ไม่ใช่ 8 ในแบบฝึกหัดนี้ ฉะนั้นคุณจะต้องเปลี่ยน FIR_len เป็น 20. FIR_len โดยใช้ directive .set ซึ่งสามารถ set ค่า ได้โดย assign ค่าตัวเลขให้ FIR_len .set 20.

ขั้นที่สอง, คุณจะต้องแน่ใจว่า .copy directive copy ค่า coefficients ที่ถูกต้อง. เปลี่ยนชื่อไฟล์ เป็นชื่อไฟล์ที่เก็บค่า ของ coefficients ที่ใช้สำหรับ filter ตัวแรก

จากนั้นให้ทำการแก้ไข .align และ .space directives ต่างๆ ตามความเหมาะสม. TI TMS320C54x DSP ต้องใช้ circular buffers, เพื่อใช้สำหรับ FIR filter coefficient และ state buffers, ซึ่งถูก set ให้ตรงกัน โดยให้ address เริ่มต้น เป็นค่ายกำลังสอง so that they begin at an address that is a multiple of a power of two greater than the length of the buffer. Since you are using a 20-tap filter (ซึ่งใช้ 20-element state และ coefficient บัฟเฟอร์), the next greater power of two is 32. ฉะนั้นคุณจะต้องทำการตั้งค่า address ของทั้ง state และ coefficient บัฟเฟอร์ เป็นจำนวนเท่าของ 32 (16-element บัฟเฟอร์จะต้องถูกตั้งค่าให้เป็นจำนวนเท่าของ 32 เช่นกัน) ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้คำสั่ง .align นอกจากนี้หน่วยความจำยัง ต้องถูกจองไว้ให้ state บัฟเฟอร์ด้วย ทำได้ โดยใช้ directive .space ซึ่งจะรับจำนวน bits ของเนื้อที่ทที่ต้องการ . ฉะนั้นถ้าต้องการ เนื้อที่ 20 word จะต้องใช้ directive .space 16*20 ดังตัวอย่างข้างใต้

	1         .align 32             % Align to a multiple of 32
	2  coef   .copy  "filter1.asm"  % Copy FIR filter coefficients
	3
	4         .align 32             % Align to a multiple of 32
	5  state  .space 16*20          % Allocate 20 words of data space
      

แก้ไข code, ตั้งค่า PMST เป็น 0xFFE0, reset DSP, แล้ว run. ตรวจดูว่า ค่าความถี่ที่ตอกลับ มานั้นถูกต้อง หลังจากที่แน่ใจว่า code ทำงานได้ถูกต้องแล้ว ให้เริ่มขั้นต่อไป

Part 2: Dual-Channel FIR Filters

ขั้นแรก, ให้สร้าง copy ของ filter.asm ที่ถูกทำการแก้ไข เรียบร้อยแล้ว จากไฟล์ Part 1. ใช้ไฟล์นี้ในการทำงาน อย่าทำการแก้ไข filter ที่ใช้ก่อนหน้านี้ เพราะจะมี การใช้ filter ตัวเดิมอีกในภายหลัง

จากนั้น, ทำการแก้ไข code เพื่อที่จะทำการส่ง output ไปที่ filter ตัวแรก (ด้วย passband 4 kHz ถึง 8 kHz ) ที่ output channel 1 แล้วoutput ที่ไม่ได้ผ่าน filter ไปยัง output channel 2, ส่ง output จาก filter ตัวที่สอง (ด้วย passband 8 kHz ถึง12 kHz ) ไปยัง output channel 3. เพื่อนที่จะทำงานได้ดังที่กล่าว คุณจะต้องใช้ .align และ .copy คำสั่งในการ load ชุดของ coefficients ชุดที่สอง ไปยัง data memory. นอกจากนี้จะต้องเพิ่มคำสั่ง เพื่อ initialize ค่าของ pointer ให้ชี้ไปยัง coefficients ชุดที่สอง และคำนวณค่าให้ filter ตัวที่สอง

