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引言 長期以來，在DSP系統開發中，一直把匯編語言作為主要的開發工具；但匯編語言與自然語言差距很大，不易常，而且匯編語言是依賴于處理器的，不利于軟件的可重復利用和系統的穩定性，程序不易移植，給開發工作帶來了很大的困難。隨著嵌入式系統復雜程度的不斷提高，用匯編語言編寫一個巨大的程度將是困難，甚至是不可能的。為此，AD公司推出了針對ADSP21XX系列DSP的嵌入式C和C++語言集成開發工具，分別是VisualDSP和VisualDSP++系列，這些開發工具提供了C語言和C++語音的開發功能。以下就以筆者在實際開發中的一些經驗，結合VisualDSP6.1版本，介紹用C語言開發VisualDSP6.1版本，介紹用C語言開發ADSP21XX的方法。 VisualDSP提供了一個開放源碼軟件組織GNU的C編譯器，和一套成熟穩定的C運行時間庫（C Run time Library）等。GNU的編譯器一向以編譯效率高著稱，在編譯后的代碼長度和運行速度方面非常優秀；C運行時間庫則把很多重復性的工作，如浮點運行、三角函數、FFT等作為C語言的庫函數，提供給用戶，大大提高了用戶的開發效率和程序的穩定性，降低了開發難度，另外，由于把這些庫函數的源代碼提供給了用戶，還提高了C語言與匯編語言之間的透明性，使用戶開發的程序兼具兩者的優點。 1 Visual DSP簡介 VisualDSP是AD公司的DSP開發工具，主要由可執行文件、庫文件和各種幫助文檔組成。6.1版本還帶有一個基于圖形界面，針對21XX系列DSP的軟件仿真和調試工具。 VisualDSP的可執行文件包括匯編、編譯、鏈接工具以及可執行文件重新格式化工具等，見表1。 表1 VisualDSP的可執行文件及用途
注：“*”代表該程序一般不單獨使用，而昌由G21.exe或Asm21.exe調用。 VisualDSP套件中的軟件仿真調試工具DEBUGAPP，采用Windows圖形界面，使用方便。它的主要特點是：可以仿真調試從ADSP2101～2189全系列的DSP；支持斷點、單步、全速運行等各種常見調試方法；可以隨時查詢和修改DSP的程序RAM（PM）、數據RAM（DM）和各寄存器的內容；可以仿真中斷，進行可執行程序性能評估（Profile），因此可以進行時序仿真。DEBUGAPP是調試程序和驗證復雜算法的極好工具。 VisualDSP6.1還提供了豐富的幫助文檔，包括21XX系列的用戶手冊、匯編和C語言工具以及仿真調試程序的使用手冊；還有C運行庫的參考手冊，列出了所有可用的C庫函數。用C語言開發DSP的典型流程如圖1所示。 
2 C語言運行庫結構 C語言運行時間庫是位于LIB目錄下的*.a文件，是整個C開發工具的核心之一，提供了大量的可以直接調用的庫函數。這些庫函數的函數原型包含在INCLUDE目錄下的頭文件中。這些頭文件有的還包含一些宏定義。另外，VisualDSP還把這些庫函數的匯編語言源代碼提供給出了用戶，方便了用戶從中提取有用的代碼，甚至修改源代碼，生成新的庫，來適應自己的要求。利用LIB21程序，還可以把自己的常用匯編子程序做成庫，或是將實時性要求較高的代碼用匯編語言來寫，做成庫，供C語言程序調用。 VisualDSP的C語言運行庫由兩部分組成：應用程序框架和預定義的各種庫函數。 不同的DSP型號有不同的硬件結構、中斷向量表，所以對應的應用程序框架庫也不同，相應的文件是21*_HDR.DSP.其中*代表不同的DSP型號。應用程序框架的主體是中斷向量處理部分，把中斷向量引到合適的地址。其中最重要的是對系統復位（RESET_VECTOR）的中斷向量的處理： _Reset_vector：CALL_lib_setup_everything; CALL main_； JUMP_lib_prog_term; NOP； 第一條指令是調用C庫函數中的_ _lib_setup_everything函數作程序啟動時的初始化工作。