DSP 学习笔记 |（三）C & DSP 基础概念
Last updated on April 30, 2023 am
记录在学习过程中所需的 C 语言与 DSP 相关基础知识补充。
一、C 语言基础
1.1 零碎
const 修饰：用 const 修饰过的指针变量 p 不能修改 a 中的内容，而没有用 const 修饰过的指针变量 q 照样可以修改 a 中的内容，而且 a 自己也可以重新给自己赋值。它用来 告诉编译器， 被修饰的这些东西，具有“只读”的特点 。
C 语言中 “ ! ” 是对立面的意思。例如 ！ = 就是不等于的意思，常用在循环条件判断中，或者逻辑运算中，例如 x=! (1==1),（1==1）的结果为1，但有！ X的结果从1变为0。
字节对齐：计算机中内存大小的基本单位是字节（byte），理论上来讲，可以从任意地址访问某种基本数据类型，但是实际上，计算机并非逐字节大小读写内存，而是以 2,4,或 8 的 倍数的字节块来读写内存，如此一来就会对基本数据类型的合法地址作出一些限制，即它的地址必须是 2，4 或 8 的倍数。那么就要求各种数据类型按照一定的规则在空间上排列，这就是对齐。
对齐原因：根本在于 CPU 访问数据的效率问题。
对齐准则：总的来说，字节对齐有以下准则：
- 结构体变量的首地址能够被其对齐字节数大小所整除。
- 结构体每个成员相对结构体首地址的偏移都是成员大小的整数倍，如不满足，对前一个成员填充字节以满足。
- 结构体的总大小为结构体对最大成员大小的整数倍，如不满足，最后填充字节以满足。
寄存器：CPU 内部的存储单元，寄存器是 CPU 内部用来创建和储存 CPU 运算结果和其它运算结果的地方。
计算机字长（机器字长）：计算机字长（机器字长）取决于数据总线的宽度，通常就是CPU一次能处理的数据的位数（CPU位数）。
argc & argv:
argc 是 argument count 的缩写，表示传入 main 函数中的参数个数，包括这个程序本身；
argv 是 argument vector 的缩写，表示传入 main 函数中的参数列表，其中 argv[0] 表示这个程序的名字。
- 二进制的【或】运算：遇1得1
参加运算的两个对象，按二进制位进行“或”运算。
运算规则：0|0=0； 0|1=1； 1|0=1； 1|1=1；
参加运算的两个对象只要有一个为1，其值为1。 - 二进制的【与】运算：遇0得0
运算规则：0&0=0; 0&1=0; 1&0=0; 1&1=1;
即：两位同时为“1”，结果才为“1”，否则为0 - 二进制的【非】运算：各位取反
运算规则：~1=0； ~0=1；
对一个二进制数按位取反，即将0变1，1变0。 - 二进制的【异或】运算符 “^”：相同为0 ，不同为1”
参加运算的两个数据，按二进制位进行“异或”运算。
运算规则：0^0=0； 0^1=1； 1^0=1； 1^1=0；
参加运算的两个对象，如果两个相应位为“异”（值不同），则该位结果为1，否则为0。
- 二进制的【或】运算：遇1得1
有符号位 & 无符号位
浮点数标准
小数的二进制计算
采用 “乘 2 取整，顺序排列” 法，用 2 乘十进制小数，可以得出积，将积的整数部分取出，再用 2 乘余下的小数部分，又得到一个积，再将积的整数部分取出，如此进行，直到积中的小数部分为零，或者达到所要求的精度为止。然后把取出的整数部分按顺序排列起来。
内联函数能提高程序运行效率（inline)
正数的补码是其本身，负数是除最高位（符号位）保留外，其余取反，末位加一。
宏函数：宏函数是在 程序编译时进行简单的字符替换，而函数是在程序生成后才进行调用，这时会占用开销时间（主程序函数保留现场，在子函数体中需要进行参数的传递 – 实参传递给形参以及调用完后形参的销毁等步骤 ），因此宏函数占用的编译时的时间，而函数占用的是执行时的时间。
注意宏函数在调用时只是对函数中的变量做简单的 替换，注意这里的替换真的是替换，非常死板的那种！！！所以在宏函数中经常看到（）
1.2 汇编 & 反汇编
汇编语言是高级语言转换成机器码的桥梁，通过汇编语言的编译转换成机器码，计算机就可以执行程序。
因为在计算机中，所有的程序都是按照机器码执行的，所以对汇编语言的理解，能够增加对底层执行的认识。
下图为一个 c 程序变成一个可执行程序的过程：
汇编：
- 动词，指的是把 汇编语言 翻译成机器语言的过程。
就是图中 hello.s 文件经过汇编器变成二进制 hello.o 文件的过程。 - 名词，指的便是汇编语言
就是 hello.c 经过预处理器，再经过编译器生成的 hello.s 文件。这个文件里的东西就叫汇编程序（汇编语言）。
汇编指令一般都是由操作符和操作数组成，操作符也被称为指令助记符，它是指令中的关键字，表示本条指令操作类型，不能省略。操作数可以省略，也可以有很多，但各操作数之间要用 “，”分开。指令助记符与操作符之间要用空格分开。
反汇编：
- 动词，指的是由已生成的机器语言（二进制语言）转化为汇编语言的过程，也可以说是汇编的逆向过程。
- 名词，指的是有机器语言经过反汇编过程生成的汇编语言。
- 反汇编生成的汇编代码，每一行前面都有一串16进制的数字。这些数字就是每一行汇编代码对应的机器代码。
- 反汇编就是我们把一系列的机器码转换成改程序的助记符。如果我们拿到一份机器码程序，而我们想要知道他的功能和工作方式，可以对机器码进行反汇编。
二、DSP 基础
2.1 定点数与浮点数
首先我们要认清一个概念，定点数不一定是整数，浮点数不一定是小数。
为了轻松指定使用多少位来表示数字的整数和小数部分，我们使用称为Q格式的表示法。例如，要指定我们对整数部分使用三位，对小数部分使用四位，我们可以说数字采用 Q3.4 格式。
如其名，浮点数和定点数的区别就在于浮点和定点上，点就是指小数点。浮点数就是小数点是浮动的，定点数就是小数点是固定不动的。
数字信号处理可以分为两类：定点和浮点。 区分依据是用于存储和操纵数据数字表示的格式。 定点 DSP 设计用于表示和操控整数，包括正整数和负整数，最低为 16 位，因而可能的位模式有 65,536 种 (2^16 浮点 DSP 用于表示和操控有理数，最低为 32 位，与科学计数法相似，数值用尾数和指数表示（例如 A x 2B， A 为尾数，B 为指数)，因而可能的位模式有 4,294,967,296种 (2^32).
对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾，一个变量要想能够表示比较大的数值范围，必须以牺牲精度为代价；而想提高精度，则数的表示范围就相应地减小。
2.2 饱和运算
所谓饱和运算，就是当运算结果大于一个上限或小于一个下限时，结果就等于上限或是下限。例如：BYTE 运算，最大值是 255，0xF1+0x35 应该是等于 0x26，但由于结果大于 255，那么饱和运算的结果就是 0xFF。在图像处理里经常有（比如说增加亮度）两种灰度值运算后要判断值是否大于 255 或小于 0，根据结果再取 255 或 0。