嵌入式DSP系統(tǒng)C語(yǔ)言硬件編程技術(shù)探討

徐　哲，王中秀，全奎旺沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng)　100168

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嵌入式DSP系統(tǒng)C語(yǔ)言硬件編程技術(shù)探討

徐哲，王中秀，全奎旺
沈陽(yáng)理工大學(xué)，遼寧沈陽(yáng)100168

摘要隨著科技的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各處，現(xiàn)階段，最具有代表性的嵌入式系統(tǒng)為DSP。因此，本文將從嵌入式DSP系統(tǒng)基本硬件入手，結(jié)合C語(yǔ)言程序最常用調(diào)試方法與硬件編程技術(shù)，并研究將C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為DSP代碼的過(guò)程。

關(guān)鍵詞嵌入式DSP系統(tǒng)；C語(yǔ)言；硬件編程技術(shù)

以便獲得適用于人們使用的信號(hào)形式，而嵌入式DSP系統(tǒng)則是將DSP作為中央處理器，將硬件與軟件組合在一起，該系統(tǒng)體積較小，可以很快完成信號(hào)處理，其算法也較為靈活，性能也很穩(wěn)定，所以在儀器研制與電子產(chǎn)品中應(yīng)用較多。C語(yǔ)言是嵌入式DSP系統(tǒng)的重要組成部分，其硬件編程技術(shù)也是現(xiàn)代研究重點(diǎn)，因此，有必要了解C語(yǔ)言硬件程序開(kāi)發(fā)、調(diào)試以及代碼轉(zhuǎn)化。

1　嵌入式DSP系統(tǒng)基本硬件

1.1DSP基本結(jié)構(gòu)

一般來(lái)講，嵌入式DSP系統(tǒng)硬件編制過(guò)程是有一定規(guī)律可循的，通常是根據(jù)時(shí)間進(jìn)行排列，其主要構(gòu)成部分有以下幾種：A/D轉(zhuǎn)換、DSP芯片、D/A轉(zhuǎn)換、通信板塊以及顯示板塊，此外還有一些輔助板塊，如電源管理等[1]。

1.2DSP芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

盡管DSP芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但開(kāi)發(fā)者并不需要全面了解其結(jié)構(gòu)，只要簡(jiǎn)單了解即可，以便在編程時(shí)使用。在DSP芯片中主要由兩部分構(gòu)成，一部分是以中央處理器為主的內(nèi)核，另一部分是以外部輔助設(shè)備為主的外部設(shè)備。將各個(gè)模塊組合在一起，就成為了嵌入式DSP系統(tǒng)，通常將這一結(jié)構(gòu)稱之為哈弗結(jié)構(gòu)。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與程序存儲(chǔ)具有獨(dú)立性，與兩者對(duì)應(yīng)的硬件總線也就兩種。外部設(shè)備主要指芯片以外的硬件設(shè)備，其功能也多種多樣，經(jīng)過(guò)相互配合以后就可以使這些應(yīng)用功能得以完善，之所以其功能能夠完善主要在于系統(tǒng)中應(yīng)用了這些外部設(shè)備，使得芯片運(yùn)行速度得以顯著提升，DSP功能也隨之增強(qiáng)。

1.3DSP芯片存儲(chǔ)器圖及其編制方式

要編寫(xiě)DSP程序就一定要了解DSP芯片存儲(chǔ)器及其編制方式，它們都有助于DSP編程。DSP存儲(chǔ)空間有兩種，一種是RAM,另一種是ROM,這些存儲(chǔ)方式不僅有數(shù)據(jù)空間與程序空間，還有I/O空間，而I/O空間又由數(shù)據(jù)空間與程序空間兩部分構(gòu)成，且它們是相互獨(dú)立的，兩者的編制是相同的，唯一不同的是兩者的地址代表不同，程序空間的每個(gè)地址代表的是一個(gè)字節(jié)，而存儲(chǔ)空間每個(gè)地址所代表的則是16bit字[2]。

2　C語(yǔ)言硬件編程

現(xiàn)階段，硬件編程最常用的編程方式有3種，分別為C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言以及可視化編程[3]。其中與DSP代碼最為相似的應(yīng)匯編語(yǔ)言，但它也有很多缺陷存在，最大的不足就是難以被人們理解，由于芯片系列的不同也就意味著需要使用不同的匯編指令，由此開(kāi)發(fā)而來(lái)的程序更是無(wú)法被應(yīng)用到各處，可見(jiàn)，匯編語(yǔ)言只能被應(yīng)用于部分程序編寫(xiě)中，并不能應(yīng)用于硬件控制大量使用中。而可視化編程則是最近幾年才能研發(fā)并使用的編程模式，一般用于大規(guī)模程序開(kāi)發(fā)中，要學(xué)習(xí)該編程依然存在很大困難，并不適用于初學(xué)者使用。C語(yǔ)言則綜合了以上兩種編程方式的優(yōu)缺點(diǎn)，靈活性較好，也就意味著它能夠被應(yīng)用到多種硬件編程中，這與C語(yǔ)言自身特點(diǎn)有很大關(guān)系。C語(yǔ)言屬于高級(jí)語(yǔ)言，便于初學(xué)者學(xué)習(xí)使用，其編程模式為從上至下，可移植性也很強(qiáng)，加之其較為靈活更是方便讀寫(xiě)硬件寄存器中的數(shù)值。

