《DSP原理與應(yīng)用教程》教材的編寫思考

張衛(wèi)寧

(山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟南 250100)

隨著數(shù)字信號處理器技術(shù)的應(yīng)用日趨深入，國內(nèi)許多高等院校開設(shè)了“DSP原理與應(yīng)用”課程，迫切需要這方面的教材和參考書籍。為此，我們結(jié)合多年的授課講稿、教學(xué)及科研經(jīng)驗，并汲取其他院校相關(guān)教材的優(yōu)點［1-3］，編寫出版了《DSP原理與應(yīng)用教程》［4］。該教材至今已經(jīng)再版4次，并被20多所院校用作教材，獲得了良好的教學(xué)效果。本文就該教材的編寫總結(jié)了一些體會供參考。

1 做好編寫教材的前期準備工作

編寫好一本教材，我們第一個體會便是端正編寫教材的指導(dǎo)思想，做好編寫前的準備工作。為此我們做了如下工作。

(1)根據(jù)“DSP原理與應(yīng)用”課程的培養(yǎng)目標，首先確定本教材的教學(xué)適用對象和范圍，使書本的內(nèi)容更有針對性。本書定位為電子信息、通信、計算機、集成電路、自動化和光電等專業(yè)高年級本科生和研究生的教材，也可作為自學(xué)參考書或供從事DSP應(yīng)用的工程技術(shù)人員參考。

(2)“DSP原理與應(yīng)用”課程涵蓋的知識面寬，外文參考資料也多。但一本教材的篇幅畢竟有限，應(yīng)該如何解決篇幅少和內(nèi)容多的矛盾。我們確定了本教材的基本理論和內(nèi)容，然后又細分為必須的、重要的、擴展的、參考的和自學(xué)的等幾個部分。經(jīng)過精簡、歸納、優(yōu)化和取舍，確定出本教材的結(jié)構(gòu)體系并落實在教材目錄上。

(3)根據(jù)本教材的定位，確定編寫風格。在編寫中力求內(nèi)容全面，多分析，多總結(jié)。通過例題、設(shè)計實例、習(xí)題和思考題，使讀者易于接受，便于理解。在編寫中盡量采用啟發(fā)式和討論式的方法，要避免變成為DSP使用手冊或產(chǎn)品說明書。

2 編寫教材要與教學(xué)改革相結(jié)合

(1)在第2章介紹DSP的CPU內(nèi)核及硬件結(jié)構(gòu)時，結(jié)合有關(guān)匯編指令講解。例如，講介乘加器時結(jié)合MAC指令;介紹比較、選擇和存儲單元時結(jié)合CMPS指令;指數(shù)編碼器則結(jié)合EXP指令講介等。

通過分析例題中匯編指令在硬件平臺上的執(zhí)行情況和信號的流向，使讀者形象地了解指令與硬件平臺之間的關(guān)系，了解指令在CPU中的工作原理，從而使他們加深對CPU硬件和指令功能的理解，為靈活應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

(2)通過對DSP匯編指令集的學(xué)習(xí)，讓讀者認識到:指令的并行操作、超標量操作、流水線及重復(fù)機制操作等，都是DSP中出現(xiàn)的代表了當前嵌入式微處理器發(fā)展的新技術(shù)和新方向。

(3)通過深入分析公共目標文件格式(COFF)的結(jié)構(gòu)特點，引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分匯編器偽指令與連接器偽指令的不同用途，討論存儲器模型與命令文件之間的關(guān)系，搞清楚共享文件(包括頭文件、中斷向量文件、GEL文件、庫文件等)的用途及編寫調(diào)用方法，學(xué)會搭構(gòu)DSP程序框架。

(4)增加了C54x高級C語言程序設(shè)計的內(nèi)容。在第5章重點討論了匯編程序和高級C程序之間的接口技術(shù)，包括混合編程中的寄存器約定、函數(shù)調(diào)用規(guī)則和標識符約定及C54x C代碼優(yōu)化等方面的內(nèi)容。

(5)加強了DSP綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的研究，在第9章詳細討論了DSP最小系統(tǒng)設(shè)計、C54x外部總線結(jié)構(gòu)、存儲器擴展、A/D、D/A與DSP的接口技術(shù)以及Bootloader功能的實現(xiàn)等硬件設(shè)計的內(nèi)容，給出了C54x系統(tǒng)設(shè)計實例。

3 編寫教材要與實踐教學(xué)相結(jié)合

在教學(xué)的學(xué)時少內(nèi)容多的情況下，將教材中那些與實踐緊密結(jié)合的內(nèi)容放在實驗課上講授，可以取得事半功倍的教學(xué)效果。

例如教材第4章DSP定點算法設(shè)計的內(nèi)容可以通過實驗三:定點定標運算來講解和學(xué)習(xí)。又如，我們將實驗十:片內(nèi)定時器實驗中的程序?qū)戇M了教材第7章定時器的例題中，讓讀者通過實驗來學(xué)習(xí)C54x的片內(nèi)定時器。我們在教材的A/D、D/A與DSP的接口技術(shù)中，詳細介紹了音頻CODEC芯片TLV320AIC23B，這是為實驗十二:同步串口與A/D轉(zhuǎn)換和實驗十三:基于DSP的數(shù)字音頻處理系統(tǒng)而準備的。

通過開展驗證型和自主型實驗和教材中的完全匯編、混合編程及C語言編程的內(nèi)容相結(jié)合，將教材中的軟件仿真和硬件實驗相結(jié)合，將多種開發(fā)方法產(chǎn)生的執(zhí)行效果進行對照。

4 采用啟發(fā)式、討論式的寫作風格

我們力求在有限篇幅內(nèi)抓住典型問題，講清思路和方法，啟發(fā)讀者去分析思考，從而更好的理解基本概念。例如在討論匯編分支程序設(shè)計時，分別使用三種不同方法去設(shè)計同一個程序，列出對應(yīng)的三個程序清單，然后指出:“以上三種方法采用了不同的指令和轉(zhuǎn)移條件。其中，方法三的程序最簡捷，執(zhí)行時間最短。由此可見，在匯編程序設(shè)計中，選擇合適的指令和實現(xiàn)方式，會使程序得以極大優(yōu)化”。這樣抓住幾個典型例子去啟發(fā)學(xué)生的思路，能夠收到很好的認知效果。

為使讀者更易于接受和理解教材的主要內(nèi)容，我們在編寫教材時列舉了大量例題和習(xí)題。這些例題及習(xí)題與基本的主要內(nèi)容結(jié)合十分緊密，針對性比較強，對培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、舉一反三及分析問題的能力很有益處。

［1］ 張雄偉，陳亮，徐光輝，DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用.第三版［M］，北京;電子工業(yè)出版社，2003

［2］ 彭啟棕，李玉柏，管慶，DSP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［M］，北京;高等教育出版社，2002

［3］ 鄒彥，唐冬，寧志剛，DSP原理與應(yīng)用［M］，北京:電子工業(yè)出版社，2005

［4］ 張衛(wèi)寧、栗華、馬昕，DSP原理與應(yīng)用教程［M］，北京;科學(xué)出版社，2008