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如何使用C語言開發(fā)DSP系統(tǒng)
如何使用C語言開發(fā)DSP系統(tǒng)呢?下面是小編收集整理的運(yùn)用C語言開發(fā)DSP系統(tǒng)的全過程，快來看看吧!更多內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注應(yīng)屆畢業(yè)生考試網(wǎng)!
大家在開發(fā)嵌入式產(chǎn)品時(shí)首先會(huì)想到用控制器的匯編語言編寫*程序，主要原因是：
一、匯編語言生成的程序?qū)?yīng)的二進(jìn)制代碼少，程序執(zhí)行要比高級(jí)語言生成的程序快。
二、控制器剛問世時(shí)，沒有相應(yīng)的高級(jí)語言可供使用。
三、存儲(chǔ)器的價(jià)格問題和尋址空間的限制。
以上所述問題目前都基本上解決了，在這就不闡述了。實(shí)際情況是：在單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)者開始使用C語言進(jìn)行開發(fā)了。大家發(fā)現(xiàn)用高級(jí)語言開發(fā)嵌入式產(chǎn)品是如此輕松，并且C語言程序編譯后的二進(jìn)制代碼也非常短小精練。
目前使用最多的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）是美國(guó)TI公司的TMS320家族，而工業(yè)控制上用的最多的又是TMS320F2XX系列，TI公司為每一個(gè)DSP 芯片提供了匯編語言和C語言供開發(fā)者選用，本人一直使用C語言進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，而目前很少見到這方面的介紹，所以特撰此文以TMS320F240為例，向各位同行推薦用C語言開發(fā)DSP嵌入式系統(tǒng)。
1、DSP的C語言的特殊性
大家在使用51系列C語言時(shí)已經(jīng)注意到，控制器的C語言和PC機(jī)上使用的C有一個(gè)顯著的特點(diǎn)：經(jīng)常要對(duì)硬件操作，程序中有大量針對(duì)控制器內(nèi)部資源進(jìn)行操作的語句。所以，開發(fā)者要明白怎樣用C語言來操縱控制器的內(nèi)部資源，既怎樣用C語句操作寄存器和內(nèi)部存儲(chǔ)器等。
舉個(gè)例子，在51匯編中我們寫 MOV A，#20H，匯編程序能夠識(shí)別A是指累加器，而在51 C程序中我們寫 ACC=32；，編譯器能夠識(shí)別ACC是指累加器而不是一般的變量。即每一個(gè)寄存器都有一個(gè)專有名字供開發(fā)者使用，它們定義在一個(gè)頭文件reg51.h 中，程序員只需在程序的開始部分用#include“reg51.h”語句將該文件包含進(jìn)來即可。注意：這些寄存器的名字不能用做變量名。
同樣，在TMS320F240的C語言中也有一個(gè)頭文件C240.H定義各個(gè)寄存器的名稱，這里摘錄幾條語句進(jìn)行介紹。
比如：#define IMR （（PORT）0x0004） #define XINT1_CR （（PORT）0x07070）
IMR 、XINT1_CR就對(duì)應(yīng)兩個(gè)寄存器，實(shí)際是寄存器的地址，用高級(jí)語言的說法是指針。我們也在程序的開始部分用#include“c240.h”語句將該文件包含進(jìn)來。這樣，在DSP的C語言中使用它們只需在前面加一個(gè)星號(hào)（*），例如， *IMR=0X1010；/* 將16進(jìn)制數(shù)1010H賦給IMR寄存器 */
*XINT1_CR=0X0A0B0；/*將16進(jìn)制數(shù)A0B0H賦給XINT1_CR寄存器 */
開發(fā)者最好將c240.h這個(gè)文件打印出來，弄清楚各個(gè)寄存器的定義名稱。至于不涉及硬件的語法和ANSI 語法一樣，需要注意的是，有些ANSI標(biāo)準(zhǔn)中的函數(shù)在DSP的編譯器中不提供，讀者可以參考DSP編譯器的C語言手冊(cè)。搞清楚了這些特殊性，由匯編語言轉(zhuǎn)到C語言開發(fā)是很容易的事，當(dāng)然，沒有匯編語言編程基礎(chǔ)的人同樣可以用C語言開發(fā)DSP應(yīng)用系統(tǒng)。
