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1 引言 CCS(Code Composer Studio)是TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境。它提供了環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具，幫助用戶在一個軟件環(huán)境下完成編輯、編譯鏈接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作。與TI提供的早期軟件開發(fā)工具相比，利用CCS能夠加快軟件開發(fā)進程，提高工作效率。CCS一般工作在兩種模式下:軟件仿真器和與硬件開發(fā)板相結(jié)合的在線編程。前者可以脫離DSP芯片，在PC機上模擬DSP指令集與工作機制，主要用于前期算法實現(xiàn)和調(diào)試。后者實時運行在DSP芯片上，可以在線編制和調(diào)試應(yīng)用程序。 2 C語言和匯編語言的混合編程 TMS320 C5000系列的軟件設(shè)計通常有三種方法: (1 ) 用C語言開發(fā); (2) 用匯編語言開發(fā); (3) C和匯編的混合開發(fā)。 其中用C語言開發(fā)具有兼容性和可移植的優(yōu)點，有利于縮短開發(fā)周期和減少開發(fā)難度，但是在運算量較大的情況下，C代碼的效率還是無法和手工編寫的匯編代碼的效率相比，比如FFT運算，用匯編語言開發(fā)的效率高，程序執(zhí)行速度快，而且可以合理利用芯片的硬件資源，但是開發(fā)難度較大，開發(fā)周期長，而且可讀性和可移植性差。C和匯編的混合編程則可以充分利用前兩者的優(yōu)點，以達(dá)到最佳利用DSP資源的目的。但是，采用C和匯編語言混合編程必須遵循相關(guān)函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器調(diào)用規(guī)則，否則會給程序的開發(fā)帶來意想不到的問題。 2.1 C語言和匯編語言混合編程的四種方法 (1) 獨立編寫匯編程序和C程序，分開編譯或匯編成各自的目標(biāo)代碼模塊，再用鏈接器將二者鏈接起來。這種方法比較靈活，但是設(shè)計者必須自己維護各匯編模塊的入口和出口代碼，自己計算傳遞的參數(shù)在堆棧中的偏移量，工作量較大，但是能做到對程序的絕對控制。 (2) 在C程序中使用匯編程序中定義的變量和常數(shù)。 (3) 在C程序中內(nèi)嵌匯編語句。這種方法可以實現(xiàn)C語言無法實現(xiàn)的一些硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器。 (4) 將C語言編譯生成相應(yīng)的匯編代碼，手工修改和優(yōu)化C編譯器生成的匯編代碼。采用這種方法可以控制C編譯器，從而產(chǎn)生具有交叉列表的匯編程序，而設(shè)計者可以對其中的匯編語句進行修改，然后對匯編程序進行編譯，產(chǎn)生目標(biāo)文件。 后3種方法由于在C中直接嵌入了匯編語言,易造成程序混亂，破壞C環(huán)境，甚至導(dǎo)致程序崩潰，而開發(fā)者又很難對不良結(jié)果進行預(yù)期和有效控制。而如果采用第一種方法，只要遵循有關(guān)C語言函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則，就能預(yù)見到程序運行的結(jié)果，保證程序正確。 2.2 編程注意事項 C編譯器對函數(shù)調(diào)用制定了一組嚴(yán)格的規(guī)則。除了特殊的運行時間支持庫函數(shù)外，任何調(diào)用函數(shù)和被C函數(shù)調(diào)用的函數(shù)都必須遵守這些規(guī)則。結(jié)合作者在編程中的實際情況和切身體會，提出在編程時要注意以下幾點: (1) 必須保護任何被函數(shù)修正的專用寄存器。這些專用寄存器包括:AR1，AR6，AR72和堆棧指針(SP)。其中，如果對SP正常使用，則不必明顯的保存。換句話說，只要匯編函數(shù)在調(diào)用返回時彈出壓入的對象，實際上就已經(jīng)保護了SP。 (2) 中斷函數(shù)必須保存其使用的所有寄存器。 (3) 從匯編函數(shù)中調(diào)用C函數(shù)時，第一個參數(shù)(最左邊的)必須放入累加器A中，剩下的參數(shù)按照自右向左的順序壓入堆棧。 (4) 如果函數(shù)有返回值，則返回值存放在累加器A中。 (5) 調(diào)用C函數(shù)時，注意C函數(shù)只保護了幾個特定的寄存器，對于其他寄存器C函數(shù)是可以自由使用的。 (6) 長整數(shù)和浮點數(shù)存儲在存儲器中的方法是最高有效字在低位地址。 (7) 匯編語言模塊不能改變由C模塊產(chǎn)生的.cinit段，如果改變其中的內(nèi)容將會引起不可預(yù)測的后果。 (8) 在匯編語言模塊中，對可以從C中訪問的變量和函數(shù)名需加上前綴“_”。對于僅用于匯編語言模塊中的標(biāo)識符，不用加下劃線。而且如果僅在匯編中使用，只要不加下劃線，即使與C程序中定義的對象名相同，也不會造成沖突。 (9) 任何在匯編語言模塊中聲明的將要從C訪問或調(diào)用的對象或函數(shù)，都必須在匯編語言中用.global偽指令聲明為全局變量。同樣，任何在C程序中定義而將在匯編中訪問或調(diào)用的對象或函數(shù)，在匯編中也必須用.global聲明。 (10) 在默認(rèn)的情況下，編譯器總是認(rèn)為CPL為1。因此，若在匯編程序中將CPL清0，則在返回C環(huán)境時，必須將其恢復(fù)為1;在默認(rèn)的情況下，編譯器總是認(rèn)為 OVM為0。因此，若在匯編程序中將OVM置為1，則返回C環(huán)境時，必須將其恢復(fù)為0;ARP在函數(shù)進入和返回時，必須為0，即當(dāng)前輔助寄存器為AR0。函數(shù)執(zhí)行時可以為其他值。 3 編程實例 3.1 FFT算法簡介 FFT是一種高效實現(xiàn)離散傅立葉變換的算法，在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，F(xiàn)FT作為一個非常重要的工具，甚至成為DSP運算能力的一個考核因素。如何將FFT算法很好的應(yīng)用到DSP系統(tǒng)中對于DSP系統(tǒng)的設(shè)計具有重要的意義。 一個優(yōu)化的實數(shù)FFT算法是一個組合以后的算法。該算法主要分為以下幾步，首先將輸入的2N點實序列進行位倒序組合成一個N點的復(fù)序列，之后對復(fù)序列進行N 點的FFT運算，最后再由N點的復(fù)數(shù)輸出拆散成2N點的復(fù)數(shù)序列，這2N點的復(fù)數(shù)序列與原始的2N點的實數(shù)輸入序列的DFT輸出一致。(詳細(xì)的算法介紹可參考相關(guān)信號處理書籍)。 3.2 C主程序 #include "stdlib.h" extern void fft(); // FFT運算函數(shù) int DisData[256]; // 輸出結(jié)果 int SimData[256]={ 0,6270,11585,15137, 16384, 15137, 11585,6270, 0, -6270, -11585,-15137,-16384,-15137,-11585,-6270, …… 0,6270,11585,15137,16384,15137,11585,6270, 0,-6270,-11585,-15137,-16384,-15137,-11585,-6270 }; // 輸入數(shù)據(jù) int main() { rfft(); // 調(diào)用FFT函數(shù) while(1) ; } 本程序中FFT運算所用到的數(shù)據(jù)是通過matlab仿真產(chǎn)生的，然后通過全局?jǐn)?shù)組進行傳值，這種方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)的通用性強，方便對數(shù)據(jù)進行其他相關(guān)處理; 也可通過其他C程序產(chǎn)生然后保存到一個文本文件中，再由匯編程序?qū)⒃摂?shù)據(jù)文件拷到數(shù)據(jù)存儲器中參與FFT運算。這種方式的優(yōu)點是程序的可讀性強，缺點是當(dāng)輸入數(shù)據(jù)修改后，必須進行重新編譯、匯編和鏈接。 (4) 如果函數(shù)有返回值，則返回值存放在累加器A中。 (5) 調(diào)用C函數(shù)時，注意C函數(shù)只保護了幾個特定的寄存器，對于其他寄存器C函數(shù)是可以自由使用的。 (6) 長整數(shù)和浮點數(shù)存儲在存儲器中的方法是最高有效字在低位地址。 (7) 匯編語言模塊不能改變由C模塊產(chǎn)生的.cinit段，如果改變其中的內(nèi)容將會引起不可預(yù)測的后果。 (8) 在匯編語言模塊中，對可以從C中訪問的變量和函數(shù)名需加上前綴“_”。對于僅用于匯編語言模塊中的標(biāo)識符，不用加下劃線。而且如果僅在匯編中使用，只要不加下劃線，即使與C程序中定義的對象名相同，也不會造成沖突。 (9) 任何在匯編語言模塊中聲明的將要從C訪問或調(diào)用的對象或函數(shù)，都必須在匯編語言中用.global偽指令聲明為全局變量。同樣，任何在C程序中定義而將在匯編中訪問或調(diào)用的對象或函數(shù)，在匯編中也必須用.global聲明。 (10) 在默認(rèn)的情況下，編譯器總是認(rèn)為CPL為1。因此，若在匯編程序中將CPL清0，則在返回C環(huán)境時，必須將其恢復(fù)為1;在默認(rèn)的情況下，編譯器總是認(rèn)為 OVM為0。因此，若在匯編程序中將OVM置為1，則返回C環(huán)境時，必須將其恢復(fù)為0;ARP在函數(shù)進入和返回時，必須為0，即當(dāng)前輔助寄存器為AR0。函數(shù)執(zhí)行時可以為其他值。 3 編程實例 3.1 FFT算法簡介 FFT是一種高效實現(xiàn)離散傅立葉變換的算法，在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，F(xiàn)FT作為一個非常重要的工具，甚至成為DSP運算能力的一個考核因素。如何將FFT算法很好的應(yīng)用到DSP系統(tǒng)中對于DSP系統(tǒng)的設(shè)計具有重要的意義。 一個優(yōu)化的實數(shù)FFT算法是一個組合以后的算法。該算法主要分為以下幾步，首先將輸入的2N點實序列進行位倒序組合成一個N點的復(fù)序列，之后對復(fù)序列進行N 點的FFT運算，最后再由N點的復(fù)數(shù)輸出拆散成2N點的復(fù)數(shù)序列，這2N點的復(fù)數(shù)序列與原始的2N點的實數(shù)輸入序列的DFT輸出一致。(詳細(xì)的算法介紹可參考相關(guān)信號處理書籍)。 3.2 C主程序 #include "stdlib.h" extern void fft(); // FFT運算函數(shù) int DisData[256]; // 輸出結(jié)果 int SimData[256]={ 0,6270,11585,15137, 16384, 15137, 11585,6270, 0, -6270, -11585,-15137,-16384,-15137,-11585,-6270, …… 0,6270,11585,15137,16384,15137,11585,6270, 0,-6270,-11585,-15137,-16384,-15137,-11585,-6270 }; // 輸入數(shù)據(jù) int main() { rfft(); // 調(diào)用FFT函數(shù) while(1) ; } 本程序中FFT運算所用到的數(shù)據(jù)是通過matlab仿真產(chǎn)生的，然后通過全局?jǐn)?shù)組進行傳值，這種方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)的通用性強，方便對數(shù)據(jù)進行其他相關(guān)處理; 也可通過其他C程序產(chǎn)生然后保存到一個文本文件中，再由匯編程序?qū)⒃摂?shù)據(jù)文件拷到數(shù)據(jù)存儲器中參與FFT運算。這種方式的優(yōu)點是程序的可讀性強，缺點是當(dāng)輸入數(shù)據(jù)修改后，必須進行重新編譯、匯編和鏈接。 將輸入信號通過Matlab仿真進行驗證。輸入信號的時域波形見圖4。 圖4 輸入信號的時域波形 經(jīng)FFT運算后得到的信號幅值譜圖見圖5。 圖5 信號幅值譜圖 通過比較CCS中的輸出圖形和Matlab中的仿真輸出圖形, 可以看到二者是一致的，說明本程序的結(jié)果是正確的。 4 結(jié)束語 本文通過實例，說明了TMS320 C5000系列DSP芯片的混合編程方法，利用混合編程達(dá)到了提高程序的可讀性與編程效率的目的，是開發(fā)DSP軟件的常用方法。本文介紹的混合編程方法不但適用于TI C5000系列DSP芯片，同樣也適用于TI其他系列的DSP芯片，如C2000系列、C6000系列，甚至對其他芯片，如51系列單片機等，實現(xiàn)混合編程也有很大參考價值。 |
