DSP56311EVM的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞 DSP56311 教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 混合編程
1 設(shè)計(jì)思想
本系統(tǒng)是一種教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)及技術(shù)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，主要應(yīng)用于DSP原理及應(yīng)用、數(shù)字信號(hào)處理等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。它是以DSP56311EVM為核心，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的擴(kuò)展，包括軟件和硬件兩個(gè)部分。軟什部分使用C++Builder制作了“DSP56311實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”的平臺(tái)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)的用匯編語(yǔ)言編寫的DSP硬件驅(qū)動(dòng)程序能夠?yàn)镃語(yǔ)言調(diào)用；硬件部分有效利用了芯片的資源，增強(qiáng)了應(yīng)用于教學(xué)的功能，并留出了進(jìn)一步擴(kuò)展的接口。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2．1 硬件部分
硬件平臺(tái)的核心是M0torola公司提供的DSP56311評(píng)估板。DSP56311EVM可外接24根數(shù)據(jù)線、18根地址線和4根地址特征狀態(tài)線，對(duì)可擴(kuò)展資源提供了接口；但這些接口一般不能直接與外部的設(shè)備連接，需要進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。硬件平臺(tái)的外部電路包含：±5V、±15V、+6V的直流電源，正弦波、三角波、方波的波形發(fā)生電路模塊，MIC信號(hào)放大電路，LCD顯示模塊等。
圖1為系統(tǒng)硬件平臺(tái)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖中左側(cè)為外部電路模塊，右側(cè)為DSP563llEVM評(píng)估板。這些電路模塊可以產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)測(cè)試所必需的信號(hào)，并反映程序執(zhí)行情況，為DSP的程序開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供方便的硬件環(huán)境。
硬件部分解決的問(wèn)題：
①DSP的端口通過(guò)寄存器設(shè)置可以作為通用輸入／輸出端口(GPI0)或?qū)Ｓ枚丝?。外部電路與DSP連接時(shí)，可以有多種實(shí)現(xiàn)方案。在資源緊張的情況下，調(diào)配資源，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。
②時(shí)序問(wèn)題。DSP563ll的處理速度高達(dá)150 MIPS，1個(gè)指令周期大約7ns。解決時(shí)序問(wèn)題，加快外圍的接口芯片工作速度。LCD相對(duì)于DSP來(lái)說(shuō)，是種“反應(yīng)”很慢的外部設(shè)備。本課題采用定時(shí)器模塊(時(shí)間中斷)來(lái)控制LCD動(dòng)態(tài)圖形顯示的刷新頻率，如把LCD的刷新頻率設(shè)定為2幀／s，即每0．5s向LCD傳送1屏圖形的數(shù)據(jù)。另外，DSP與LcD通信接口的實(shí)現(xiàn)是對(duì)DSP的GPIO編程，使GPIO引腳的信號(hào)符合LCD數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序要求。由于DSP的工作頻率很高，DSP與LCD間數(shù)據(jù)傳輸不僅要注意控制引腳上電平的高低和先后次序，而且還要插入必要的等待時(shí)間，維持信號(hào)線上的電平，使LCD可以可靠地讀到控制引腳上的信號(hào)。
圖2為系統(tǒng)硬件原理框圖。
2．2 軟件部分
軟件分兩部分：用C++Builder制作的DSP56311軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；用匯編語(yǔ)言編寫的DSP硬件驅(qū)動(dòng)程序。
2．2.1 DSP56311實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
圖3為DSP56311實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面。打包好的平臺(tái)可以隨意安裝在個(gè)人電腦上，平臺(tái)包括實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、程序編制、程序編譯、參考結(jié)果、體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容。此平臺(tái)可以作為實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)軟件，也可作為開(kāi)發(fā)軟件直接在平臺(tái)上編寫程序、編譯和仿真。