有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的C語言編程可參考《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2001年1到6期上馬忠梅的“嵌入式C編程技術(shù)”，本文不做討論。下面只針對(duì)以TMS320F240芯片為處理器的嵌入式C語言編程進(jìn)行闡述，希望能夠指導(dǎo)讀者進(jìn)行具體操作。
2、TMS320F240芯片的C語言開發(fā)過程 簡(jiǎn)單地說，整個(gè)過程包括以下五個(gè)步驟：
編輯C語言源程序
編譯源程序（注意編譯參數(shù)）
鏈接目標(biāo)文件（注意用CMD文件）
在線仿真
固化程序
下面分別進(jìn)行闡述。
一、源程序的編輯
可以用任何一個(gè)編輯器書寫源程序，如EDIT、NOTEPAD等，最后以.C為后綴存盤。源代碼可以寫在一個(gè)C文件中，也可寫在多個(gè)C文件中，有些預(yù)定義變量和函數(shù)原型聲明可以集中放在一個(gè)頭文件中。
注意事項(xiàng)：不要忘記在C程序的前面用 #include “c240.h”將寄存器定義文件包括進(jìn)來。
二、源程序的編譯
源程序編輯好后可以用DSPCL編譯程序進(jìn)行編譯，生成OBJ文件。 使用格式： DSPCL 源文件名 參數(shù) 例如：DSPCL EX1.C –V2XX –GK –MN 常用參數(shù)的意義：
V2XX：表示C編譯器選擇處理器2XX系列 GK：保留編譯生成的匯編文件（.ASM文件） MN：進(jìn)行正常優(yōu)化
其他參數(shù)請(qǐng)參考DSP編譯器的手冊(cè)。如果有多個(gè)源文件，分別編譯。每一個(gè)源文件經(jīng)編譯后產(chǎn)生一個(gè)OBJ文件和ASM文件。
三、目標(biāo)文件的鏈接
�。ㄒ唬� TI公司的COFF文件格式
TI 公司新的匯編器和編譯器創(chuàng)建的目標(biāo)文件采用COFF的目標(biāo)文件格式（Common Object File Format）采用COFF格式有利于模塊化編程，為管理代碼段和目標(biāo)系統(tǒng)存儲(chǔ)器提供更加強(qiáng)有力和靈活的方法�；贑OFF格式編寫匯編程序或C語言程序時(shí)，不必為程序代碼和變量指定目標(biāo)地址，為程序編寫和程序移植提供了極大的方便。
COFF格式的基本思想是：鼓勵(lì)程序員在用匯編語言或C語言編程時(shí)運(yùn)用代碼塊和數(shù)據(jù)塊的概念。這種塊稱為SECTION，是目標(biāo)文件中的最小單位。所有的塊分為兩大類：已初始化塊和未初始化塊，已初始化塊包含程序代碼和數(shù)據(jù)，未初始化塊是為未初始化的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的保留塊。C編譯器對(duì)C程序編譯后產(chǎn)生已初始化塊和未初始化塊，已初始化塊如 .text 塊、 .const 塊、.cinit塊 ；未初始化塊如.bss 塊。
舉個(gè)例子，當(dāng)程序員用C語句 float data[100]；定義一個(gè)數(shù)組時(shí)不需要指定這100個(gè)數(shù)組元素的具體位置，編譯器會(huì)在數(shù)據(jù)區(qū)預(yù)留所需空間，到鏈接時(shí)鏈接器會(huì)具體定位。
�。ǘ� 鏈接器對(duì)塊的處理
鏈接器對(duì)塊的處理有兩個(gè)功能：其一，將COFF目標(biāo)文件中的塊用來建立程序塊和數(shù)據(jù)塊，并將這些塊組合成可以被DSP芯片執(zhí)行的COFF輸出模塊；其二，鏈接器為輸出塊指定存儲(chǔ)位置。
鏈接器提供兩個(gè)命令實(shí)現(xiàn)上述功能：MEMORY和SECTIONS。MEMORY命令定義目標(biāo)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器，程序員可以定義每一塊存儲(chǔ)器并指定起始地址和長(zhǎng)度；SECTIONS命令用來定義輸入塊的組合和輸出塊在存儲(chǔ)器中的存放位置。若不用MEMORY和SECTIONS命令，鏈接器采用缺省的分配算法；推薦使用這兩個(gè)命令，但要注意這兩個(gè)命令在CMD文件（鏈接器命令文件）中使用。
