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1 引言 CCS(Code Composer Studio)是TI公司的DSP集成開發環境。它提供了環境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等工具，幫助用戶在一個軟件環境下完成編輯、編譯鏈接、調試和數據分析等工作。與TI提供的早期軟件開發工具相比，利用CCS能夠加快軟件開發進程，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板相結合的在線編程。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和調試。后者實時運行在DSP芯片上，可以在線編制和調試應用程序。 2 C語言和匯編語言的混合編程 TMS320 C5000系列的軟件設計通常有三種方法: (1 ) 用C語言開發; (2) 用匯編語言開發; (3) C和匯編的混合開發。 其中用C語言開發具有兼容性和可移植的優點，有利于縮短開發周期和減少開發難度，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，用匯編語言開發的效率高，程序執行速度快，而且可以合理利用芯片的硬件資源，但是開發難度較大，開發周期長，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點，以達到最佳利用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函數調用規則和寄存器調用規則，否則會給程序的開發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。 (3) 在C程序中內嵌匯編語句。這種方法可以實現C語言無法實現的一些硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器。 (4) 將C語言編譯生成相應的匯編代碼，手工修改和優化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，從而產生具有交叉列表的匯編程序，而設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，產生目標文件。 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環境，甚至導致程序崩潰，而開發者又很難對不良結果進行預期和有效控制。而如果采用第一種方法，只要遵循有關C語言函數調用規則和寄存器規則，就能預見到程序運行的結果，保證程序正確。 2.2 編程注意事項 C編譯器對函數調用制定了一組嚴格的規則。除了特殊的運行時間支持庫函數外，任何調用函數和被C函數調用的函數都必須遵守這些規則。結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，只要匯編函數在調用返回時彈出壓入的對象，實際上就已經保護了SP。 (2) 中斷函數必須保存其使用的所有寄存器。 (3) 從匯編函數中調用C函數時，第一個參數(最左邊的)必須放入累加器A中，剩下的參數按照自右向左的順序壓入堆棧。 (4) 如果函數有返回值，則返回值存放在累加器A中。 (5) 調用C函數時，注意C函數只保護了幾個特定的寄存器，對于其他寄存器C函數是可以自由使用的。 (6) 長整數和浮點數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模塊產生的.cinit段，如果改變其中的內容將會引起不可預測的后果。 (8) 在匯編語言模塊中，對可以從C中訪問的變量和函數名需加上前綴“_”。對于僅用于匯編語言模塊中的標識符，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訪問或調用的對象或函數，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用的對象或函數，在匯編中也必須用.global聲明。 (10) 在默認的情況下，編譯器總是認為CPL為1。因此，若在匯編程序中將CPL清0，則在返回C環境時，必須將其恢復為1;在默認的情況下，編譯器總是認為 OVM為0。因此，若在匯編程序中將OVM置為1，則返回C環境時，必須將其恢復為0;ARP在函數進入和返回時，必須為0，即當前輔助寄存器為AR0。函數執行時可以為其他值。 3 編程實例 3.1 FFT算法簡介 FFT是一種高效實現離散傅立葉變換的算法，在數字信號處理系統中，FFT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算法很好的應用到DSP系統中對于DSP系統的設計具有重要的意義。 一個優化的實數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點的復序列，之后對復序列進行N 點的FFT運算，最后再由N點的復數輸出拆散成2N點的復數序列，這2N點的復數序列與原始的2N點的實數輸入序列的DFT輸出一致。(詳細的算法介紹可參考相關信號處理書籍)。 3.2 C主程序 #include "stdlib.h" extern void fft(); // FFT運算函數 int DisData[256]; // 輸出結果 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 }; // 輸入數據 int main() { rfft(); // 調用FFT函數 while(1) ; } 本程序中FFT運算所用到的數據是通過matlab仿真產生的，然后通過全局數組進行傳值，這種方式的優點是數據的通用性強，方便對數據進行其他相關處理; 也可通過其他C程序產生然后保存到一個文本文件中，再由匯編程序將該數據文件拷到數據存儲器中參與FFT運算。這種方式的優點是程序的可讀性強，缺點是當輸入數據修改后，必須進行重新編譯、匯編和鏈接。 (4) 如果函數有返回值，則返回值存放在累加器A中。 (5) 調用C函數時，注意C函數只保護了幾個特定的寄存器，對于其他寄存器C函數是可以自由使用的。 (6) 長整數和浮點數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模塊產生的.cinit段，如果改變其中的內容將會引起不可預測的后果。 (8) 在匯編語言模塊中，對可以從C中訪問的變量和函數名需加上前綴“_”。對于僅用于匯編語言模塊中的標識符，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訪問或調用的對象或函數，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用的對象或函數，在匯編中也必須用.global聲明。 (10) 在默認的情況下，編譯器總是認為CPL為1。因此，若在匯編程序中將CPL清0，則在返回C環境時，必須將其恢復為1;在默認的情況下，編譯器總是認為 OVM為0。因此，若在匯編程序中將OVM置為1，則返回C環境時，必須將其恢復為0;ARP在函數進入和返回時，必須為0，即當前輔助寄存器為AR0。函數執行時可以為其他值。 3 編程實例 3.1 FFT算法簡介 FFT是一種高效實現離散傅立葉變換的算法，在數字信號處理系統中，FFT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算法很好的應用到DSP系統中對于DSP系統的設計具有重要的意義。 一個優化的實數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點的復序列，之后對復序列進行N 點的FFT運算，最后再由N點的復數輸出拆散成2N點的復數序列，這2N點的復數序列與原始的2N點的實數輸入序列的DFT輸出一致。(詳細的算法介紹可參考相關信號處理書籍)。 3.2 C主程序 #include "stdlib.h" extern void fft(); // FFT運算函數 int DisData[256]; // 輸出結果 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 }; // 輸入數據 int main() { rfft(); // 調用FFT函數 while(1) ; } 本程序中FFT運算所用到的數據是通過matlab仿真產生的，然后通過全局數組進行傳值，這種方式的優點是數據的通用性強，方便對數據進行其他相關處理; 也可通過其他C程序產生然后保存到一個文本文件中，再由匯編程序將該數據文件拷到數據存儲器中參與FFT運算。這種方式的優點是程序的可讀性強，缺點是當輸入數據修改后，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，說明本程序的結果是正確的。 4 結束語 本文通過實例，說明了TMS320 C5000系列DSP芯片的混合編程方法，利用混合編程達到了提高程序的可讀性與編程效率的目的，是開發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，實現混合編程也有很大參考價值。 |
