DSP56311EVM的教學(xué)實(shí)驗平臺設(shè)計
關(guān)鍵詞 DSP56311 教學(xué)實(shí)驗平臺 混合編程
1 設(shè)計思想
本系統(tǒng)是一種教學(xué)、課程實(shí)驗及技術(shù)開發(fā)的平臺，主要應(yīng)用于DSP原理及應(yīng)用、數(shù)字信號處理等相關(guān)課程的實(shí)驗教學(xué)。它是以DSP56311EVM為核心，對系統(tǒng)進(jìn)行的擴(kuò)展，包括軟件和硬件兩個部分。軟什部分使用C++Builder制作了“DSP56311實(shí)驗平臺”的平臺環(huán)境，實(shí)現(xiàn)的用匯編語言編寫的DSP硬件驅(qū)動程序能夠為C語言調(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
硬件平臺的核心是M0torola公司提供的DSP56311評估板。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信號放大電路，LCD顯示模塊等。
圖1為系統(tǒng)硬件平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖中左側(cè)為外部電路模塊，右側(cè)為DSP563llEVM評估板。這些電路模塊可以產(chǎn)生實(shí)驗測試所必需的信號，并反映程序執(zhí)行情況，為DSP的程序開發(fā)和調(diào)試提供方便的硬件環(huán)境。
硬件部分解決的問題：
①DSP的端口通過寄存器設(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，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時序問題。DSP563ll的處理速度高達(dá)150 MIPS，1個指令周期大約7ns。解決時序問題，加快外圍的接口芯片工作速度。LCD相對于DSP來說，是種“反應(yīng)”很慢的外部設(shè)備。本課題采用定時器模塊(時間中斷)來控制LCD動態(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DSP的GPIO編程，使GPIO引腳的信號符合LCD數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r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間，維持信號線上的電平，使LCD可以可靠地讀到控制引腳上的信號。
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)驗平臺；用匯編語言編寫的DSP硬件驅(qū)動程序。
2．2.1 DSP56311實(shí)驗平臺
圖3為DSP56311實(shí)驗平臺界面。打包好的平臺可以隨意安裝在個人電腦上，平臺包括實(shí)驗說明、程序編制、程序編譯、參考結(jié)果、體驗實(shí)驗等內(nèi)容。此平臺可以作為實(shí)驗的指導(dǎo)軟件，也可作為開發(fā)軟件直接在平臺上編寫程序、編譯和仿真。
2.2.2 C語言與匯編語言混合編程
本設(shè)計用匯編語言編寫DSP周邊外設(shè)的驅(qū)動程序和一些數(shù)字信號處理算法的子程序。用C語言編寫主控程序，調(diào)用匯編語言編寫的子程序完成硬件操作和信號處理工作。
(1)插入式C與匯編混合編程
使用__asm()指令在C語言程序中插入?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(如一些簡單的直接操作硬件指令)；在用C語言的環(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題。
關(guān)鍵字_ _asm()的基本語句格式：
①“asm_instrution”是指匯編語言的指令名，如move、mpy等。
②“=”用來區(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語言的變量CptrO；沒有“=”，表示該操作數(shù)是輸入操作數(shù)，即操作數(shù)Operl的值來自C語言變量Cptrl。
③“M”(operande modifier)用來指定操作數(shù)的類別，例如％e用來指定操作數(shù)為累加器的MSB，即a1或bl。
④Oper0、Operl用來指定操作數(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語言編寫的和用匯編語言編寫的源程序分開編輯、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語言環(huán)境中編寫，匯編語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來完成。
C編譯器g563c的命令格式為：
在混合編程時，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，匯編語句是在匯編語言環(huán)境中編寫的；而使用_asm()指令在C語言程序中插入?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語言子程序調(diào)用可以用return命令返回一個數(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語言調(diào)用匯編源文件中的匯編子程序。首先在一個匯編源文件(如source，asm)中編寫一個匯編子程序。一般在匯編環(huán)境中子程序的寫法如下：
若在C語言源文件(如proj.c)中調(diào)用匯編子程序Ftest，則可以在C語言中重新定義匯編子程序的標(biāo)號。即在C語言文件頭部(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，在子程序的名稱前加上一個大寫的“F”，則在C環(huán)境中可以省略重新定義匯編子程序標(biāo)號的步驟，這樣C語言默認(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語言寫法。編寫C語言的中斷程序，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)子程序為Fssi_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代表程序存儲區(qū))，則對crt0．a(chǎn)sm中的中斷向量表修改如下：
⑤C語言使用匯編源文件中定義的變量
因C語言定義的變量都是映射在內(nèi)存的Y區(qū)的，故C語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映射的是同一個內(nèi)存物理地址。這是一種C語言與匯編語言之間數(shù)據(jù)的有效傳遞方式。
g563c的局限性在于，對于g563c編譯規(guī)則不十分熟悉的使用者，會常常因為匯編語言與C語言程序使用DSP資源的沖突而發(fā)生異常的錯誤，導(dǎo)致C語言程序無法可靠運(yùn)行。本課題的目的也在于減少使用者在C語言環(huán)境下大量使用匯編語言的需要，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
3 主要實(shí)驗項目
本嵌入式系統(tǒng)目前主要是作為本科和研究生的實(shí)驗平臺，在設(shè)計上包括硬件基礎(chǔ)實(shí)驗和軟件算法實(shí)驗兩部分。
硬件實(shí)驗部分包括：
①串行通信實(shí)驗。
②數(shù)據(jù)存儲實(shí)驗。編程控制A端口對外部SRAM存儲器以及外圍的Flash存儲器特定區(qū)域進(jìn)行存取操作。
③語音采集存儲實(shí)驗。設(shè)置適當(dāng)采樣率，編程實(shí)現(xiàn)語音信號的采集。
④語音錄放實(shí)驗。
⑤A／D實(shí)驗(簡易示渡)。
⑥D(zhuǎn)／A實(shí)驗(函數(shù)信號發(fā)生器)。
軟件實(shí)驗部分包括：
①基本數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)驗。
②FFT快速傅里葉變換。
③FIR有限沖激響應(yīng)濾波器。
對給定時域信號進(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)驗為例簡述實(shí)驗：
實(shí)驗內(nèi)容DSP通過串行接口(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)通過串口把一幅黑白圖片傳輸給DSP并且通過LCD顯示出來。LCD工作在圖形顯示模式。
實(shí)驗原理 利用對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)驗使用的外部設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)102鍵盤和LCD。
實(shí)驗使用的DSP內(nèi)部模塊鎖相環(huán)時鐘分頻器和串行通信接口(SCI)。實(shí)驗內(nèi)容：DSP通過串行接口(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)驗平臺的研制。編寫了支持C語言的DSP硬件驅(qū)動程序庫文件系統(tǒng)，沒計了DSP開發(fā)和實(shí)驗所必需的信號發(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任務(wù)的主程序架構(gòu)。把單獨(dú)運(yùn)行的信號處理程序模塊化為C語言的子程序，可以在系統(tǒng)中隨時調(diào)用執(zhí)行，充分體現(xiàn)了DSP強(qiáng)大的計算能力和軟件編程的靈活性。
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