下面分析一個(gè)TMS320F240芯片的典型CMD 文件。（假設(shè)文件名EX1.CMD）
1、CMD文件的構(gòu)成及其詳細(xì)解釋
BOOT.OBJ /* F240的中斷矢量表，參見后面的說明 */
EX1.OBJ /* 源程序編譯后對(duì)應(yīng)的目標(biāo)文件 */
/* 若程序有多個(gè)目標(biāo)文件，一塊寫在這里 */
-STACK 0X400 /* 設(shè)定系統(tǒng)堆棧 */
-C /* ROM初始化 */
-O EX1.OUT /* 輸出的文件名 */
-M EX1.MAP /* 輸出映像文件名 */
-L RTS2XX.LIB /* 鏈入RTS2XX.LIB庫(kù) */
MEMORY /*MEMORY命令規(guī)定系統(tǒng)的存儲(chǔ)器配置 */
{
PAGE 0：ROM0： origin=0000h，length=003fh /* FLASH ROM */
PAGE 0：ROM1： origin=0040h，length=0200h /*FLASH ROM */
PAGE 0：ROM2： origin=0240h，length=3000h /* FLASH ROM */
PAGE 1：RAM_B2：origin=0060h，length=0020h /* 內(nèi)部RAM B2 */
PAGE 1：RAM_B1：origin=0300h，length=0100h /* 內(nèi)部RAM B1 */
PAGE 1：RAM_B0：origin=0100h，length=0100h /* 內(nèi)部 RAM B0 */
PAGE 1：RAM_EX：origin=0d000h，length=2800h /* 外部擴(kuò)展RAM */
}
SECTIONS /* SECTIONS
命令規(guī)定了程序中塊的具體分配方法 */
{
.vectors：load=ROM0 /* 規(guī)定矢量表的存放位置 */
.cinit： load=ROM1 /* C初始化表的存放位置 */
.text： load=ROM2 /* 系統(tǒng)程序的存放位置 */
.bss load=RAM_B0 /*未初始化數(shù)據(jù)的存放位置 */
.const load=RAM_B1 /* 已初始化數(shù)據(jù)的存放位置 */
}
2、TMS320F240鏈接時(shí)所需的中斷矢量表文件
TMS320F240的目標(biāo)文件在鏈接時(shí)要用到中斷矢量表，中斷矢量表用匯編語言編寫，和具體的DSP芯片有關(guān)，假設(shè)TMS320F240的中斷矢量表對(duì)應(yīng)的匯編程序?yàn)锽OOT.ASM，匯編后的文件名為BOOT.OBJ。
下面是一個(gè)典型的矢量表文件（假設(shè)程序名為BOOT.ASM）。
.port /* 定義中斷函數(shù)的名字 */
.globl _c_int0 /* 中斷0對(duì)應(yīng)的函數(shù)名 */
.globl _c_int1 /* 中斷1對(duì)應(yīng)的函數(shù)名 ，以下語句的意義相同*/
.globl _c_int2 /* 可以將中斷函數(shù)名看作中斷入口地址 */
.globl _c_int3 /* 矢量表的存放不需程序員干預(yù) */
.globl _c_int4
.globl _c_int5
.globl _c_int6
.globl _c_int7
.globl _c_int8
.sect “.vectors”/*用.sect命令自定義一個(gè)塊，用于存放中斷矢量表 */
RSVECT B _c_int0 /* 中斷0發(fā)生后，程序的跳轉(zhuǎn)目的地址 */
INT1 B _c_int1 /* 中斷1發(fā)生后，則跳到c_int1（）函數(shù)處 */
INT2 B _c_int2 /* 意義同上，下同 */
INT3 B _c_int3
INT4 B _c_int4
INT5 B _c_int5
INT6 B _c_int6