接下來，調用C語言程序中的main_函數，進入C程序的主體，也就是進入用戶自己程序，開始正常工作。主程序結束后，再調用_lib_prog_term函數，作程序退出時的結尾工作。由于嵌入式系統的特性，系統絕大多數都在主程序運行時被繼電了，所以_lib_prog_term得到執行的機會很小。 其它的中斷向量由C運行庫來管理，匯編指令如下： _Interrupt2:JUMP_lib_int2_ctrl;NOP;NOP;NOP； 其中的_lib_int2_crtl就是C語言庫中控制INT2的函數。如果用戶要使用該中斷，應先把中斷服務程序用一個C庫函數Interrupt()把服務函數指針設定好，并打開相應的中斷允許位，當該中斷發生時，_lib_int2_ctr1函數就會控制DSP跳轉到相應的指針位置。 VisualDSP預定義的C語言庫函數包括數學函數、FFT函數、ANSI標準內存管理和字符串管理函數的一個子集。所有的函數列表可參考VisualDSP的聯機文檔。這些庫函數以二進制代碼的形式，打包集合在lib*.a文件中，用戶的 C語言程序可以像使用自己的子程序一樣方便地調用這些庫函數。下面是調用庫函數的一個例子。 #include …… float a,b,c; //定義所需的變量 …… c=a*sin(b); //數學運算 編譯后產生的匯編源代碼中有call sin_指令，就是調用sin庫函數的匯編語言指令語句。 從嵌入式開發的角度講，VisualDSP的C語言工具已經提供了一個操作系統雛形的功能。在AD公司的ADMC系列DSP中，已經把這些庫函數和一些電機控制專用的函數，以及程序加載功能，集成在了DSP的片內ROM中。 3 C語言與匯編語言混合編程方法 用C語言開發的缺點是不能精確控制程序運行的時間，對于實時性要求較高的應用，必須用匯編語言。VisualDSP為用戶提供了兩種與匯編語言的接口方法：用ASM（）方法，直接嵌入匯編語言語句；用匯編語言編寫子程序，供C語言程序調用。為了支持C語言與匯編程序程序的接口，VisualDSP預定義了諸如FUNCTION_ENTRY、EXIT、SAVE_REG、RESTORE_REG 等13個宏。限于篇幅，不詳細介紹其功能。使用這些宏以前，要包含asm_sprt.h頭文件。 3.1 使用ASM（）嵌入行的方法 使用這一方法時，一定要注意各寄存器和堆棧當前的狀態，以免破壞程序運行的環境，產生錯誤的結果。VisualDSP保留了一些內部寄存器供用戶的匯編代碼使用。用戶可以自由地修改其內容，而不會對程序造成破壞。這些寄存器包括AR、AF、 AY1、M5、11、16、MF、MR0等18個。如果不夠用，可以用系統定義的宏save_reg和restore_reg保護現場，得到另外11個可用寄存器。另外要注意的是，在匯編語言中操作C語言中定義的變量時，要在變量名后加下劃線。下面是一個嵌套匯編語言的例子： int img228; //定義C語言變量 asm("ax0=0x5c;") asm("dm(ing228_)=ax0"); //用匯編語言賦值要將Img228變成Img228_ img228=0x5c; //直接用C語言賦值 編譯后的匯編語言代碼是 ax0=0x5c; dm(img228_)=ax0 my1=92; dm(img228_)=my1; 注意：前者可能會破壞程序結構，因為它使用了未經保護的寄存器AX0；而由C語言產生的匯編代碼，則會自動選擇合適的臨時寄存器MY1。 3.2 使用匯編子程序的方法 使用匯編子程序是C語言程序與匯編語言接口的另一種方法。用戶定義的子程序放在單獨的匯編文件中，或是做成二進制的庫文件，并將子程序的定義用GLOBEL輸出，匯編后就可以供C語言程序調用。下面是一個不需要參數的子程序的例子： .MODULE/RAM_delay_; .external del_cycle； //聲明del_cycle是外部變量 .global delay; //聲明delay為全局函數 delay_: runction_entry; //子程序開始標志，必須要的 ar=dm(del_cycle_); cntr=ar; do d_loop until ce; d_loop:nop; exit; //子程序結束標志，必須要的 .ENDMOD； 如果匯編語言子程序中用到了參數，情況就復雜些。