提高DSP代码运行性能的研究_百度文库

1、  1 引言     随着微控制器技术的发展，以TI公司TMS320C2000系列为代表的DCS型数字信号处理器DSP应用广泛。该类型DSP内部 集成Flash存储器，可将二进制代码同化到其内部的Flash存储器直接运行。这种运行方式在传统嵌入式应用设计中很有效，但在一些算法比较复杂、系统 响应要求快速、通讯任务比较繁重的嵌入式应用中，这种运行方式会导致控制系统响应迟缓、通讯异常、IO操作缓慢等问题。针对这些情况，提出一种新的解决 方案，来提高DSP代码运行性能。       

2、;  2 问题分析及设计方案     由于应用程序在Flash中运行速度远低于在RAM中，因此在复杂嵌入式应用中会出现控制系统响应迟缓、通讯异常、I/O操作缓慢 等问题。为了避免这些问题，只能让程序在RAM中运行。TI公司的TMS320C2000系列DSP有2种工作模式：微处理器模式和微控制器模式。当 DSP处于微控制器模式时，在RAM中程序运行速度达到峰值，但掉电后程序丢失，系统无法重新自动运行，因此这种程序运行方式仅适用于仿真调试阶段。因 此，DSP必须工作在微处理器模式下，使用片内Flash作为运行程序的存储和运行介质，才能保证

3、系统上电后自动运行。但其程序运行效率低。因此必须把这 2种工作模式相结合：首先将应用程序固化到片内Flash存储器，当系统上电后由专门设计的装载器(Bootloader负责将应用程序南Flash搬 移到RAM，然后Bootloader将DSP控制权交给应用程序，从而实现DSP运行速度最高和上电后应用程序自动运行，解决了因程序在不同介质的不同 效率所导致的系统响应迟缓、通讯异常、IO操作缓慢等问题。     以TMS320LF2407DSP为例进行说明：该DSP具有独立的数据存储空间和数据总线，以及程序存储空间和程序总线。只 有程序空间的程序才能被DSP视

4、为是可执行程序，数据空间上的程序将被DSP视为操作数据，因此将应用程序直接从片内Flash拷贝到数据空间的RAM后 应用程序是不能运行的。若使拷贝后的应用程序能够被DSP视为可执行程序还必须做一些辅助工作。     通过对TMS320LF2407的存储映射结构分析可发现：程序空间和数据空间的扩展区域有部分地址可配置成相同存储介质(Flash或者RAM，通过某种办法可以实现共享，也就是说DSP可以将从Flash中拷贝到共享RAM的应用程序视为可执行代码。     3 设计方案实施    

5、 31 TMS320LF2407存储空间配置及CMD文件编写     为实现程序空间与数据空间共享RAM的存储器配置方案，首先要熟悉C语言7个存储段对存储介质的要求，其具体要求如表1所示。 从表1可以看出：“bss”、“sysmem”、“stack”段的存储介质必须是RAM，且使用数据空间地址；而“text”、 “swtich”、“cinit”段的存储介质可以是RAM或ROM，但必须使用程序空间地址。“text”是用来存放应用程序的可执行代码的专用 段，它既可运行在RAM中，也可在Flash中，该段的运行介质决定应用程序是否能够达到最大性能。根

6、据DSP命令链接文件(CMD文件对汇编段的管理 方式可知，“text”可配置成装载与运行分离的工作模式。这种模式可以使应用程序存储在Flash中，运行在RAM中从而实现DSP上电后全速运行。  其次由于存储空间使用装载与运行分离的配置模式，因此必须重新设计链接文件(CMD文件。在设计新的CMD文件之前，首先介绍常用的分离配置 链接命令指示器：“label”定义一个可重定位代码段标签，该标签表明代码段内部地址都是相对的，在链接时重新定义该段分配的首地址。相应的段地址为 “首地址+段内偏移地址”。利用该汇编指示器可提供代码装载地址。“global”汇编指示器定义全局符号，该符号

