《数字信号处理系统的设计与实践》09

DSP技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 湘潭大学信息工程学院 姚志强 2009.10.10 TMS320VC5402 DSK使用注意事项 1) 先用并口电缆将 TMS320VC5402DSK 与 PC 机相连，而后再将电源接上，打开 Code Composer Studio（简称 CCS）后有可能报 TMS320VC5402DSK 和 PC 机 未能连上的错误，可在 PC 机的 CMOS_BIOS 重新设置并行口的特性。 2) 将 TMS320VC5402DSK 上的 DIP Switches 的 5、6 置 ON，其它置 OFF。 3) 要在关闭 CCS 后及在断电的情况下插拔 USB 电缆线。 4) TMS320VC5402DSK 电路板上大多是 CMOS 集成电路，为防止静电击毁，在拿 出实验电缆后请立即将玻璃盖复原，任何时候都请不要用手及其它带电物体直 接和电路板接触。 实验报告的撰写 1) 每个实验都单独写实验报告。 2) 实验要求和目的； 3) 实验主要内容； 4) 看懂程序代码，并画出程序流程图； 5) 作出硬件描述（如果与DSK板硬件有关的）； 6）实验结果和心得。 实验注意事项 1) 实验项目所建工程文件统一放在F:TICCSmyprojects 下，其余盘在重启后会复 原。 2) 实验过程中，不要涉及中文路径(CCS不支持)，包括 CCS程序安装、实验源代码 名称、添加路径等。 3) 实验六 CODEC语音回放实验用到DSK板，需要自带耳麦。 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 3 页 共 21 页 实验一 CCS的安装与CCS操作界面的熟悉 一、实验目的 学会安装与设置Code Composer Studion。 熟悉CCS软件的操作界面。 二、实验设备 CCS安装光盘（本次安装程序在D:DSPccs2.0ForC5000）、装有Windows 98以上操 作系统的PC机 三、实验内容及步骤 1.CCS的安装 安装前需要卸载系统原来的C5000，进入控制面板进行卸载完毕后，再开始下面 的步骤。 （1）找到CCS的安装软件，点击安装程序setup.exe，双击启动安装。安装完成后 在 桌面上会有“CCS 2 C5000”和“SETUP CCS 2 C5000”两个快捷方式图标，分别对 应CCS应用程序和CCS配置程序。 （2）双击运行“SETUP CCS 2 C5000”配置程序，配置驱动程序。本次实验没有用 到实验箱，只需配置软件驱动程序。在弹出的“Import Configurantions”对话框 中选择“C5402 Simulator”,点击“Import”,最后点击“Save and Quit”按钮， 完成配置。 2.CCS操作界面的熟悉 （1）在桌面上双击“CCS 2 C5000”，弹出一个TI仿真器并行调试管理器窗口。 （2）在管理器窗口的“open”菜单下选择“C54xx Simulator”命令，将弹出一个 CCS运行主窗口(如果直接弹出CCS运行主窗口,此步可略)。 （3）对照教材开始的地方，逐一熟悉CCS中的12项菜单的功能，包括 File、Edit、View、Project、Debug、Profiler、Option、GEL、Tools等菜单(结 合实验二建立项目熟悉更好)。 （4）对照教材，逐一熟悉CCS的五种工具栏：Standard Toolbar、GEL Toolbar、Project Toolbar、Debug Toolbar、Edit Toolbar(结合实验二建立项目 熟悉更好)。 实验二、CCS 操作 一、实验目的 1. 掌握TMS320C5400系列汇编语言程序的基本格式， 2. 掌握程序编译、连接、运行和调试的基本过程 3. 熟悉Code Composer Studio的使用 二、实验设备 1. 集成开发环境Code Composer Studio（以下简称CCS ） 2. 实验代码ccs_basic.s54 、ccs_basic.cmd 和ccs_basic.gel 三、实验内容 结果及提示 1.基本操作: 1). 建立项目，并加入文件 a) 运行 CCS setup，选择 C54xx Simulator，选择 ProjectNew 菜单项，建 立一个新的项目 ccs_basic.pjt(注意建立路径)，并选择 Projectadd files to new project 菜单项，加入文件 ccs_basic.s54 和 ccs_basic.cmd； b) 在工程视图中选中 GEL files 文件夹，单击鼠标右键，在弹出的菜单中 选择 Load GEL 选项，载入 ccs_basic.gel； 2). 