2.2.2 C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程
本設(shè)計(jì)用匯編語(yǔ)言編寫DSP周邊外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序和一些數(shù)字信號(hào)處理算法的子程序。用C語(yǔ)言編寫主控程序，調(diào)用匯編語(yǔ)言編寫的子程序完成硬件操作和信號(hào)處理工作。
(1)插入式C與匯編混合編程
使用__asm()指令在C語(yǔ)言程序中插入?yún)R編指令的混合編程方式主要應(yīng)用在以下情況：需要插入的匯編程序代碼較少(如一些簡(jiǎn)單的直接操作硬件指令)；在用C語(yǔ)言的環(huán)境中，用插入式編寫的匯編子程序可以避免內(nèi)存分配、寄存器使用和保護(hù)，以及參數(shù)傳遞和返回等方面的問(wèn)題。
關(guān)鍵字_ _asm()的基本語(yǔ)句格式：
①“asm_instrution”是指匯編語(yǔ)言的指令名，如move、mpy等。
②“=”用來(lái)區(qū)分足輸入還是輸出參數(shù)，表示操作數(shù)Oper0的值將傳輸給C語(yǔ)言的變量CptrO；沒(méi)有“=”，表示該操作數(shù)是輸入操作數(shù)，即操作數(shù)Operl的值來(lái)自C語(yǔ)言變量Cptrl。
③“M”(operande modifier)用來(lái)指定操作數(shù)的類別，例如％e用來(lái)指定操作數(shù)為累加器的MSB，即a1或bl。
④Oper0、Operl用來(lái)指定操作數(shù)是寄存器或內(nèi)存，如“A”表示該操作數(shù)被限定為地址寄存器r0～r7，即要求編譯器為該操作數(shù)指定一個(gè)空閑的地址寄存器。
(2)C程序與匯編程序混合編程
C程序與匯編程序混合編程就是將用C語(yǔ)言編寫的和用匯編語(yǔ)言編寫的源程序分開(kāi)編輯、編譯，生成各自的目標(biāo)文件，然后再鏈接到一起。其中，主程序在C語(yǔ)言環(huán)境中編寫，匯編語(yǔ)言編寫的子程序可以被調(diào)用。C程序與匯編程序混合編程由C程序編譯器g563c來(lái)完成。
C編譯器g563c的命令格式為：
在混合編程時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
①C程序與匯編程序混合編程的特點(diǎn)是，匯編語(yǔ)句是在匯編語(yǔ)言環(huán)境中編寫的；而使用_asm()指令在C語(yǔ)言程序中插入?yún)R編指令的混合編程方式，匯編程序的編寫要遵循C語(yǔ)言的規(guī)則。
②為了確保在匯編環(huán)境中編寫的匯編子程序在C語(yǔ)言環(huán)境中可靠地被調(diào)用執(zhí)行，匯編程序需要做出如下處理：引導(dǎo)部分，把程序返回地址保存到堆棧，接受程序入口參數(shù)的傳遞；保存匯編程序?qū)⒁褂玫募拇嫫鞯闹?；匯編程序的主體；恢復(fù)第二步所保存的寄存器的值，把保存到堆棧中的寄存器的值按順序從堆棧中取出并賦給原來(lái)的寄存器，使這些寄存器恢復(fù)到本匯編子程序被調(diào)用前的狀態(tài)；結(jié)尾部分，處理程序的返回值和返回地址，c語(yǔ)言子程序調(diào)用可以用return命令返回一個(gè)數(shù)值，混合編程的匯編程序也可以在C環(huán)境中被調(diào)用后返回一個(gè)值。在匯編源程序中，最后把需要返回的數(shù)值存放到累加器a中，然后用匯編指令tst把參數(shù)傳遞給c環(huán)境。
③C語(yǔ)言調(diào)用匯編源文件中的匯編子程序。首先在一個(gè)匯編源文件(如source，asm)中編寫一個(gè)匯編子程序。一般在匯編環(huán)境中子程序的寫法如下：
若在C語(yǔ)言源文件(如proj.c)中調(diào)用匯編子程序Ftest，則可以在C語(yǔ)言中重新定義匯編子程序的標(biāo)號(hào)。即在C語(yǔ)言文件頭部(或調(diào)用該匯編子程序的C函數(shù)之前)定義：
extern void ReName()__asm(“FTest”)；
然后在C語(yǔ)言環(huán)境中調(diào)用ReName()子程序即可。
如果在編寫匯編子程序時(shí)，在子程序的名稱前加上一個(gè)大寫的“F”，則在C環(huán)境中可以省略重新定義匯編子程序標(biāo)號(hào)的步驟，這樣C語(yǔ)言默認(rèn)的匯編子程序的名稱為去掉“F”以后的程序名。如上面的例子，在C環(huán)境中調(diào)用test()子程序，即調(diào)用source．a(chǎn)sm中Ftest子程序。
④中斷程序的C語(yǔ)言寫法。編寫C語(yǔ)言的中斷程序，首先要修改crt0．a(chǎn)sm中的中斷向量表，即在中斷向量表中找到某中斷向量的位置，并在此處調(diào)用程序員所編寫的中斷響應(yīng)程序。
如把增強(qiáng)型同步串口0(ESSI0)設(shè)定工作在中斷方式，數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送都采用中斷來(lái)執(zhí)行。程序員編寫的增強(qiáng)串口數(shù)據(jù)接收中斷服務(wù)子程序?yàn)镕ssi_rx_isr。增強(qiáng)串口O數(shù)據(jù)接收的中斷向量的地址為p：$30(p代表程序存儲(chǔ)區(qū))，則對(duì)crt0．a(chǎn)sm中的中斷向量表修改如下：
⑤C語(yǔ)言使用匯編源文件中定義的變量
