dsp綜合實驗課件

1、現(xiàn)代電子學(xué)綜合實驗DSP實驗 王正勇690728634第1頁，共92頁。TMS320C5402核心版該板實現(xiàn)了一個最小系統(tǒng)，可以單獨運行。板上主要資源包括： 一個TMS320C5402 型號的DSP 芯片； 一個LV64L16 64K X 16BIT SRAM ; 一個CPLD可編程芯片，本模塊主要負責(zé)實驗系統(tǒng)中的總線控制工作 。DPS+CPLD開發(fā)板和EDA5.1底板構(gòu)成的完整DSP開發(fā)系統(tǒng)圖DSP_JTAG接口：DSP與仿真器的連接接口CPLD_JTAG接口：對CPLD進行配置和下載程序的接口J6 、J7:通過該接口與EDA主板連接,從而可使用底板上的外設(shè).第2頁，共92頁。EPM240T

2、100C561LV6416EPM240T100C5DSP_JTAGVC5402J7J6PLD_JTAG第3頁，共92頁。跳線端子第4頁，共92頁。DSP_JTAG ：DSP與仿真器的連接接口CPLD_JTAG ：對CPLD進行配置和下載程序的接口通過跳線器J2切換MP/MC工作方式，當跳線器連接時工作在微計算機方式，當跳線器斷開時工作在MP方式J6 J7:通過該接口與EDA主板連接,從而可使用底板上的外設(shè).如果MP/MC=0，程序從片內(nèi)ROM開始執(zhí)行，否則，從片外程序存儲器開始執(zhí)行。第5頁，共92頁。數(shù)碼管led液晶顯示電源開關(guān)5V電源輸入時鐘源51單片機VGA接口232接口4*4鍵盤TLC5

3、49實驗箱布局圖核心板模式顯示PS2USB電平開關(guān)第6頁，共92頁。核心板插口第7頁，共92頁。TMS320C5402簡介第8頁，共92頁。 數(shù)字信號處理(Digital signal processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀80年代以來，隨著計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運而生并得到迅速發(fā)展，已經(jīng)在信號處理、通信、語音、圖像、雷達、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)控制、儀器儀表等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用. DSP既是Digital Signal Processing的縮寫，也是Digital Sjgnal Processor的縮寫，二者的英文簡

4、寫相同，但含義不同. Digital Sjgnal Processing廣指數(shù)字信號處理的理論和方法，即數(shù)字信號處理技術(shù)。第9頁，共92頁。 Digital Sjgnal Processor(DSP)指用于進行數(shù)字信號處理的可編程微處理器，強調(diào)運算處理的實時性，因此除了具備普通微處理器所強調(diào)的高速運算和控制功能外，主要針對實時數(shù)字信號處理，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流程上做了較大的改動。第10頁，共92頁。DSP系統(tǒng)的構(gòu)成 DSP系統(tǒng)具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點： (1)接口方便。 (2)編程方便?？墒乖O(shè)計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進行修改和升級。 (3)穩(wěn)定性好。受環(huán)境溫度及噪聲的影響較小

5、，可靠性高。 (4)精度高。 (5)可重復(fù)性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。 (6)集成方便。有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。 當然，數(shù)字信號處理也存在一定的缺點。例如，對于簡單的信號處理任務(wù)，若采用DSP則使成本增加。DSP系統(tǒng)中的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題，而且DSP系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外，DSP技術(shù)更新的速度快，數(shù)學(xué)知識要求多，開發(fā)和調(diào)試工具還不盡完善。第11頁，共92頁。TMS320C54x的總體結(jié)構(gòu)及工作原理TMS320c54x(簡稱c54x)是TI公司為實現(xiàn)低功耗、高速實時信號處理而專門

6、設(shè)計的16位定點數(shù)字信號處理器，己在通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。TMs320C54x系列DSP芯片種類很多，但結(jié)構(gòu)基本相同，主要由中央處理器、內(nèi)部總線控制、特殊功能寄存器、數(shù)據(jù)存儲器RAM、程序存儲器ROM、兩個通用I/O引腳(BIO和XF) 、串行口、主機通信接口HPI、定時器、中斷系統(tǒng)(硬件中斷和軟件中斷)等部分組成。第12頁，共92頁。TMS320VC5402引腳圖: TMS320VC5402的引腳 1返回首頁第13頁，共92頁。圖: TMS320VC5402的引腳2第14頁，共92頁。表: TMS320VC5402引腳說明1第15頁，共92頁。表: TMS320VC