编译和连接 a) 编译：选择 ProjectBuild Option，在 Compile 表单的 Category 列表中， 选择 Basic 选项，并设置 Generate debug info 为 full symbolic debug 选项， 选择 Files 选项，并在设置 Asm File Ext 中写入 “s54”为汇编语言扩展 名； 如图 2-1 2-2 所示； b) 连接：选择 ProjectBuild Option，在 linker 表单中的 Autoinit mode 选 项中选择 no autointialization 模式，Output Filename 中输入.debug ccs_basic.out，Code Entry Point 中输入 main，Map Filename 中输入 ccs_basic.map，然后保存选项设置，如图 2-3 所示类似。 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 5 页 共 21 页 图2-1 编译选项的选择 图2-2 自定义文件扩展名 图2-3 连接选项的选择 c) 选择 ProjectBuild 构建整个项目，产生可执行文件 ccs_basic.out； d) 选择 File-Load Program，装载可执行文件 ccs_basic.out。 2.练习 1) 观察存储器映象文件 ccs_basic.Map，理解存储器的配置情况； 2) 观察和修改存储器单元的内容 1). 观察存储器映象 Map 文件 选择 FileOpen 打开 ccs_basic.Map 文件，可观察 a) 存储器的配置情况：页面 0 为程序空间，页面 1 为数据空间； b) 程序文本段：起始地址 0x1000，存储区长度为 0x0021； c) 数据段：其中需初始化数据段.data 起始地址 0x2005，存储区长度为 4； d) 不需初始化数据段.bss 起始地址 0x2000，存储区长度为 5； e) 堆栈段：起始地址 0x0100，存储区长度为 0x0400； f) 向量段：起始地址 0x0080，存储区长度为 0x0080； g) 全局符号在存储器中的位置：共 14 个符号，如符号.bss 在存储器中的 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 7 页 共 21 页 位置为 0x2000。 将上述信息与 cmd 文件中的设置比较，理解 cmd 文件和连接器的关系。 2). 输出文件ccs_basic.out的运行和调试 a) 运行程序：将可执行文件装载到 simulator 中，选择 DebugRun 或按 F5 键运行程序，按 shift F5 键可中止程序的运行；选择 DebugStep into 或按 F8 键可实现程序的单步执行。 b) 设置断点：把光标移到某一行，按 F9 键，这一行将会以红色高亮显示， 表示在该行加了一个断点. 3). 观察和修改存储器单元的内容 a) 点击 CCS 操作界面左侧调试工具栏图标，出现寄存器窗口，在该窗口 查看存储器的地址 b) 选择 Viewmemory 或点击 CCS 操作界面左侧调试工具栏图标，在弹 出的菜单中输入存储器地址，可观察存储器的内容。如存储器地址为 0x2005 中内容为 0x000A。 c) 修改源汇编程序中数据段内容，可查看存储器单元内容的变化。在数据 表格复制到数组 a后，如果把 a0的值由 10 改为 1（修改文件时注意 去掉其只读属性，后面类似） ，那么求和的结果将变为 0x001A。 实验三、CMD文件和Gel文件的编写 一、实验目的 1. 掌握Gel文件的编写， 2. 熟悉Code Composer Studio的使用 二、实验设备 1. 集成开发环境CCS 2. 实验代码ccs_gel.s54、 ccs_gel.cmd和ccs_gel.gel 三、实验内容 1. 建立项目并添加相应文件,连接编译（步骤同实验二一样） ，双击打开 CMD 文件，对照教材理解 CMD 文件的编写结构，改变其中的内容，重新编译，并 比对前后两次编译得到的 Map 文件的异同。 2.了解 GEL 文件的功能。Gel 文件不是 DSP 开发必须的文件，而是给 CCS 使 用的文件，它帮助设置 CCS 的仿真环境，而且可以完成一些常用的调试操作， 如硬件设置等。