因C語(yǔ)言定義的變量都是映射在內(nèi)存的Y區(qū)的，故C語(yǔ)言可以讀寫的在匯編源程序中定義的變量也必須是定義在Y區(qū)的。例如，在匯編程序source．a(chǎn)sm中定義內(nèi)存：
則C變量c_var與匯編變量test_var映射的是同一個(gè)內(nèi)存物理地址。這是一種C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言之間數(shù)據(jù)的有效傳遞方式。
g563c的局限性在于，對(duì)于g563c編譯規(guī)則不十分熟悉的使用者，會(huì)常常因?yàn)閰R編語(yǔ)言與C語(yǔ)言程序使用DSP資源的沖突而發(fā)生異常的錯(cuò)誤，導(dǎo)致C語(yǔ)言程序無(wú)法可靠運(yùn)行。本課題的目的也在于減少使用者在C語(yǔ)言環(huán)境下大量使用匯編語(yǔ)言的需要，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
3 主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
本嵌入式系統(tǒng)目前主要是作為本科和研究生的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在設(shè)計(jì)上包括硬件基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和軟件算法實(shí)驗(yàn)兩部分。
硬件實(shí)驗(yàn)部分包括：
①串行通信實(shí)驗(yàn)。
②數(shù)據(jù)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)。編程控制A端口對(duì)外部SRAM存儲(chǔ)器以及外圍的Flash存儲(chǔ)器特定區(qū)域進(jìn)行存取操作。
③語(yǔ)音采集存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)。設(shè)置適當(dāng)采樣率，編程實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的采集。
④語(yǔ)音錄放實(shí)驗(yàn)。
⑤A／D實(shí)驗(yàn)(簡(jiǎn)易示渡)。
⑥D(zhuǎn)／A實(shí)驗(yàn)(函數(shù)信號(hào)發(fā)生器)。
軟件實(shí)驗(yàn)部分包括：
①基本數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)。
②FFT快速傅里葉變換。
③FIR有限沖激響應(yīng)濾波器。
對(duì)給定時(shí)域信號(hào)進(jìn)行操作，并與Matlab運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行分析比較。
下面以串行通信實(shí)驗(yàn)為例簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)：
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容DSP通過(guò)串行接口(RS232)與PC機(jī)進(jìn)行雙向通信。①把從鍵盤輸入的字符通過(guò)串口發(fā)送給PC機(jī)，并且接收PC機(jī)發(fā)送的字符。LCD工作在文字顯示模式；鎖相環(huán)時(shí)鐘分頻器和串行通信控制器設(shè)定串行通信的波特率。②由PC機(jī)通過(guò)串口把一幅黑白圖片傳輸給DSP并且通過(guò)LCD顯示出來(lái)。LCD工作在圖形顯示模式。
實(shí)驗(yàn)原理 利用對(duì)56311的SCI(Serial Communica-tion Interface)編程，實(shí)現(xiàn)DSP與上位機(jī)進(jìn)行多種波特率的串行通信。
實(shí)驗(yàn)使用的外部設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)102鍵盤和LCD。
實(shí)驗(yàn)使用的DSP內(nèi)部模塊鎖相環(huán)時(shí)鐘分頻器和串行通信接口(SCI)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：DSP通過(guò)串行接口(RS232)與PC機(jī)進(jìn)行雙向通信。DSP把從鍵盤輸入的字符通過(guò)串口發(fā)送給PC機(jī)，并且可以接收PC機(jī)發(fā)送的字符。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖4為發(fā)送圖片的LCD顯示結(jié)果。
4 結(jié)論
本課題實(shí)現(xiàn)了基于DSP563llEVM教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制。編寫了支持C語(yǔ)言的DSP硬件驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)文件系統(tǒng)，沒(méi)計(jì)了DSP開(kāi)發(fā)和實(shí)驗(yàn)所必需的信號(hào)發(fā)生電路和方便結(jié)果顯示的LCD顯示接口電路；建立了能夠處理多個(gè)任務(wù)的主程序架構(gòu)。把單獨(dú)運(yùn)行的信號(hào)處理程序模塊化為C語(yǔ)言的子程序，可以在系統(tǒng)中隨時(shí)調(diào)用執(zhí)行，充分體現(xiàn)了DSP強(qiáng)大的計(jì)算能力和軟件編程的靈活性。
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