嵌入式C语言开发ADSP21XX系列DSP

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:详细介绍使用VisualDSP开发工具进行ADSP21XX的C语言编程的方法;分析其C语言运行库的结构,并且结合实例介绍C语言工具的使用方法,包括C语言与汇编语言混合编程的方法,从C运行库提取代码用于自己的汇编语言程序的方法、修改运行库的源代码以适应自己开发需要的方法等。 关键词:DSP VisualDSP 嵌入式C语言 汇编语言 引言 长期以来,在DSP系统开发中,一直把汇编语言作为主要的开发工具;但汇编语言与自然语言差距很大,不易常,而且汇编语言是依赖于处理器的,不利于软件的可重复利用和系统的稳定性,程序不易移植,给开发工作带来了很大的困难。随着嵌入式系统复杂程度的不断提高,用汇编语言编写一个巨大的程度将是困难,甚至是不可能的。为此,AD公司推出了针对ADSP21XX系列DSP的嵌入式C和C++语言集成开发工具,分别是VisualDSP和VisualDSP++系列,这些开发工具提供了C语言和C++语音的开发功能。以下就以笔者在实际开发中的一些经验,结合VisualDSP6.1版本,介绍用C语言开发VisualDSP6.1版本,介绍用C语言开发ADSP21XX的方法。VisualDSP提供了一个开放源码软件组织GNU的C编译器,和一套成熟稳定的C运行时间库(C Run time Library)等。GNU的编译器一向以编译效率高著称,在编译后的代码长度和运行速度方面非常优秀;C运行时间库则把很多重复性的工作,如浮点运行、三角函数、FFT等作为C语言的库函数,提供给用户,大大提高了用户的开发效率和程序的稳定性,降低了开发难度,另外,由于把这些库函数的源代码提供给了用户,还提高了C语言与汇编语言之间的透明性,使用户开发的程序兼具两者的优点。 1 Visual DSP简介 VisualDSP是AD公司的DSP开发工具,主要由可执行文件、库文件和各种帮助文档组成。6.1版本还带有一个基于图形界面,针对21XX系列DSP的软件仿真和调试工具。 VisualDSP的可执行文件包括汇编、编译、链接工具以及可执行文件重新格式化工具等,见表1。 表1 VisualDSP的可执行文件及用途 可执行文件名 用 途 Asmpp.exe* 汇编预处理程序 Asm2.exe* 21XX系列汇编程序的汇编程序 Asm21.exe 21XX系列命令行汇编程序 Ld21.exe 21XX系列链接工具 G21.exe 基于GNU的21XX系列C编译器 Bld21.exe 系统编译工具,产生相应于不同硬件体系的.ACH文件 Lib21.exe 21XX系列的库管理工具 Hspl21.exe 把21XX系列可执行文件变成HIP口可加载的格式 Spl21.exe 把21XX系列可执行文件变成PROM可烧写的格式 注:“*”代表该程序一般不单独使用,而昌由G21.exe或Asm21.exe调用。 VisualDSP套件中的软件仿真调试工具DEBUGAPP,采用Windows图形界面,使用方便。它的主要特点是:可以仿真调试从ADSP2101~2189全系列的DSP;支持断点、单步、全速运行等各种常见调试方法;可以随时查询和修改DSP的程序RAM(PM)、数据RAM(DM)和各寄存器的内容;可以仿真中断,进行可执行程序性能评估(Profile),因此可以进行时序仿真。DEBUGAPP是调试程序和验证复杂算法的极好工具。 VisualDSP6.1还提供了丰富的帮助文档,包括21XX系列的用户手册、汇编和C语言工具以及仿真调试程序的使用手册;还有C运行库的参考手册,列出了所有可用的C库函数。用C语言开发DSP的典型流程如图1所示。 2 C语言运行库结构 C语言运行时间库是位于LIB目录下的*.a文件,是整个C开发工具的核心之一,提供了大量的可以直接调用的库函数。这些库函数的函数原型包含在INCLUDE目录下的头文件中。这些头文件有的还包含一些宏定义。另外,VisualDSP还把这些库函数的汇编语言源代码提供给出了用户,方便了用户从中提取有用的代码,甚至修改源代码,生成新的库,来适应自己的要求。利用LIB21程序,还可以把自己的常用汇编子程序做成库,或是将实时性要求较高的代码用汇编语言来写,做成库,供C语言程序调用。 