Gel 文件的编写是采用类似 C 语言的编程语言，观察当前的 Gel 文件的编写。 3. 使用者如果希望修改其功能，可以直接编写 gel 文件，并重新装载。 Menuitem 是一级子菜单，hotmenu 是二级子菜单，其中的处理可以直接填写 或调用其他的函数。修改 Gel 文件，添加 menuitem 和 hotmenu。 menuitem “C54x Experiment“; hotmenu C5402_Textout() GEL_TextOut(“Hello,GEL is a solid tool !n”); hotmenu C5402_DSK_Test() /*下面的功能需要用到 DSK 板,可暂不添加*/ *(int *)0x0io = 0xff07; /* turn on LED */ 测试其功能。 4. 查询 help 了解 Gel 的函数功能。 四、实验结果和提示 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 9 页 共 21 页 1. 当设备被选用后，与其关联的 gel 文件将被使用，其中的 StartUp 函数将被 调用。可修改其中的内容，如 PMST 寄存器的数值，并测试。 2. 如果当前 CCS 中装载了 gel 文件，那么就会出现相应的菜单项，如图 3-1 所 示。 图3-1 GEL菜单 3. 添加代码后，重新装载 Gel 文件将出现新的子菜单，如图 3-2 所示，并测 试新菜单的功能。 图3-2 新的子菜单 实验四、正弦信号发生器 一、实验目的 1. 掌握利用 DSP 产生正弦信号的原理 2. 熟悉子程序调用的程序结构以及堆栈的使用 3. 掌握 CCS 的图形输出操作 二、实验设备 1. 集成开发环境 Code Composer Studio（简称 CCS） 2. 实验代码 Sin.s54、Lab.cmd 和 Lab.gel 三、实验内容 1. 阅读理解多项式逼近正弦的文档 2. 阅读和理解 Sin.s54 3. 调试正弦波发生器 4. 加入断点，并选取图形观测，利用动画及时更新 5. 试利用迭代的方法来实现正弦信号发生器 四、实验结果和提示 1. 2345sin()= 3.140625 +.637 -5.196 +0.578 +1.0293xxxxxx 为第一象限内的弧度值。因为 sin()si(,n)si()， 所以只需将第二，三，四象限内的弧度值转换到第一象限即 可计算出相应的正弦函数值。由于有限精度，规定弧度值从 ，其中 =0x7FFF， /2=0x4000， =0x8000。利用级 数展开产生正弦波，必须在调用计算子程序之前备份好累加 器 A 中的当前弧度值，以便计算结束后实现 x增量。正弦波 的频率可以通过增幅的大小来进行控制，如果假定程序循环 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 11 页 共 21 页 一次为一个时间单位，则正弦波的周期为 65536/步长，频 率为周期倒数。 x自动增长时要注意当 x超过 后必须调整 到 的范围内才能调用计算子程序，即若 ,2x则 。 2. 需要使用临时数据时，必须用 frame 语句留出所需的空间， 使用结束后要将堆栈指针还原以防止堆栈内存泄漏。要注意 的是 frame 的下一条指令不能使用直接寻址。 3. 注意事项：利用累加器写乘法寄存器 T（stlm）之后的下一 条指令不能使用 T；条件转移指令 xc 在指令访问阶段判断 条件，该条件必须在先于 xc 指令的 2 个指令之前产生；条 件转移指令 bc 是在指令执行阶段判断条件，不存在这方面 的问题。具体细节请参见数字信号处理系统的应用和设计 3.6 节和 4.5 节。 4. 图形观测时选择菜单 View-Graph-Time/Frequency，然后 设置如下图： 确定并设置好断点后(断点位置要设置对，几个地方都可以， 可多尝试几次)使用 Debug-Animate 就可以观察到动画输出的 结果如图： 从图中可以观察到正弦波的周期。改变 x的增量步长观察不同频率 的正弦波输出有何不同。start address 中分别用 sin_out、*AR6、0x2000 等测试,观察正弦波的不同，记录图形数 据并比较。 5. (1)(1)2(1)()sinTsinTsinTcos DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 13 页 共 21 页 得到正弦信号迭代公式：()2()(1)(2)sinTcosTinTsinT 因为 为常数，所以 2cos为常数，则利用此公式迭代计算每次 只需一次乘法和一次加法。 