子程序中的入口參數前兩個一定要保存在 AR、AY1中。如果參數多于兩個就要把其余的放在堆棧中。所有子程序的第一個返回值放在AR中。如果返回值不止一個，就要用到變量型參數或者指針來獲得取所有的返回值了。下面是一個有5個輸入參數、1個返回值的子程序例子。 add5_: function_entry; ar=ar+ay1; //前面的兩個變量放在AR、AY1中 readsfirst(ay1); //從程序堆棧中讀取第三個變量 ar=ar+ay1; ay1=readsnext; //從程序堆棧中讀取第四個變量 ar=ar+ay1； ay1=readsnext; //從程序堆棧中讀取第五個變量 ar=ar+ay1; //返回值放在AR中 exit； 注意：其中的readsfirst和readsnext都是匯編語言接口宏。其功能是從堆棧中讀取所有的參數。 4 C運行庫的匯編源代碼 如果只用C語言來開發21XX程序，只要有C運行庫的二進制版就夠了。幸運的是，AD公司把所有C運行庫的匯編源代碼隨VisualDSP提供給了用戶，所以對那些用匯編語言開發的工程師來說，這些源代碼也提供了很大的幫助。因此這代表很多功能的子程序不需要自己去編碼、調試，用到某功能時只要把相應的匯編代碼鏈接進自己的程序就可以。C運行庫的源代碼是擴展名為DSP的文本文件。基本上一個庫函數對應一個文件，文件名就是函數名。比如說sin.dsp是正弦、余弦查找、使用都很方便，但是對于其中的交叉調用要注意。 反過來，用戶也可以把自己已經調試、驗證過的匯編子程序，做成二進制庫文件，供C程序調用，這樣可以大大提高軟件的可重復利用率。要制作二進制庫文件，只要用lib21.exe工具處理就行了。注意，生成的二制庫文件的名字必須以.a作為文件擴展名。 筆者在實際的開發中，遇到這樣的情況，自制的2181目標板上有一個自己開忍氣吞聲駐留程序，通過軟件模擬的異步串口與PC通信，加載程序。但是這個駐留程序占據了0～0x500的空間，用戶開發的程序只能加載到從0x500開始的空間內，而用C語言開發的程序起始地址都是從0開始的。為了解決這個問題，只能自己修改2181_hdr.dsp源文件。首先把第一行的.MODULE/ABS=0 改成.MODULE/ABS=0x500，然后匯編成obj文件，代替原來的文件。另外，在自己的程序中定義一個從0開始0x500大小的PM區域，并初始化成0，就可以防止編譯器在該區域內分配別的變量或程序代碼，這樣編譯后的可執行文件的0～0x500空間都是0，加載時把它剔除，而其它有用的指令代碼都在0x500之后，解決了這一個問題。 5 總結 從實際開發的經驗來看，VisualDSP的C語言開發功能十分豐富。雖然提供的庫函數只是ANSI的一個不完備子集，但是對于一般的工程開發來說已經足夠用了，而且VisualDSP還提供了C運行庫的源代碼，這對于解決函數不完備的問題也好處。用C語言開發的好處還包括開發時間大大減少，程序的穩定性大大提高，這對于面對激烈的市場競爭，對于減輕設計工程師的工作量都很有好處。最后，用C 語言開發是趨勢，必將更加流行。 參考文獻 1. Analog Device Inc ADSP-2100 Family User's Manual 1995 2. Analog Device Inc ADSP-2100 Family C Tools Manual 3. Analog Device Inc ADSP-2100 Family Assembler Tools & Simulator Manual 4. Analog Device Inc ADSP-2100 Family C Runtime Library Manual 作 者：國防科技大學 胡楷 潘孟春 單慶曉 來 源：單片機與嵌入式系統應用 2003（8） |