VisualDSP的C语言运行库由两部分组成:应用程序框架和预定义的各种库函数。 不同的DSP型号有不同的硬件结构、中断向量表,所以对应的应用程序框架库也不同,相应的文件是21*_HDR.DSP.其中*代表不同的DSP型号。应用程序框架的主体是中断向量处理部分,把中断向量引到合适的地址。其中最重要的是对系统复位(RESET_VECTOR)的中断向量的处理: _Reset_vector:CALL_lib_setup_everything; CALL main_; JUMP_lib_prog_term; NOP; 第一条指令是调用C库函数中的_ _lib_setup_everything函数作程序启动时的初始化工作。接下来,调用C语言程序中的main_函数,进入C程序的主体,也就是进入用户自己程序,开始正常工作。主程序结束后,再调用_lib_prog_term函数,作程序退出时的结尾工作。由于嵌入式系统的特性,系统绝大多数都在主程序运行时被继电了,所以_lib_prog_term得到执行的机会很小。 其它的中断向量由C运行库来管理,汇编指令如下: _Interrupt2:JUMP_lib_int2_ctrl;NOP;NOP;NOP; 其中的_lib_int2_crtl就是C语言库中控制INT2的函数。如果用户要使用该中断,应先把中断服务程序用一个C库函数Interrupt()把服务函数指针设定好,并打开相应的中断允许位,当该中断发生时,_lib_int2_ctr1函数就会控制DSP跳转到相应的指针位置。 VisualDSP预定义的C语言库函数包括数学函数、FFT函数、ANSI标准内存管理和字符串管理函数的一个子集。所有的函数列表可参考VisualDSP的联机文档。这些库函数以二进制代码的形式,打包集合在lib*.a文件中,用户的C语言程序可以像使用自己的子程序一样方便地调用这些库函数。下面是调用库函数的一个例子。 #include //包含所需的头文件 …… float a,b,c; //定义所需的变量 …… c=a*sin(b); //数学运算 编译后产生的汇编源代码中有call sin_指令,就是调用sin库函数的汇编语言指令语句。 从嵌入式开发的角度讲,VisualDSP的C语言工具已经提供了一个操作系统雏形的功能。在AD公司的ADMC系列DSP中,已经把这些库函数和一些电机控制专用的函数,以及程序加载功能,集成在了DSP的片内ROM中。 3 C语言与汇编语言混合编程方法 用C语言开发的缺点是不能精确控制程序运行的时间,对于实时性要求较高的应用,必须用汇编语言。VisualDSP为用户提供了两种与汇编语言的接口方法:用ASM()方法,直接嵌入汇编语言语句;用汇编语言编写子程序,供C语言程序调用。为了支持C语言与汇编程序程序的接口,VisualDSP预定义了诸如FUNCTION_ENTRY、EXIT、SAVE_REG、RESTORE_REG等13个宏。限于篇幅,不详细介绍其功能。使用这些宏以前,要包含asm_sprt.h头文件。 3.1 使用ASM()嵌入行的方法 使用这一方法时,一定要注意各寄存器和堆栈当前的状态,以免破坏程序运行的环境,产生错误的结果。VisualDSP保留了一些内部寄存器供用户的汇编代码使用。用户可以自由地修改其内容,而不会对程序造成破坏。这些寄存器包括AR、AF、AY1、M5、11、16、MF、MR0等18个。如果不够用,可以用系统定义的宏save_reg和restore_reg保护现场,得到另外11个可用寄存器。另外要注意的是,在汇编语言中操作C语言中定义的变量时,要在变量名后加下划线。下面是一个嵌套汇编语言的例子: int img228; //定义C语言变量 asm("ax0=0x5c;") asm("dm(ing228_)=ax0"); //用汇编语言赋值要将Img228变成Img228_ img228=0x5c; //直接用C语言赋值 编译后的汇编语言代码是 ax0=0x5c; dm(img228_)=ax0 my1=92; dm(img228_)=my1; 注意前者可能会破坏程序结构,因为它使用了未经保护的寄存器AX0;而由C语言产生的汇编代码,则会自动选择合适的临时寄存器MY1。 