6. 尝试不用断点，而用探针 Probe Point 的方式显示图形。 实验五 混合编程 一、实验目的 1. 学习使用实时运行库； 2. 熟悉用 C 和汇编混合编程的方法； 3. 掌握混合编程的调试方法。 二、实验环境 1. 集成开发环境 Code Composer Studio 2.0（简称 CCS） 2. 实验程序 mix.c，mix.h(由程序自动加载，可不加，后同 )， mix.cmd，addfun.s54，rts.lib，c5402.gel(要有，有 C 的混合编程要用 gel 初始设 置。选芯片时设置已自带，可不添加；如无则加) 三、实验步骤 1. 改设置:Build option 子菜单 linker 中 Basic 项 Autoinit Model 改为 load-time Initialization 或 Run-time Initialization(不同的设置，SP 初始值将不同。No Initialization 也可以，但效果不如前两个好)。 2. 为效果更明显，屏蔽前两条 printf( )语句(可与第三条对比,编译将出现警告， 可忽略)，编译项目文件得到.out 程序。另外在装载程序前，在 Edit- Memory-Fill 中，对 Data Memory 从 0x0000 到 0xFFFF 用全 0x1111 或 0x2222 等填充(注意:填充后必须对 Gel 文件重新 Load 一次)。然后装载程序, 了解在混合编程环境下变量、函数的定义方法以及项目文件的编译方法。 3. 从主程序 main 开始用 step over 方式调试程序，观察程序的执行过程，在 View Memory 中用初始 SP 值(Go main 后的值) 作为开始察看地址。尤其是 在 C 程序中调用汇编子函数以及返回的过程，注意当前 SP 和 PC 的变化。 4. 看懂代码，比较结果，并画出程序流程图； 四、实验结果分析 1. 实时运行库 实时运行库提供了标准 C 中的大部分函数，帮助建立 C 语言的环境，同时 也提供一些基本的调试手段，如 printf( )等。 2. 程序接口 参数传递是混合编程中非常重要的一部分：第一个参数放置在寄存器 A 中， 其他参数按照逆序压入堆栈；返回的数据放置在寄存器 A 中。 3. 局部数据 局部数据是在堆栈中开设的，程序返回前消除。 4. 关于堆栈保护 在子程序 addfun 中，由于需要改变 ST1 中的数值，所以在子程序入口处先 用语句 pshm ST1 ; ST1 的值在堆栈中保护起来 在子程序返回前，再用语句 popm AR1 ;恢复 ST1 原来的值。 注 ：例程见目录 71_mix. mix.cmd 中段设置说明: DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 15 页 共 21 页 1. The .cinit section contains tables for initializing variables and constants. 2. The .const section contains string constants and data defined with the C/C+ qualifier const (provided the constant is not also defined as volatile). 3. The .text section contains all the executable code as well as string literals and compiler-generated constants. 4. The .bss section reserves space for global and static variables. When you specify the -c linker option, at program startup, the C/C+ boot routine copies data out of the .cinit section (which can be in ROM) and stores it in the .bss section. 5. The .data section is normally used to contain tables of data or preinitialized variables. 