3　C語(yǔ)言程序最常用的調(diào)試方法

在CCS系統(tǒng)中運(yùn)行C語(yǔ)言程序一定要經(jīng)過(guò)程序調(diào)試才可以，主要步驟由以下幾部分構(gòu)成：第一，將編制好的可執(zhí)行文件調(diào)入進(jìn)來(lái)；第二，將部分程序分成幾段，一邊運(yùn)行程序一邊觀察各個(gè)斷點(diǎn)值；第三，由于這些值一般分布在存儲(chǔ)器中，就要細(xì)致分析該數(shù)據(jù)，并多次重復(fù)進(jìn)行這項(xiàng)工作，直至程序預(yù)期功能完成。

C語(yǔ)言程序最常用的調(diào)試方法有兩種：首先，通過(guò)Watch Window查看C語(yǔ)言程序變量。在利用CCS時(shí)，可以通過(guò)點(diǎn)擊其集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中的View-Watch Window開(kāi)啟觀察窗，其中的第一個(gè)標(biāo)簽就是watch locals,這里就可以將程序光標(biāo)所在位置中的函數(shù)變量名稱與數(shù)值顯示出來(lái)；其次，借助Memory Window了解I/O空間中寄存器值。雖然Watch Window也可以看到變量，但卻看不到I/O空間，如果要觀察值，就需要點(diǎn)擊Viewmemory，當(dāng)窗口彈出以后，就可以選擇滿足自身要求的存儲(chǔ)空間地址，選定以后點(diǎn)擊OK便會(huì)彈出用于觀看存儲(chǔ)空間的小窗口，一旦值發(fā)生變化，就會(huì)以紅色字體方式顯示出來(lái)。

4　將C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為DSP代碼的過(guò)程

對(duì)于C語(yǔ)言程序來(lái)說(shuō)，它是一種較為通用的語(yǔ)言，能夠被應(yīng)用到各種處理器中，但在處理器運(yùn)行期間一定要有規(guī)定代碼才可以保證芯片始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，所以，但C語(yǔ)言編程完成以后，應(yīng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)碼，但轉(zhuǎn)換過(guò)程應(yīng)滿足規(guī)定軟件才可以。如在DSP系統(tǒng)中多用CCS轉(zhuǎn)換代碼，CCS是軟件開(kāi)發(fā)者最常用的軟件。在轉(zhuǎn)換DSP應(yīng)用時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)者需要利用集成開(kāi)放環(huán)境生成項(xiàng)目，該項(xiàng)目一般由以下幾部分構(gòu)成，主要有頭文件、庫(kù)文件以及源文件等內(nèi)容，后兩種文件與其他編程軟件中所包括的文件相同。如DSP基本歷程多數(shù)都與源文件有一定關(guān)系，而以結(jié)構(gòu)語(yǔ)句為代表的程序具體語(yǔ)句則以頭文件為主。庫(kù)文件屬于廠家自定義程序，是廠家依照自己所生產(chǎn)的芯片硬件性能編制而成的，以TMs32oC55xDSp芯片為例，廠家參照芯片型號(hào)制定出了庫(kù)文件，由于其處于DSP程序中，就需要將DSP作為開(kāi)頭，并將rts55x. ilb庫(kù)文件包括在內(nèi)，這主要是由于其已經(jīng)成為連接C語(yǔ)言與DSP代碼的重要方式，如在CCS文件中原本就涵蓋庫(kù)文件，在編程時(shí)只需在開(kāi)頭使用即可，一般來(lái)講，main()為C語(yǔ)言程序默認(rèn)入口，在編寫(xiě)DSP程序階段也一定要將該庫(kù)文件囊括進(jìn)來(lái)，這都是為了滿足rts55x. ilb所制定的要求。而鏈接文件則是由開(kāi)發(fā)者自行編寫(xiě)的文件，其作用相對(duì)較為獨(dú)特，一般由定位程序塊與數(shù)據(jù)塊兩部分構(gòu)成[4]。但編寫(xiě)鏈接文件十分困難，不僅需要掌握一定的軟件知識(shí)，還要對(duì)硬件知識(shí)有全面了解，這樣一來(lái)也就提升了對(duì)開(kāi)發(fā)者能力的需求。

將C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為DSP代碼的過(guò)程可以參照以下內(nèi)容：1）在源文件中需要由編輯器與匯編器應(yīng)用其中完成編譯，并構(gòu)建屬于兩者的“中間文件”；2）在中間文件處理后，新建.out與.map文件；3）利用CCS將.out下載并存儲(chǔ)在DSP芯片中，用于仿真測(cè)試；4）仿真測(cè)試完成后借助響應(yīng)軟件將.out轉(zhuǎn)化為.hex。

5　結(jié)論

通過(guò)以上研究了解到，C語(yǔ)言十分靈活，所應(yīng)用范圍也很廣，之所以能夠被應(yīng)用到各處主要是由于C語(yǔ)言不僅具有靈活性，還具有便于讀取與操作的特點(diǎn)。本文研究了嵌入式DSP系統(tǒng)與C語(yǔ)言硬件編程技術(shù)與過(guò)程，希望能為相關(guān)人士帶來(lái)有效參考，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與利用C語(yǔ)言硬件編程技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋敏.基于DSP和嵌入式平臺(tái)的在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].上海交通大學(xué)，2012.

[2]金麗娟.基于DSP的嵌入式PLC運(yùn)動(dòng)控制模塊的研究與實(shí)現(xiàn)[D].杭州電子科技大學(xué)，2013.

[3]張凱.嵌入式車牌定位與分割系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2011.

[4]佟吉鋼.高性能嵌入式系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用的若干問(wèn)題研究[D].南開(kāi)大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：徐哲，所在院校為沈陽(yáng)理工大學(xué)，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化DSP就是利用數(shù)字形式完成信號(hào)采集、變換等工作，

中圖分類號(hào)TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）155-0153-02