การใช้เทคนิคที่กล่าวถึงใน DSP Development Environment: Introductory Exercise for TI TMS320C54x, เพื่อนสร้าง test vector และ output ที่ต้องการ ที่เหมาะสมใน MATLAB. และการใช้ test-vector core file ที่อ้างอิงจาก DSP Development Environment: Introductory Exercise for TI TMS320C54x, หาผลลัพธ์จากระบบโดยการใช้ test vector นี้ ใน MATLAB ให้ทำการสร้างกราฟจากผลลัพธ์จริงและผลัพธ์ที่คาดว่าน่าจะเกิด จากทั้งสอง filter และ ผลต่างจากผลลัพธ์ทั้งสอง ทำไมผลลัพธ์ที่เกิดจาก DSP ถึงไม่เท่ากับผลลัพธ์ที่จาก MATLAB ?

Part 3: Alternative Single-Channel FIR Implementation

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการ implementing symmetric FIR filters โดยใช้คำสั่ง firs instruction. แก้ไข code จาก Part 1 เพื่อ implement filter ที่ใช้ passband 4 kHz to 8 kHz โดยใช้ firs.

ข้อแตกต่างสองประการ ในการ implementation ระหว่าง code จาก Part 1 และ code ที่คุณจะต้องเขียน สำหรับส่วนนี้ คือ (1) the firs คำสั่งนี้จะทำให้ coefficients ถูก locate ในส่วนของ program memory แทนที่จะใช้ data memory, และ (2) firs จะทำให้ states ถูกแยกออกเป็น สอง circular buffer. อ้างอิงจาก firs คำสั่งบน หน้า 4-59 ใน คู่มือ Mnemonic Instruction Set [link] ซึ่งมีทั้งคำอธิบายและตัวอย่างการใช้ หน้า 4-5 จนถึง 4-8 ของ Applications Guide [link] ถ้าหากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม (Volumes 2 and 4 respectively of the TMS320C54x DSP Reference Set).

AR0 ต้องถูกตั้งค่าเป็น -1 เพื่อที่จะให้โปรแกรมทำงานได้ถูกต้อง ทำไม?

	
	 
	1	mvdd	*AR2,*AR3+0%		; write x(-N/2) over x(-N)
	2	sth	A,*AR2			; write x(0) over x(-N/2)
	3	add	*AR2+0%,*AR3+0%,A 	; add x(0) and x(-(N-1))
	4					;   (prepare for first multiply)
	5
	6	rptz	B,#(FIR_len/2-1)  	  
	7	firs	*AR2+0%,*AR3+0%,COEFF
	8	mar	??????? 		; Fill in these two instructions
	9	mar	???????			; They modify AR2 and AR3.
	10
	11					; note that the result is now in the
	12					;  B accumulator
      

เนื่องจากในตอนนี้ states และ coefficients จะถูกนำมาใช้ต่างจาก FIR คราวก่อน, ฉะนั้นจะต้องทำการแก้ไข ค่าตั้งต้นของ pointer

	
	1	stm	#(FIR_len/2),BK		; initialize circular buffer length
	2	stm	#firstate_,AR2		; initialize location containing first 
	3					;   half of states
	4
	5	stm	#-1,AR0			; Initialize AR0 to -1
	6
	7	stm	#firstate2_,AR3	        ; initialize location containing last half
	
      

ใช้ test-vector ใน ไฟล์หลัก เพื่อหาผลลัพธ์จากระบบ และใช้ test-vector ตัวเดียวกัน ทดสอบกับ two-filter system. เปรียบเทียบผลลัพธ์ของ filter นี้ กับ filter ที่ถูก implement โดยใช้ คำสั่งmac ผลลัพธ์เหมือนกันหรือไม่? ทำไมเหมือนหรือทำไมไม่เหมือน? ตรวจให้แน่ใจว่าผลลัพธ์ถูกส่งไป ที่ channel 1, และ ผลลัพธ์ที่ไม่ได้ ถูก filter ไปที่ output channel 2.