实验六、 CODEC（模数/ 数模转换） 一、实验目的 1. 熟悉 DSK 板的结构和设置（DSK 板注意事项在第 2 页） ； 2、掌握利用 CODEC 进行 AD/DA 转换； 3. 熟悉 McBSP, DMA 的使用； 4. 掌握 C 和汇编混合编程封装具体实现。 二、实验设备 1集成开发环境 CCS 25402DSK 实验板 3. 实验代码： a). 混合编程：codec_c.h(.h .h54 均由程序自动加载，可不加，后同 ), dsp_cnst.h54, codec.s54, codec_c.c, rts.lib 和 codec_c.cmd，c5402_dsk.gel（同上用来做 gel 初始设置, c5402_dsk.gel 与 c5402.gel 稍有区别，注意比较其中的异同） 。 b). 汇编( 时间多的同学做 )：codec_cnst.h54, dsp_cnst.h54, macro.h54, codec_init.s54, dsp_init.s54, main.s54 和 codec.cmd 三、实验内容及步骤 1.阅读理解 McBSP, CODEC 和 DMA 的相关文档 2.阅读和理解相关实验代码 3.本实验由于用到 DSK 板，环境设置与前不同，要特别注意。打开 CCS 前，用并口电缆将 TMS320VC5402DSK 与 PC 机相连，出现发现硬 件提示，安装驱动（驱动程序在 D:DSPdriver5000。一般会要求装 3 次，2 次装 USB，driver5000USBDevice 目录，如无则可跳过。1 次装 driver， driver5000 中 setup.exe，注意 driver 驱动的安装路径要求 与 CCS 的安装路径一致，故要先找出 CCS 的安装目录） 。 4.接通 DSK 板电源，配置工作环境: 双击 打开 Code Composer （Studio）配 置程序，如图： 点击“Clear”按钮，清除原有配置。然后， 在列表框“Available Configurations”中加亮“ICETEK-5100 USB Emulator”选项。 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 17 页 共 21 页 如图中圆圈所示： ,点击对话框中的 “Import”按钮，然后点击“Save and Quit”按钮,退出并确认同时打开 CCS 主程序。 5.建立项目，添加代码，编译并连接，各事项如下： 混合编程中改设置:Build option 子菜单 linker 中 Basic 项 Autoinit Model 改 为 load-time Initialization 或 Run-time Initialization。用 No Initialization 编译不过，有 1 Errors, 1 Warnings。为： error: symbol referencing errors undefined first referenced symbol in file pinit D:Program FilesTImyprojectslab5651_codecCrts.lib cinit D:Program FilesTImyprojectslab5651_codecCrts.lib warning: “codec_c.c“, line 63: warning: statement is unreachable 修改后只有 1 Warnings，同上，但是可以做出来。 6.Build 得到.out 程序，然后加载程序并调试， 7.输入声音信号或自己的语音并听取 DA 端输出。 四、实验结果和提示 1. DSK 实验板上有两块 CODEC 芯片，一块与 DAA 口相联，另一块与音频 模块相联。5402 有两个 McBSP 口，在 DSK 板上的缺省设置为 McBSP0 的信号源为 DAA，McBSP1 的信号源为音频模块。如果想更 改缺省设置必须写相应的 CPLD 寄存器，具体情况请参考数字信号处 理器开发实践4.2.3 节。本实验中使用了音频模块作为输入输出端口， 因此实验中使用的是相应的 CODEC 及 McBSP1 口。 2. 使用 CODEC 必须设置相应的控制寄存器，实验使用的 TLC320AD50C 共有 7 个寄存器，其中 4 个为控制寄存器，要写这些控制寄存器必须将 CODEC 切换到第二串行通信方式，切换方式有两种：硬件方式和软件 方式。