DSP控制器汇编语言程序设计精Word格式.docx

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前言

数字信号处理是一种将现实世界中的连续信号转换为计算机能够处理的信息的过程。

比如人们说话的声音，这就是一个连续信号,除此之外，现实生活中还有很多这样的信号，比如光、压力、温度等等。

这些信号通过一个模拟向数字的转换过程（称之为AD，变成数字信号送给处理器，进行数字计算，处理结束后，再把结果通过数字向模拟的转换过程重新变成连续信号（称之为DA。

用一般的通用微处理器可以完成这些工作，但是面临的问题是满足如此高的计算速度，就很难保证耗电量很低，更难保证价格足够便宜。

因此，另一种微处理器应运而生：

数字信号处理器，简称DSP。

在当今的数字化时代，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。

未来10年，全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心，将会越来越受到业界的青睐。

因此，开发应用DSP及其软件是当今科学和社会发展的需要。

而DSP芯片的最大优越性在于其具有可重复编程的能力。

将各种不同应用的

数字信号处理技术以及软件的形式下载到DSP芯片中，可以实现相应的通信和控制功能。

DSP的发展和应用使得软件开发和硬件设计变得相对独立，DSP是数字信号处理的核心，DSP硬件系统具有灵活的可编程性。

对于DSP的程序员来说，主要的DSP应用程序都是用汇编语言写的（至少部分是汇编语言优化的）。

这里有两个理由：

首先，大多数广泛使用的高级语言，例如C，并不适合于描述典型的DSP算法。

其次，DSP结构的复杂性，如多存储器空间、多总线、不规则的指令集、高度专门化的硬件等，使得难于为其编写高效率的编译器。

因此，汇编语言程序设计是DSP应用软件设计的基础。

汇编语言是一种利用DSP处理器所有硬件特性并能直接控制硬件的程序设计语言，是被实践证明了的开发硬件系统最优秀的语言。

采用汇编语言开发，可合理地应用芯片提供的硬件资源，其代码效率高、占用资源少、程序执行速度快。

诸多优点，使汇编语言受到广大专业硬件程序设计人员的青睐。

汇编语言直接描述机器指令，比机器指令容易记忆和理解。

通过学习和使用汇编语言，能够感知、体会、理解机器的逻辑功能，向上为理解各种软件系统的原理，打下技术理论基础；

向下为掌握硬件系统的原理，打下实践应用基础。

学习汇编语言是我们理解整个DSP处理器的最佳起点和最有效途径。

因此DSP控制器汇编语言程序设计是当今软件设计领域中系统编程人员密切关注的研究课题之一。

1DSP简介和结构特点

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。

DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

TMS320C6x核心CPU由32个32比特字长的通用寄存器和8个功能单元组成（2个乘法器和6个算术逻辑单元），故而可以在一个时钟周期中完成8条指令。

它支持8/16/32比特的数据格式，并为声音合成或其它增强运算提供了对40比特数据算术运算的支持。

TMS320C6x拥有大容量的片内RAM（64KB的数据存储器的64KB的程序存储器），并通过32比特的EMIF支持SDRAM、SBSRAM、SRAM以及其它的非同步存储器。

此外TMS320C6x还提供了多通道的DMA操作，用以相对CPU进行后台的数据存取，DMA的辅助通道还提供了对主机端口界面（HPI）的支持，主机可以通过HPI异步地访问TMS320C6x内外存储器及外围设备。

C6x还为通信提供两个多通道、多缓冲的串行口。

此外，TMS320C6x也和一般的DSP一样具备较完善的中断处理机制、定时器结构，并可以以不同的方式启动系统。

2DSP的硬件结构和片内外设

TMS320C6000的CPU有两个数据通道A和B，每个通道有16个32位字长的寄存器（A0～A15，B0～B15），四个功能单元（L，S，M，D），每个功能单元负责完成一定的算术或者逻辑运行。

A、B两通道的寄存器并不是完全共享，只能通过TM320C6000提供的两个交换通道1X、2X，才能实现处理单元从不同通道的寄存器堆那里获取32位字长的操作数。

TMS320C6x系列DSP内部集成的外围设备也非常丰富：

具有4个独立通道的DMA控制器，外部存储器接口（EMIF），主机接口（HPI），扩展总线（XBUS），多通道缓冲串口（MCBSP），定时器等。

3DSP汇编语言程序设计

3.1DSP系统设计

在DSP系统设计中，应当先进行系统的总体设计。

首先采用高级语言或Matlab等对算法进行仿真，确定最佳算法并初步确定参数。

对系统中的哪些功能用软件实现，哪些功能用硬件实现进行初步的分工。

完成总体设计以后，就可以进入软硬件设计阶段。

这里介绍软件设计的过程，如图所示。

3.2DSP汇编语言的特点

汇编语言（AssemblyLanguage是面向机器、功能很强的程序设计语言,也是利用DSP处理器所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。