7、5402引腳說明2第16頁，共92頁。表: TMS320VC5402引腳說明3第17頁，共92頁。表: TMS320VC5402引腳說明4第18頁，共92頁。表: TMS320VC5402引腳說明5第19頁，共92頁。表: TMS320VC5402引腳說明6第20頁，共92頁。表: TMS320VC5402引腳說明7第21頁，共92頁。返回本節(jié)表: TMS320VC5402引腳說明8第22頁，共92頁。1576543210IPTRMP/MCOVLYAVISDROMCLKOFFSMULSST圖3 處理器方式狀態(tài)寄存器PMST的位結(jié)構(gòu)第23頁，共92頁。表2: 狀態(tài)寄存器PMST第24頁，共92頁

8、。表3: 時鐘方式寄存器CLKMD第25頁，共92頁。第26頁，共92頁。表4:軟件等待狀態(tài)寄存器SWWSR第27頁，共92頁。第28頁，共92頁。表5:分區(qū)轉(zhuǎn)換控制寄存器第29頁，共92頁。第30頁，共92頁。第31頁，共92頁。表7:定時器控制寄存器TCR第32頁，共92頁。定時器控制寄存器TCR功能第33頁，共92頁。DSP的USB仿真器(TDS510)驅(qū)動軟件安裝 1. 將DSP的USB仿真器(TDS510)連接到DSP模塊上的JTAG接口和PC機(連接無誤后才上電),桌面出現(xiàn)找到新的硬件界面: 第34頁，共92頁。 2.點擊“從列表或指定位置安裝”，出現(xiàn)以下畫面，并在瀏覽中選擇驅(qū)動軟

9、件目錄：第35頁，共92頁。3.然后點擊下一步，出現(xiàn)：第36頁，共92頁。4.點擊完成，屏摹右下方出現(xiàn)“新硬件已安裝并可以使用了?！?，表示dsp仿真器驅(qū)動軟件安裝完畢。第37頁，共92頁。CCS中的軟件或硬件仿真的設(shè)置 1.點擊桌面的”setup ccs”軟件,并在File菜單下選擇import; 第38頁，共92頁。2.在出現(xiàn)的import configuration對話框中,選擇器件及軟件或硬件仿真設(shè)備,然后點擊”import”,在”my system”下出現(xiàn)相應(yīng)的軟件或硬件仿真設(shè)備.軟件仿真設(shè)備設(shè)置步驟:第39頁，共92頁。第40頁，共92頁。第41頁，共92頁。硬件仿真設(shè)備設(shè)置步驟:第

10、42頁，共92頁。第43頁，共92頁。第44頁，共92頁。第45頁，共92頁。仿真設(shè)備設(shè)置完畢,啟動CCS:點擊”setup ccs”中”file”菜單下的”exit”啟動ccs,出現(xiàn)如下界面:接著點擊open菜單,若選擇”c5402device simulator/cpu”即為軟件仿真,選擇”c5402dsk via tds510usb 2.0 emulator/cpu”即為硬件仿真.第46頁，共92頁。CCS的使用一、新建工程文件啟動CCS，在主菜單中單擊“Project”，會有“new”和“open”選項，創(chuàng)建新工程使用“new”選項。程序會提問新建工程的名字以及保存位置，指定后單擊“確

11、定”即可。新建工程窗口CCS 提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具，它便于實時、嵌入式信號處理程序的編制和測試，能夠加速開發(fā)進程，提高工作效率。 第47頁，共92頁?？墒褂脙煞N方式向工程添加源文件、CMD 和庫文件。（1） 添加源文件第一個方法：在主菜單中單擊“Project”，選擇“Add Files to Project”命令，在彈出的添加文件對話框中找到文件，單擊“打開”按鈕即可。第二個方法：在工程名上單擊鼠標右鍵，選擇“Add Files”命令。在彈出的添加文件的對話框中，找到指定類型的文件。單擊“打開”按鈕。2 向工程添加各類型文件第48頁，共92頁。添加文件第49頁，共92

12、頁。（2） 添加必需的內(nèi)存定位文件“*.cmd”:使用上述任一方式，向工程里添加“hello.cmd”，注意在添加文件對話框的“文件類型”下拉列表中要選擇“Link Command File(*.cmd)”，該文件定義了各代碼段和數(shù)據(jù)段在存儲器中的位置。第50頁，共92頁。3） 添加庫文件: 若工程是基于C 語言編寫的，還需添加運行時的支持庫文件（RunTimeSupport Library). 如果基于匯編的就不需要）。使用上述任何一種方式，向工程添加“rts.lib”文件，該文件存放在CCS 的安裝目錄c5400cgtoolslib”下。注意在添加文件對話框的“文件類型”下拉列表中要選擇“