本实验采用了硬件方式，这样必须将 FC 在 FS 的上跳沿前拉高， 然后 CODEC 会在 128 个 SCLK 后切换到第二串行通信，然后就可以向 CODEC 发送控制字。具体可参阅数字信号处理器开发实践 5.1.2 及 5.1.3 节。 3. 要设置 CODEC 必须通过 McBSP1 口发送数据，为使 McBSP1 口正常工 作要设置相应的控制寄存器，McBSP1 的 15 个控制寄存器采用同址访 问的方式进行访问，将要访问的寄存器的子地址写入子地址寄存器 SPSA1 后再访问同一个数据寄存器即可。具体控制寄存器的设置请参 阅数字信号处理系统的应用和设计5.4.2 节。要注意的是由于板上 McBSP1 口与 CODEC 相联时 FS, CLK 信号均由 CODEC 驱动，所以相 应的管脚必须设置为输入脚并置好对应的标志位，可以参考实验代码中 的寄存器参数注释。 4. 音频信号经 CODEC 采集后通过 McBSP 再由 DMA 通道送往数据区缓冲 区，这样可以在不影响 CPU 的情况下完成数据的传输。5402 的 DMA 共有 6 个通道，每个通道有 5 个独立的控制寄存器，此外还共享 10 个 全局寄存器。由于全局寄存器中有四个重载寄存器，可以对 1 个通道实 现自动初始化，这样可以很方便的对输入（或输出）信号进行连续传输。 由于输入输出必须占用两个 DMA 通道，这样就必须对另一个通道手动 重载，这些在中断中完成。由于 5402 中断资源有限，DMA 中断是与其 他外设中断复用的，这个通过 DMPREC 寄存器中的中断复用位进行设 置。对以上这 40 个寄存器的访问也采用与 McBSP 相同的同址访问方 式。具体设置请参阅数字信号处理系统的应用和设计5.5.2 节和实 验代码中的寄存器参数注释。 5. 要实现数据连续的数据采集和发送必须在数据缓冲区开辟两块区域交替 使用，为了辨别使用哪块区域要设置一个相应标志位，这就是常用的乒 乓法。在 DMA 中断处理程序中要根据此标志位更新缓冲区地址。 6. 数据输入的 DMA 通道中断后必须对输入数据进行处理，然后送入输出 缓冲区，这就要在中断中设置一个中断标志位，然后在主程序中查询此 标志位判断是否要进行数据处理。本实验中没有对数据进行任何处理直 接送入输出缓冲区，但是可以很方便地加入各种信号处理代码。 7. 将汇编程序分模块封装成 C 函数后可以使整个流程简洁明了，一目了然。 同时留下的接口可以让用户很方便地对 CODEC 进行设置并加入自己想 要采用的信号处理代码。在混合编程中要注意的是函数名和变量在 C 和汇编中的命名规则；C 语言接口的汇编函数可以自由使用的寄存器和 使用前必须先保存的寄存器；C 语言中的状态标志位缺省值以及 C 语言 和汇编的相互调用通过堆栈来进行参数和返回值的传递，同时通过堆栈 可以方便的实现局部数据的使用。具体情况可以参阅数字信号处理系 DSP 技术与应用-基于 TMS320C54X 实验指导书 YAO-CIE-XTU 第 19 页 共 21 页 统的应用和设计7.1 节。 实验七、UART 串口通信实验 一、实验目的 1. 了解 RS232 通信接口的基本原理； 2. 熟悉通信接口芯片（TL16C550C）在 DSP I/O 空间寄存器的地址映射及 工作原理； 3了解异步通信中串口模式选择、设置数据传输格式、设置波特率、建立 连接、传输数据和断开连接等功能。 二、实验设备 1. 集成开发环境 CCS 2. 实验开发板 TMS320VC5402DSK、RS232 接口电缆线及附件 3程序“串口调试程序 v2.2.exe” 三、实验内容 1 在汇编环境调试 Uart： a. 实验代码 main.s54、uartasm.cmd 和 uart_init.s54、dsp_init.s54 以及 uartasm.h54 b. 串口调试程序“ 串口调试程序 v2.2.exe” c. 程序文件介绍： 1） “uart.h54”定义了一些一些寄存器的地址以及函数类型。 2） “dsp_init.s54”与 dsp 工作有关的寄存器 ST1、PMST、IMR、IFR 和 SWWSR，并且清除 INTM 位以及设定时钟模式。 3） “uart_init.s54” 先检测 UART 模块是否工作正常，然后设定 UART 模块的寄存器，如 CNTL1、CNTL2、LCR、MSB&LSB （设定波 特率） 、FCR、IER 等。 4） “main.s54”主程序查看标志位，检测是否 UART 存在有效接收数据。 若有，则执行一定的处理，包括亮 LED 以及将接收的数据从 UART 回发。 d. 执行程序时，只要发送数据时，可在串口调试程序的接收窗口立即看到 回发的数据。 e.