第二讲之二DSP编程基础

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1、厦门大学通信工程系1 2023-1-3 DSP编程基础 厦厦 门门 大大 学学 通通 信信 工工 程程 系系厦门大学通信工程系2 2023-1-3主要内容 汇编指令集 软件开发工具 定点算法设计 DSP汇编程序优化 小结 简单DSP程序设计厦门大学通信工程系3 2023-1-3 汇编指令集 指令系统概述v 指令集的符号和缩写v指令系统的操作符v指令系统的汇编语法语法、操作数、机器码、执行结果、状态位的影响、指令字长、指令执行的周期数、单指令重复执行情况、流水线冲突情况厦门大学通信工程系4 2023-1-3 汇编指令集 指令的分类 算术运算指令 逻辑运算指令 程序控制操作指令 加载和存贮操作指令

2、厦门大学通信工程系5 2023-1-3 算术运算指令 加法指令 ADD Smem,src src=src+Smem 减法指令 乘法指令 SUB Smem,TS,src src=src Smem TSMPY Xmem,Ymem,dst dst=Xmem*Ymem,T=Xmem 乘加和乘减指令 MAC Smem,src src=src+T*Smem 厦门大学通信工程系6 2023-1-3 算术运算指令(续)双字指令 特殊应用指令 ABS src,dst dst=|src|DADST Lmem,dstIf C16=0 dst=Lmem+(T 16+T)If C16=1 dst(3916)=Lmem(

3、3116)+T dst(150)=Lmem(150)T厦门大学通信工程系7 2023-1-3 逻辑运算指令 逻辑与指令AND Smem,src Src=src&Smem 逻辑或指令 异或指令OR Smem,src src=src|Smem XOR Smem,src Src=src Smem 移位指令ROL src 累加器带进位位循环左移 测试指令 BIT Xmem,BITC TC=Xmem(15 BITC)厦门大学通信工程系8 2023-1-3 程序控制操作指令 跳转指令 BACCD src PC=src(150)调用指令 中断指令 返回指令 RETD PC=SP+CALAD src-SP=P

4、C+1 PC=src(150)INTR K-SP=PC+1PC=IPTR(157)+K 存储区存储区 运行存储区分配，run=存储区存储区、run 存储区存储区 输入段，输入段输入段 厦门大学通信工程系21 2023-1-3 DSP代码的组织结构(续)MEMORY和SECTIONS用法示例MEMORY PAGE 0：VEC：origin=0080h，length=0080h；PAGE 0:ROM:origin=0100h,length=0F00h；PAGE 1:RAM:origin=1000h,length=1000h SECTIONS .text:load=ROM .const:load=R

5、OM .bss:load=RAM .vectors:load=VEC file1.obj(.intvec1)file2.obj(.intvec2)厦门大学通信工程系22 2023-1-3 DSP代码的组织结构(续)程序的重新定位 经过逻辑段和存储器物理实现映射后，给定段适当 的起始地址 调整符号值（相对地址）与新的段地址相适应 调整重新定位后符号的参考值以反映调整后的符号值 运行的重定位 代码加载到存储器的一个区域而在另一个区域运行 厦门大学通信工程系23 2023-1-3 DSP代码的组织结构(续)外部符号 v.def 在当前段中定义而在另一个段中引用。v.ref 在当前段中引用而在另一个段

6、中定义。v.global 可以是包括前述两种情况。厦门大学通信工程系24 2023-1-3 汇编器 处理汇编语言源文件中的源语句，产生一个可重 新定位的目标文件。根据要求，产生源程序列表文件，并提供对源程 序列表文件的控制。将代码分为段（section），并为每个目标代码段 设置一个SPC。定义和引用全局符号。根据要求，将交叉引用列 表加到源程序列表中。汇编条件块。支持宏调用，允许在程序中或在库中定义宏。厦门大学通信工程系25 2023-1-3 汇编器(续)汇编器的命令行格式 asm500 input file object file listing file -option-i指定路径-q不

7、输出工作过程中的进度信息-g使能符号调试功能-s把所有定义的符号放在目标文件的符号表格中-l产生列表文件-v确定芯片型号 常用汇编器选项 厦门大学通信工程系26 2023-1-3 C编译器 C编译器命令行格式 cl500 cl500 options filenames z z link_options object files-o0优化寄存器的使用-o1局部优化+-o0-o2/-o全局优化+-o1-o3文档优化+-o2 常用C编译器选项 z表示连接使能 厦门大学通信工程系27 2023-1-3 连接器v 按照目标系统需要给存储器分段 v 对符号和段重新定位，确定最后的地址 v 确定输入文件之间

8、未定义的外部参考 连接器的任务 厦门大学通信工程系28 2023-1-3 连接器(续)连接器的命令行格式 lnk500lnk500-options filename1 filenamen-a产生绝对的可执行代码-ar产生可重新定位的可执行代码-e global_symbol 定义一个全局符号用以指定输出模段的入口-i dir指定库文件的搜索路径-m-m filename产生存储器映像文件-o filename 命名可执行输出模段 -r产生可重新定位的输出代码-s从输出模块中去除符号表信息和行号入口 -stack-stack size为C系统设置堆栈大小 常用连接器选项 厦门大学通信工程系29