3.2 使用汇编子程序的方法 使用汇编子程序是C语言程序与汇编语言接口的另一种方法。用户定义的子程序放在单独的汇编文件中,或是做成二进制的库文件,并将子程序的定义用GLOBEL输出,汇编后就可以供C语言程序调用。下面是一个不需要参数的子程序的例子: .MODULE/RAM_delay_; .external del_cycle; //声明del_cycle是外部变量 .global delay; //声明delay为全局函数 delay_: runction_entry; //子程序开始标志,必须要的 ar=dm(del_cycle_); cntr=ar; do d_loop until ce; d_loop:nop; exit; //子程序结束标志,必须要的 .ENDMOD; 如果汇编语言子程序中用到了参数,情况就复杂些。子程序中的入口参数前两个一定要保存在AR、AY1中。如果参数多于两个就要把其余的放在堆栈中。所有子程序的第一个返回值放在AR中。如果返回值不止一个,就要用到变量型参数或者指针来获得取所有的返回值了。下面是一个有5个输入参数、1个返回值的子程序例子。 add5_: function_entry; ar=ar+ay1; //前面的两个变量放在AR、AY1中 readsfirst(ay1); //从程序堆栈中读取第三个变量 ar=ar+ay1; ay1=readsnext; //从程序堆栈中读取第四个变量 ar=ar+ay1; ay1=readsnext; //从程序堆栈中读取第五个变量 ar=ar+ay1; //返回值放在AR中 exit; 注意其中的readsfirst和readsnext都是汇编语言接口宏。其功能是从堆栈中读取所有的参数。 4 C运行库的汇编源代码 如果只用C语言来开发21XX程序,只要有C运行库的二进制版就够了。幸运的是,AD公司把所有C运行库的汇编源代码随VisualDSP提供给了用户,所以对那些用汇编语言开发的工程师来说,这些源代码也提供了很大的帮助。因此这代表很多功能的子程序不需要自己去编码、调试,用到某功能时只要把相应的汇编代码链接进自己的程序就可以。C运行库的源代码是扩展名为DSP的文本文件。基本上一个库函数对应一个文件,文件名就是函数名。比如说sin.dsp是正弦、余弦查找、使用都很方便,但是对于其中的交叉调用要注意。 反过来,用户也可以把自己已经调试、验证过的汇编子程序,做成二进制库文件,供C程序调用,这样可以大大提高软件的可重复利用率。要制作二进制库文件,只要用lib21.exe工具处理就行了。注意,生成的二制库文件的名字必须以.a作为文件扩展名。 笔者在实际的开发中,遇到这样的情况,自制的2181目标板上有一个自己开忍气吞声驻留程序,通过软件模拟的异步串口与PC通信,加载程序。但是这个驻留程序占据了0~0x500的空间,用户开发的程序只能加载到从0x500开始的空间内,而用C语言开发的程序起始地址都是从0开始的。为了解决这个问题,只能自己修改2181_hdr.dsp源文件。首先把第一行的.MODULE/ABS=0改成.MODULE/ABS=0x500,然后汇编成obj文件,代替原来的文件。另外,在自己的程序中定义一个从0开始0x500大小的PM区域,并初始化成0,就可以防止编译器在该区域内分配别的变量或程序代码,这样编译后的可执行文件的0~0x500空间都是0,加载时把它剔除,而其它有用的指令代码都在0x500之后,解决了这一个问题。 5 总结 从实际开发的经验来看,VisualDSP的C语言开发功能十分丰富。虽然提供的库函数只是ANSI的一个不完备子集,但是对于一般的工程开发来说已经足够用了,而且VisualDSP还提供了C运行库的源代码,这对于解决函数不完备的问题也好处。用C语言开发的好处还包括开发时间大大减少,程序的稳定性大大提高,这对于面对激烈的市场竞争,对于减轻设计工程师的工作量都很有好处。最后,用C语言开发是趋势,必将更加流行。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200703/11547.html
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