13、Object Library Files（*.o*,*.l*）”。第51頁，共92頁。（5)添加gel文件在工程視圖中選中GEL files文件夾，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇Load GEL選項，載入gel文件.（4） 添加頭文件在工程名“hello1.pjt ”上單擊鼠標右鍵，選擇“Scan AllDependencies”，這樣hello.c 文件所包含的頭文件“hello.h”將出現(xiàn)在工程瀏覽窗中的“include”文件夾中。頭文件實際不用人工添加，在Build 工程時，CCS 本身就會自動完成掃描。第52頁，共92頁。 二、建造和運行程序建造（Building）指編譯、匯編、鏈接

14、三個獨立步驟按順序聯(lián)合運行。 (1)建造: 在主菜單中單擊“Project”，選擇“Rebuild All”，或者單擊工具條圖標，CCS 將重新對工程中所有文件進行編譯、匯編、鏈接，并同步在底部窗口中顯示編譯連接信息。連接 完畢，CCS 生成一個“.out”文件，默認存放在目錄“hello2”下的“debug”目錄中。 (2) 建造完畢后，再裝載程序： 在主菜單中單擊“File”，選擇“Load Program”，在彈出對話框中，找到目錄“hello2”下的“debug”目錄，選擇“hello.out”，并打開。 第53頁，共92頁。CCS 裝載完畢該文件到目標DSP 以后，會自動彈出“Dis

15、sassembly”窗口，顯示構(gòu)成源代碼的反匯編指令。同時，CCS 還會在底部彈出“stdout”欄，用于顯示程序在運 行時的輸出信息。 (3) 點擊工具欄按鈕或選擇 DebugRun。第54頁，共92頁。第55頁，共92頁。單步和全速運行： 在主菜單中單擊“Debug”，選擇“Go Main”，讓程序從主函數(shù)開始運行。程序會停在main（）處，并會有一個黃色的箭頭標記當前要執(zhí)行的C 語言代碼,若單步執(zhí)行,用F10,若全速執(zhí)行,用F5(RUN) 。第56頁，共92頁。斷點運行1.斷點設(shè)置:將光標移到欲設(shè)斷點位置處,按F9;斷點取消也是F9.2.按F5.第57頁，共92頁。如果同時看到C 語言代

16、碼和對應(yīng)編譯生成的匯編代碼，在主菜單中單擊“View”，選擇“Mixed Source/ASM”，此時會有一個綠色箭頭標記當前要執(zhí)行的匯編代碼第58頁，共92頁。多種觀察窗口幫助調(diào)試:(1) 查看寄存器：選擇View 菜單中的CPU Registers 命令。(2) 查看數(shù)據(jù)： 選擇View 菜單中的Memory 命令，彈出設(shè)置窗口，按實際需要指定其中的參數(shù)，如起始地址等，就可以觀察到數(shù)據(jù)單元中的值，該值可以以多種格式表示。(3) 查看程序中變量的當前值： 可以在程序中用光標選中變量名，在鼠標右鍵菜單中選擇Add to Watch Window 命令就可以把該變量添加到Watch 窗口。隨著程

17、序的運行，可以在Watch 窗口看到該變量的值的變化。第59頁，共92頁。選擇ViewGraphTime/Frequency。 在彈出的Graph Property Dialog對話窗 中， 將 Graph Title，Start Address，Acquisition Buffer Size，Display Data Size，DSP Data Type，Autoscale和Maximum Y-value 的屬性改變?yōu)樾枰膶傩浴?4) 顯示圖形： 如果要觀察的變量太多，例如要觀察一個數(shù)組的值，那么可以用一種更直觀的方法，就是把數(shù)據(jù)用圖形的方式表現(xiàn)出來。第60頁，共92頁。在TMS320VC

18、5402中，定時器通過控制定時器相關(guān)寄存器，該定時器可以被停止、重新啟動、復(fù)位或禁止。與該定時器有關(guān)的寄存器有定時計數(shù)寄存器（TIM）、定時周期寄存器（PRD）以及定時器控制寄存器（TCR）。第61頁，共92頁。定時計數(shù)寄存器TIM：該寄存器是一個存儲器映射的寄存器。該寄存器中保存了定時器當前的計數(shù)值，并且該寄存器的值會在預(yù)分頻器中的計數(shù)器遞減至0的時候遞減1。當TIM寄存器中的至遞減至0的時候，定時器復(fù)位，TIM重新加載PRD寄存器中的值，開始下一輪計數(shù)，與此同時，當該寄存器中的值遞減至0的時候，產(chǎn)生定時器中斷。第62頁，共92頁。定時周期寄存器PRD：該寄存器是一個存儲器映射的寄存器。該寄