7、表示全局地址，链接器利用该汇编指示 器定义的运行时全局地址，为程序提供在RAM中运行时的人口地址。“”汇编指示器表示当前代码的运行地址，它用来帮助计算运行代码的长度。在CMD文件 中定义可执行代码的运行时首地址标签_fun_run和代码长度标签_fun_len；在存储空间配置时定义COPYCODE段用来装载应用程序的可执行 代码：在存储空间配置时定义DATA0段做为应用程序可执行代码段的运行介质。     具体存储空间配置及CMD文件编写代码如下：         32 Bo

8、otloader装载器软件及硬件设计     设计Bootloader装载器时应注意两点：首先关闭看门狗，否则可能因为搬移时间过长导致DSP被不断复位，系统无法正常工 作；必须定义Bootloader装载器的入口标签_c_int0和出口标签wfc_int0，实现Bootloader装载完成搬移工作后顺利进入用户 应用程序。     考虑到DSP上电工作顺序：从系统复位指令处跳转至运行时支持代码；创建C语言运行环境；用户程序入口main(；完成用户 初始化及应用代码。因此负责从Flash将应用程序代码拷贝到RAM的B

9、ootloader装载器必须在恰当的时间工作，否则应用程序不能上电自动运行。 由DSP上电工作顺序可以发现，系统上电复位时的复位地址是，固定的但跳转指令所指的地址是由用户指定的，也就是说，可以让该复位跳转指令指向所设计的 Bootloader装载器的首地址完成代码搬移工作(其工作原理见图1，然后Bootloader装载器将DSP的控制权交给运行支持库，完成C语言 环境建立并进入用户程序入口main(开始用户程序。为此必须对运行支持库做如下修改：     从运行支持库rtsrc源文件中提取bootasm将bootasm的入口地址_c_int0修改为wfc_

10、int0 地址，重新编译bootasm生成bootobj文件，把bootobj归档到C语言运行支持库rts2xx1ib。将修改后的运行支持库添加 到工程中，实现Boot-loader装载器先于运行支持库代码执行。     提高DSP代码运行性能的研究    Bootloader装载器利用装载地址、运行地址以及链接器提供的代码长度等信息，使用读表指令“TBLR”将代码从程序空间拷贝到数据 空间，然后跳转到运行支持库入口地址开始执行程序。DSP的这种搬移指令特点仅适合将数据表从程序空间拷贝到数据空间，要实现全部设计功能

11、必须配合相应的 硬件设计，由TMS320LF2407DSP的存储器映射结构可以看出程序空间与数据空间是物理分离的，即有3个独立的空间片选信号PS、DS、CS。为 实现RAM共享，首先必须将PS和DS信号进行“与“操作，然后将其输出信号作为共享RAM的片选信号，实现程序空间与数据空间的统一编址。根据 TMS320LF2407DSP的存储器映射结构，具体的存储空间配置如下：0x00000x7FFF片上RAM、外设寄存器和保留的地址区，该区域必 须作为数据地址使用；利用图2所示的硬件结构实现0x80000xFFFF区域程序空间和数据空间共享RAM。共享RAM配置如下：数据区 0x80000xBFFF

12、；程序区0xC0000xFFFF。       这里的硬件结构配合Bootloader装载器和特别设计的CMD文件实现了DSP运行速度最大和上电后代码自动运行，解决了在复杂应用情况下控制系统响应迟缓、通讯异常等问题。     具体Bootloader装载器设计代码如下：      4 测试结果     该方案在某型防空武器火力控制分系统的实践中表现良好。通过提高DSP程序运行效率成功解决了因控制系统实时多任务所导致的通讯异 常问题，避免了不必要的硬件升级。经实验对比发现：当系统有5个毫秒级实时任务同时工作时，采用Flash运行方式的TTCAN通讯接口每毫秒最多可发送 2帧数据，而采用