9、2023-1-3 归档器 归档器的命令行格式 ar500-command option libname filename1 filenamen-a将指定的文件加到库中-d从库中删除指定的成员-r替换库中指定的成员-t打印库内容的表格-x x 提取指定的文件 常用归档器命令厦门大学通信工程系30 2023-1-3 代码转换器 公用目标文件格式COFF(二进制目标文件格式)hex转换器将COFF文件转换成几种标准ASCII十六进制的格式 v ASCII-Hex，支持16位地址v 扩展的Tektronix(Tektronix)v Intel MCS-86(Intel)v Motorola Exorc

10、iser(Motorola-S)，支持16位、24位 和32位地址 v Texas Instuments SDSMAC(TI-Tagged)，支持16位地址 厦门大学通信工程系31 2023-1-3 代码转换器(续)hex转换器的命令格式 hex500hex500-options filename-a选择ASCII-Hex格式-memwidth value 定义系统存储器字长宽度-romwidth value 说明ROM设备宽度-boot 将所有段转换成可自举格式-bootorg bootorg valuevalue 说明自举加载表的源地址 转换器常用选项厦门大学通信工程系32 2023-1-

11、3 定点算法设计 数据的表示形式 mnnkkkllllsx210112.DSP的数据表示法cmxx2 数据浮点表示形式 c的数值有变化，需存储xm和c 数据定点表示形式 c的数值固定，只需存储xm厦门大学通信工程系33 2023-1-3 定点算法设计 定点数据形式 Qxx或x.y xx和y表示小数位数，x+y表示为字长信息 例：0.2345 的16位整数表示Q15：04E1x07684596.76845.022345.015Q17：7810 x03073630736.8845.022345.017厦门大学通信工程系34 2023-1-3 定点算法设计 两种表示下的数学运算 定点表示v 加减时，

12、要求两个操作数是同一种Qxx格式v 乘法时，x1.y1格式乘以x2.y2格式结果为(x1+x2).(y1+y2)浮点表示v 加减时，首先要进行小数点对齐，即c相同 v 乘法时，各自的xm相乘、c相加 厦门大学通信工程系35 2023-1-3 数据的定标步骤 用高级语言仿真整个数据处理过程，确保原理和使 用方法算过程的正确；（一般采用很高精度的浮点表 示）确定数据输入格式和能正确表示结果的最终数据格 式，并从后向前逐步选择模块接口所应当采用的数 据格式；（仍然使用浮点程序，伪定点）细化每个模块中数据格式，以确保结果能达到接口 要求；（浮点到定点的转换）测试并调整，完成定标。（获得定点程序）厦门大

13、学通信工程系36 2023-1-3 定点算法设计 定点基本函数示例 short mpy_ss(short opa,short opb)short result;int L_product;L_product=(int)opa*(int)opb;/*1.15*1.15=2.30*/L_product=L_product 15;/*2.30 15=17.15*/result=(short)(L_product&0 x0000ffff);/*lo(17.15)=1.15*/return result;厦门大学通信工程系37 2023-1-3 定点算法设计示例 例：设计以10为底的对数多项式逼近算法，

14、多项式为：543210126261.010577850.011240692.012127839.014339142.0lgxxxxxx其中1x2，要求输入输出都为16位表示。步骤1：确定多项式计算方法迭代计算法，系数表示为：flt_a5=0.0126261,-0.0577850,0.1240692,-0.2127839,0.4339142。设计相应的浮点算法flt_log10（）。/*/*Name:flt_log10()/*Description:lg(x)=f(x-1),where 1x2 /*/厦门大学通信工程系38 2023-1-3 定点算法设计示例（续）double flt_log10

15、(/*(o)*/double flt_xm1 /*(i)x*/)double flt_sum;int i;flt_sum=0.0;for(i=0;i 5;i+)flt_sum=flt_sum+flt_ai;flt_sum=flt_sum*flt_xm1;return(flt_sum);厦门大学通信工程系39 2023-1-3 定点算法设计示例（续）步骤2：分析输入和输出的数据格式。输入定为x-1且使用Q15格式；结果数值位于0，0.31）中，所以最好使用Q16格式。定点函数原型如下：/*/*Name:fix_log10()/*Description:lg(x)=f(x-1),where 1x2

16、/*/short fix_log10(/*(o)Q16*/short xm1/*(i)x-1,Q15*/)步骤3：观察多项式的系数，最大为0.4339142，所以数据可统一采用Q16格式。定义系数数组定点形式a如下：short a5=0 x033b,0 xf136,0 x1fc2,0 xc987,0 x6f15 厦门大学通信工程系40 2023-1-3步骤4：将算法定点化 定点算法设计示例（续）int sum,i;sum=0;for(i=0;i 5;i+)sum=L_add(sum,ai 16,xm1);return(short)(sum 16);厦门大学通信工程系41 2023-1-3 简单

