偶看新闻电力机车ss4:基于IQmath库的定点DSP算法设计 - 21IC中国电子网
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/27 19:19:55
基于IQmath库的定点DSP算法设计
时间：2010-11-16 09:22:18 来源：现代电子技术 作者：彭志明，李 琳 华南理工大学摘要：基于TI公司提供的IQmath库实现在定点DSP芯片TMS320F28xx上进行精确的浮点运算，方便开发人员采用C／C++编写浮点运算程序，可以节省设计和调试时间。IQmath库主要应用于高速度和高精度的实时计算，与直接采用ANSI C语言相比效率更高，这对设计实时性要求很高的控制系统尤其重要。
关键词：IQmath库；TMS320F28xx；浮点运算；实时性
引言
DSP数字信号处理器分为定点和浮点两种基本类型，它们之间最大差异在于浮点DSP比定点DSP具有更强大的计算能力和更大范围的动态精度。浮点DSP内部设有专门支持浮点运算的硬件单元，对浮点格式的数据可以直接通过代码加入硬件运算中，因此运算速度很高。而定点DSP没有定点运算单元，它对浮点格式的实数必须通过软件才能实现，这样就增加了指令代码，间接地使得定点DSP运算速度低于浮点DSP，典型的浮点处理器，如TI公司的C6000系列，几乎所有的嵌入式微控制器都为定点处理器，如TI公司的C2000系列。因为浮点DSP的价格更加昂贵，因此定点DSP仍然有其巨大的优势。但是任何算法都需要进行浮点运算，因此如何提高在定点DSP上进行的浮点运算的速度和精度，就成为了用户开发时必须要考虑的关键问题。TI公司专门为定点处理器TMS320C2000系列提供的IQmath库为解决上述问题提供了良好的实现方法。
1 数的定标：Q格式
定点DSP不能直接处理小数，编程时处理小数有3种方法：
①把变量定义成float类型。该方法编程量最小，但编译出来的代码最大。
②把整数变量放大来表示小数。这是许多开发定点DSP的程序员经常使用的方法，但程序不具有可移植性。
③采用整数定标的方法来确定小数，即采用Q格式来表示小数。对于定点处理器而言，不管定义哪种类型的数据最终都采用整型数据进行具体的运算。
整数定标的实质就是通过确定小数点位于哪一位，从而确定小数的精度，通常用Q格式表示。一个32位有符号定点数的Q格式如下：
其中，S是符号位，I是整数部分，f是小数部分。定点数的大小按下式计算：
比如Q15定点数的小数点位于第15位的右侧，小数0．25用Q15表示则为2000H。这样很简单地用一个整数格式表示了一个小数，对于定点DSP来说处理小数就与处理整数完全相同了。需要注意的是，采用Q格式数据进行算法设计的时候必须考虑溢出，各种Q格式数据表示的范围和精度参考文献。
2 TMS320F2812定点DSP处理器
作为TI公司C2000系列DSP典型产品，定点处理器TMS320F2812具有很高的性价比，广泛应用于工业控制，特别是应用于处理速度、处理精度方面要求较高的领域。TMS320F2812整合了Flash存储器、A／D转换器、事件管理器、QEP以及多种通信模块，具有强大的控制和信号处理能力，便于用户开发高性能的数字控制系统。特别是TI公司为C28xx内核专门设计的IQmath库能够实现在定点DSP处理器上进行精确的浮点运算和复杂的控制算法。
3 IQmath库及其应用
IQmath库是高度优化和具有高精度的数学函数库集合。IQmath库里面包含的函数都是采用Q格式定点数作为输入／输出，允许程序设计人员在定点TMS320F281xx处理器上进行浮点算法设计，从而提高运算速度。
3．1 IQmath库组成
IQmath库可以在c／C++程序设计中使用，它包含4个部分：
◆IQmath头文件IQmathLib．h
◆包含所有函数和数值表的目标文件IQmath．lib
◆命令连接文件IQmath．cmd
◆调试用的GEL文件IQmath．gel
3．2 IQmath库函数
IQmath库中主要包括以下函数(用户在程序设计开发时可以直接调用)：
◆格式转换函数IQ()、IQN()、IQtoF()、IQtoIQN()等
◆算术运算函数IQmpy()、IQdiv()等
◆三角运算函数IQsin()、IQcos()、IQatan2()等
IQmath库中的各个函数及其含义参考文献。