19、存器用于控制定時器的周期。第63頁，共92頁。定時器控制寄存器TCR： 該寄存器是一個存儲器映射的寄存器。該寄存器主要用于控制定時器的啟動、停止、復(fù)位以及初始化定時器的預(yù)分頻器等操作。該寄存器的具體內(nèi)容如下表所示。 第64頁，共92頁。TDDR：定時器的4位預(yù)分頻器，TDDR的值為015。TSS：定時器啟動/停止位。1可停止定時器計數(shù)；0可啟動定時器。TRB：向該位寫入1可復(fù)位定時器。PSC：預(yù)分頻器的遞減計數(shù)器。該計數(shù)器會在CLKOUT的作用下遞減，當遞減至0的時候，TIM的值便會遞減1，同時PSC會重新加載TDDR的預(yù)分頻值。Free：該位用來配置定時器是否工作在Soft制定的工作方式。當

20、該位為0時，選定Soft位所指定的工作模式；當該位為1時，定時器將會正常運行，而不會采取Soft位所指定的工作模式。Soft：該位用來配置定時器在遇到程序中斷時的工作方式。當該位為0時，遇到中斷定時器會立即停止運行；當該位為1時，定時器將會正常運行，遇到中斷定時器會在遞減到0后停止運行。 第65頁，共92頁。根據(jù)以上講述，可以得到DSP中定時器的定時中斷周期為: T = CLKOUT(TDDR+1) (PRD+1)CLKOUT為時鐘周期第66頁，共92頁。要對定時器正確配置和操作，可以通過以下步驟來實現(xiàn)：1）首先將TCR寄存器中的TSS位置1來停止定時。2) 初始化定時器周期PRD。3） 重新

21、加載TCR寄存器(初始化定時器的預(yù)分頻器 TDDR,TSS=0;TRB=1),啟動定時器。4）將IFR寄存器中的TINT位置1,清楚尚未處理完的定時器中斷，5) 將IMR寄存器中的TINT位置1 ,開定時器中斷。6）將ST1寄存器中的INTM清零,全局中斷使能。第67頁，共92頁。asm( STM #0000h,CLKMD ); while(*CLKMD & 0 x01 ); asm( STM #40C7h,CLKMD ); /設(shè)置CPU運行頻率100M/* 40C7h:5*clkin =100M 30c7h:4*clkin =80M 20c7h:3*clkin =60M 10C7h:2*cl

22、kin =40M */ asm( stm #4240h, SWWSR ); /2 wait except for on-chip program 1 asm( stm #00a0h, PMST ); /MP/MC = 0, IPTR = 001,ovly=0 第68頁，共92頁。 asm( stm #0802h, BSCR ); asm( STM #0h,IMR ); asm( STM #0010h,TCR ); /關(guān)定時器 asm( STM #0186ah,PRD );/1ms asm( STM #0C2fh,TCR ); /TCR=最后四位 asm( STM #0008h,IFR ); a

23、sm( ORM #0008h,*(IMR) );/*開時間中斷*/ asm( ORM #0100h,*(IMR) );/*開INT3中斷*/ asm( SSBX XF ); asm( RSBX INTM ); /*開中斷*/ 第69頁，共92頁。vectors.asm中存放的是中斷入口地址，如果程序中涉及到中斷，就需要在vectors.asm中相應(yīng)的地址放置跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序便可。 第70頁，共92頁。*.cmd命令文件:(1)在命令文件中兩個十分有用的偽指令MEMORY和SECTIONS: 指定實際應(yīng)用中的存儲器結(jié)構(gòu)和進行地址的映射。(2)Memory: 用來指定目標存儲器