17、DSP程序设计 例：当前我们需要设计一个程序，它对McBSP中接收进来的信号进行傅立叶频谱分析，并将结果写到某处，而且向后一级设备发送数据准备好的消息（例如将消息写入I/O空间的某个地址）第一步，分析任务需求并用高级语言写出软件流程的伪代码。在伪代码的编写中，可以清楚地定义信号的处理机制，并为今后程序的调试和扩展预先留好接口。伪代码中，可以将每一个关键的处理环节用函数（或直接用语言描述）来表示，确定软件的框架。厦门大学通信工程系42 2023-1-3 简单DSP程序设计（续）软件流程图 DSP Inititialization Start System Inititialization Ena

18、ble McBSP and Interrupt End Spectrum Analysis Send Signal Data Enough?No Yes 厦门大学通信工程系43 2023-1-3void main(void)DSPInit();/Initialize DSP chip SystemInit();/Initialize system software /Enable Corresponding peripherals Enable_McBSP Enable_Interrupt do/waiting for enough data acquisition if(enough dat

19、a)/do Fourier transform and Spectrum Anaysis SpectrumAnalysis()Send_Signal /Signal device connected while(1)return;厦门大学通信工程系44 2023-1-3 简单DSP程序设计（续）第二步，根据高级语言伪代码编写主流程的汇编程序。.mmregs;enable memory mapped registers ;define global symbols .global main .global SpectrumAnalysis .global SystemInit .global D

20、SPInit .text;section of codemain:ssbx INTM ;masking all interrupts stm#STACK_ADDR,SP;set the stack point call DSPInit ;Initialize DSP chip call SystemInit；Initialize system software厦门大学通信工程系45 2023-1-3 ;Enable Corresponding peripherals stm#SPSA0,AR3;Enable_McBSP st#0,*AR3+orm#0 x0001,*AR3-rsbx INTM

21、;Enable_Interrupt ;waiting for enough data acquisitionwait_loop:bitf *(DSP_state),#SM_ENOUGH_DATA;test the state bit nop nop nop bc wait_loop,NTC xorm#SM_ENOUGH_DATA,*(DSP_state);clear flag 厦门大学通信工程系46 2023-1-3 ;do Fourier transform and Spectrum Anaysis call SpectrumAnalysis ;Send_Signal ld#PROCESS_

22、READY_SIGNAL,A portw *(AL),#MESSAGE_PORT b wait_loop dead_loop:nop nop nop b dead_loop .end厦门大学通信工程系47 2023-1-3 简单DSP程序设计（续）第三步，细化主流程程序，按功能编写每一个函数。.mmregs .global SpectrumAnalysis .textSpectrumAnalysis:;bit reverse re-order;do FFT core(butter-fly algorithm);Spectrm analysisret厦门大学通信工程系48 2023-1-3 简单

23、DSP程序设计（续）第四步，完成中断服务程序的编写。.sect “vectors”int_reset:;isr for software resetb main ;Main programnopnop.space 76*16int_brint0:bd BRINT0_ISR ;jump to ADC receive routinepshmST0pshmST1.space 44*16厦门大学通信工程系49 2023-1-3.textBRINT0_ISR:pshmAR2addm#1,*(buffer_cnt)mvdk*(buffer_ptr),AR2mvkdBRR10,*AR2+mvkdAR2,*(

24、buffer_ptr)cmpm*(buffer_cnt),#FRAME_LEN;check the number of data receivedbcno_flag_set,NTC;set flag,clear counter and update buffer address if requiredorm#SM_ENOUGH_DATA,*(DSP_state)st#0,*(buffer_cnt)no_flag_set:popmAR2popmST1popmST0rete 厦门大学通信工程系50 2023-1-3 简单DSP程序设计（续）第五步，编写命令文件，确定汇编程序中各段代码和数据摆放的位

25、置。通常情况下，程序放置在SARAM内，而数据放置在DARAM。结论 汇编程序的编制同样需强调程序的模块化、常量的符号化、变量名有意义等软件工程的基本要素 厦门大学通信工程系51 2023-1-3 汇编程序的优化 合理选择汇编指令 直接实现功能ld*AR3,AstlmA,AR2 mvdk*AR2,AR2减少寄存器资源的利用 无流水线冲突考虑减少流水线冲突厦门大学通信工程系52 2023-1-3 汇编程序的优化 合理选择汇编指令（续）良好的寻址方式减少运行时间减小代码长度 循环结构的嵌套和延迟选项的使用rpt硬件支持的单语句循环rptb硬件支持的块循环banz“快速”软件循环bc普通循环厦门大学通信工程系53 2023-1-3 汇编程序的优化 循环结构的嵌套和延迟选项的使用(续)rptbdbanzdbd 双寻址语句和并行语句mac*AR2+,*AR3-,AstA,*AR2+|add*AR3+,B厦门大学通信工程系54 2023-1-3 汇编程序的优化 特殊语句的运用bit reverse addressingFIRSPOLY 循环缓存的利用减少数据缓冲更新的时间 厦门大学通信工程系55 2023-1-3 小结 汇编指令集 软件开发工具 定点算法设计 汇编程序设计