用匯編器匯編該程序，命令形式：DSPA BOOT.ASM –V2XX 生成BOOT.OBJ文件供鏈接器使用。
這樣，我們就可以按如下形式在C源程序中編寫中斷函數(shù)：
void c_intx（） /* x為1—8中之一 */
{
中斷程序的C語句系列；
}
注意事項(xiàng)：c_int0()是系統(tǒng)的入口函數(shù)，用戶不能編寫。
經(jīng)過上面對(duì)命令文件（CMD文件）和中斷矢量表的介紹，接下來可以鏈接命令文件來生成所需要的OUT文件供DSP芯片執(zhí)行或進(jìn)行軟仿真。
命令形式：DSPLNK CMD文件名 例如：DSPLNK EX1.CMD
另一種情況是，不使用CMD文件，使用缺省配置，簡(jiǎn)單介紹如下：
命令形式：DSPLNK OBJ文件名 參數(shù)
例如 DSPLNK EX1.OBJ BOOT.OBJ –O XX1.OUT –M XX1.MAP
以上三步可以用下圖描述：
四、程序的仿真
EMURST 仿真器復(fù)位命令
EMU2XXW EX1.OUT 載入COFF格式的二進(jìn)制代碼仿真運(yùn)行，有關(guān)調(diào)試器的使用限于篇幅在此就不做討論了。
五、程序的固化
程序仿真運(yùn)行正確后，需要固化到FLASH ROM中，TMS320F240內(nèi)部有16K字的FLASH ROM可以用來固化程序，而不需要外擴(kuò)EPROM（程序不大于16K字的情況下）。
TI公司提供有固化程序的軟件，可以通過仿真器經(jīng)JTAG口將程序?qū)懭胄酒瑑?nèi)。目前發(fā)展了一種新的固化技術(shù)，可以通過串口寫入DSP芯片，特別適合于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。下面介紹通過JTAG口的固化方法。
首先用EMURST命令復(fù)位調(diào)試器，然后執(zhí)行下面三個(gè)批處理文件。
第一步，執(zhí)行BC0.BAT 批處理文件，將FLASH ROM 清除（CLEAR），使全為0。
第二步，執(zhí)行 BE0.BAT 批處理文件，將FLASH ROM 擦除（ERASE），使全為1。
以上兩步不需要修改軟件包中自帶的這兩個(gè)BAT文件。
第三步，執(zhí)行BP16K.BAT 批處理文件，將自己的OUT文件寫入到DSP內(nèi)部的FROM中。
執(zhí)行這一步之前，要先修改BP16K.BAT，將待寫入的OUT文件替換成自己的OUT文件，下面看一下這個(gè)批處理文件。假設(shè)軟件包的安裝目錄為C：DSP，該目錄下有一個(gè)子目錄SRC。
prg2xx -p 240 -m 0x0006 -w 6 srcc2xx_bpx.out 要寫入的OUT文件
如果要將EX1。OUT寫入到DSP的FLASH中，則執(zhí)行下面的命令：
prg2xx -p 240 -m 0x0006 -w 6 srcc2xx_bpX.out c:dspEX1.out
經(jīng)過以上步驟既完成了程序固化，可以將系統(tǒng)放到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)了。
注意:固化程序時(shí),CPU的一定要工作在20MHz的頻率下。在SRC子目錄下有一個(gè)配置文件C240_CFG.I文件，讀者可以根據(jù)程序說明并結(jié)合自己系統(tǒng)的外部晶振頻率將CPU的工作頻率設(shè)為20MHz（寫入時(shí)的頻率）。
結(jié)論
本文以TMS320F240的開發(fā)為例，介紹了怎樣用C語言開發(fā)DSP系統(tǒng)的全過程，希望對(duì)讀者會(huì)有所啟發(fā)和幫助。有關(guān)怎樣用C語言編程使用 TMS320F240內(nèi)部其他資源（如：定時(shí)/比較器、ADC、SCI、SPI、中斷器）和怎樣擴(kuò)展DSP的外圍電路等編程技術(shù)見后面的敘述。
直到接觸到DSP，由于使用TI的庫(kù)文件例程的緣故，對(duì)結(jié)構(gòu)體，聯(lián)合體等有了進(jìn)一步的了解，也對(duì)一個(gè)工程變量的使用有了更深的認(rèn)識(shí)。
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