汇编语言的主要优点是占用资源少、程序执行效率高。

在对速度有极高要求的场合（如DSP处理器的高速图像采集和图像解压缩），目前主要还要用汇编写程序。

汇编语言正是以其“体积”小和效率高而受到专业硬件程序设计人员的青睐，是被实践证明了的开发硬件系统最优秀的语言。

3.3DSP指令系统

3.3.1寻址方式

C6000指令的寻址模式比较单一，只有间接寻址模式，即以通用寄存器作为基址，而且偏移地址可以为通用寄存器或常数。

在存储器地址计算时，可以采取两种方式：

一种是线性寻址，即偏移量经过⨯1、⨯2、⨯4、⨯8（分别对应字节、半字、字和双字寻址）处理后直接加到基址上；

另一种是循环寻址，即偏移量在经过⨯1、⨯2、⨯4、⨯8（分别对应字节、半字、字和双字寻址）处理后，还要以循环缓冲区的长度取模数后加到基址上。

由AMR寄存器选择是线性寻址还是循环寻址，并指定循环缓冲区的长度。

3.3.2句法格式

C6000汇编代码的基本形式为：

[标号][:

]并行符号[条件]指令功能单元[操作数][；

注释]

3.3.3延迟间隙

C6000指令的执行具有延迟间隙（DelaySlots）。

延迟间隙在数量上等于指令的源操作数被读取直到执行的结果可以被访问所需要的指令周期数。

延迟间隙等于一个指令的执行或结果获得的潜在周期。

所有TMS320C62X系列和TMS320C67X系列DSPs指令都有一个功能单元潜在周期，这意味着每个周期均可有一条新指令在功能单元中开始。

3.3.4指令分类

汇编代码的指令包括伪指令和命令助记符。

一汇编器伪指令是汇编语言程序的一个重要内容，它给程序提供数据并控制汇编过程。

汇编器伪指令可完成以下工作：

将代码和数据汇编进指定的段；

在存储

器中为未初始化的变量保留空间；

控制是否产生清单文件；

初始化存储器；

汇编条件代码块；

声明全局变量；

为汇编器指定从中可以获得宏的库；

考察符号调试信息。

下面对一些常用的伪指令的使用方法进行分类说明。

（1）定义段的伪指令

这些伪指令指定汇编语言程序的段，包括以下几种：

.bss.data.sect.text

（2）初始化常数的伪指令

以下一些伪指令为当前的段中保留指定的位数：

.byte,.char.field.float.half,.half,.int,.uint,.short,.ushort,.word.uword

（3）对准段程序计数器的伪指令

.align伪指令将段程序计数器对准1字到128字的边界。

（4）引用其他文件的伪指令，包括：

.copy.include.def.global.ref

二命令助记符是真正的处理器命令，它执行实际的程序操作。

它包括算术操作指令、逻辑操作指令、程序控制指令和加载存储指令四大类，详细的指令形式和执行操作分别介绍如下：

a、算术操作指令

C6X的算术指令很丰富，而且运算功能强大。

包括取绝对值指令、加法指令、减法指令、乘法指令、比较类指令以及特殊应用指令。

（1）取绝对值类指令

ABSsrc2,dst;

ABS（src2→dst,取src的绝对值放入dst中。

（2）加/减法类指令

这里只对加法类指令详细介绍：

①不带饱和的有符号或者无符号的整数加法指令ADD[U]

ADD[U]src1,src2,dst;

src2被加到src1上，结果保存到dst中。

②使用寻址模式的整数加法指令ADDAB/ADDAH/ADDAW

ADDAB/ADDAH/ADDAWsrc2,src1,dst;

src1分别按字节（⨯1，B）、半字（⨯2，H）或字（⨯4，W）寻址模式与src2相加，结果放到dst中。

如果src2为A4~A7或B4~B7，src1还可以按循环寻址模式（ARM指定）与src2相加。

（3）乘法类指令MPY

①两个低16位的有符号或无符号整数相乘指令MPY

MPY[U/US/SU]src1,src2,dst

源操作数src1和src2相乘，结果放在目标寄存器dst中。

默认情况下，源操作数为无符号数。

后缀U表示两个无符号数相乘，US表示src1是无符号而src2是

有符号数，SU反之。

②一个高16位和一个低16位的有符号或无符号整数相乘指令

MPYHL[U]/MPYHULS/MPYHSLUsrc1,src2,dst

③两个高16位的有符号或无符号整数相乘指令

MPYH（U/US/SU）src1,src2,dst

④一个低16位和一个高16位的有符号或无符号整数相乘指令

MPYLH（U）/MPYLUHS/MPYLSH