24、結(jié)構(gòu)，Memory下可以通過PAGE選項配置地址空間，鏈接器把每一頁都當作一個獨立的存儲空間。 通常情況下，PAGE0代表程序存儲器用來存放程序，PAGE1代表數(shù)據(jù)存儲器，用來存放數(shù)據(jù)。(3) 由編譯器生成的可重定位的代碼和數(shù)據(jù)塊叫做“SECTIONS”(段)，SECTIONS用來控制段的構(gòu)成與地址分配。對于不同的系統(tǒng)配置，“SECTION”的分配方式也不相同，鏈接器通過“SECTIONS”來控制地址的分配，所以“SECTIONS”的分配就成了配置.cmd文件的重要環(huán)節(jié)。第71頁，共92頁。72存儲器TMS320VC5402尋址空間第72頁，共92頁。存儲器:DARAM(雙尋址數(shù)據(jù)存儲器),

25、SARAM(單尋址數(shù)據(jù)存儲器),ROM(程序存儲器) 數(shù)據(jù)存儲器總是安排到數(shù)據(jù)存儲空間,但也可設(shè)置成 程序存儲空間; 程序存儲器總是安排到程序存儲空間,但也可設(shè)置成數(shù)據(jù)存儲空間; MP/MC=0,片內(nèi)ROM配置到程序空間; MP/MC=1,片內(nèi)ROM不配置到程序空間; OVLY =1,片內(nèi)RAM配置到程序和數(shù)據(jù)空間;OVLY =0,片內(nèi)RAM只配置到數(shù)據(jù)空間;第73頁，共92頁。以下是對“SECTIONS”的定義及分配的詳細介（1）.text包括所有的可執(zhí)行代碼和常數(shù)，必須放在程序頁； (2) .cinit包括初始化的變量和常量表,要求放在程序頁； .pinit它包括全局構(gòu)造器(C+),可放在

26、程序頁； (3) .const它包括字符串、聲明、以及被明確初始化過的全局和靜態(tài)變量，要求放在低地址的數(shù)據(jù)頁； (4) .switch它包括為轉(zhuǎn)換聲明設(shè)置的表格，可以放在程序頁也可以放在低地址的數(shù)據(jù)頁。第74頁，共92頁。 MEMORY PAGE 0: EPROG: origin = 0 x1400, len = 0 x7c00 VECT: origin = 0 xff80, len = 0 x80 PAGE 1: USERREGS: origin = 0 x60, len = 0 x1c BIOSREGS: origin = 0 x7c, len = 0 x4 IDATA: origin =

27、 0 x80, len = 0 x1380 EDATA: origin = 0 x1400, len = 0 x8000 EDATA1: origin = 0 x9400, len = 0 x4c00第75頁，共92頁。SECTIONS .vectors: VECT PAGE 0 .sysregs: BIOSREGS PAGE 1 .trcinit: EPROG PAGE 0 .gblinit: EPROG PAGE 0 frt: EPROG PAGE 0 .text: EPROG PAGE 0 .cinit: EPROG PAGE 0 .pinit: EPROG PAGE 0 .sysini

28、t: EPROG PAGE 0 .bss: IDATA PAGE 1 .far: IDATA PAGE 1 .const: IDATA PAGE 1 .switch: IDATA PAGE 1 .sysmem: IDATA PAGE 1 .stack: IDATA PAGE 1第76頁，共92頁。.bss它為全局變量和靜態(tài)變量保留空間。在程序開始運行時，C導(dǎo)入路徑把數(shù)據(jù)從.cinit節(jié)復(fù)制出去然后存在.bss節(jié)中，要求放在低地址的數(shù)據(jù)頁；.stack為C系統(tǒng)堆棧保留空間，這部分存儲器為用來將聲明傳給函數(shù)及為局部變量留出空間，要求放在低地址的數(shù)據(jù)頁； 第77頁，共92頁。.system動態(tài)存儲器

29、分配保留空間。這個空間用于malloc函數(shù)，如果不使用malloc函數(shù)，這個段的大小就是0，要求放在低地址的數(shù)據(jù)頁； 第78頁，共92頁。79JTAG口JTAG是Joint test Action Group的簡稱，又稱JTAG口，它是一符合IEEE Std 1149.1邊界掃描邏輯標準的標準接口。它主要用于在硬件上對DSP進行實時在線仿真測試和DSP程序的下載，它提供對所連接設(shè)備的邊界掃描，同時也可以用來測試引腳到引腳的連續(xù)性，以及進行DSP芯片的外圍器件的操作測試。 第79頁，共92頁。80JTAG口TCK：測試時鐘TDI： 測試數(shù)據(jù)輸入TDO：測試數(shù)據(jù)輸出TMS：測試方式選擇TRST：測試復(fù)位引腳EMU0：仿真中斷引腳0EMU1：仿真中斷引腳1 第80頁，共92頁。81J