数字信号处理小试验

本文格式为Word版，下载可任意编辑——数字信号处理小试验

XX电子科技大学

DSP技术及应用试验小作业

学院电子工程学院专业电路与系统学号1202320902学生姓名王艳涛授课老师郭万有

试验一——VISUALDSP++的使用入门试验一的目的

试验一的主要目的是熟悉VISUALDSP++的开发环境。针对ADSP－TS201，利用几个用C、C++和汇编语言写成的简单例子来描述VISUALDSP＋十编程环境和调试器（debugger）的主要特征和功能。对于运行在其它类型TS20x处理器的程序只需对其链接描述文件（．LDF）做一些修改，就可用于其它芯片或者ADSP－TS201的硬件仿真。在目录?＼TS＼ldf下有每种处理器类型的链接描述文件，可供参考。

试验一包括4个基本练习：

练习一：启动VisualDSP++4.0，建立一个用C源代码的工程（Project），同时用调试器来评估用C语言所编写代码的性能；

练习二：创立一个新的工程，修改源码来调用一个汇编（asm）程序，重新编译工程，用调试器来评估用汇编语言所写程序的性能；

练习三：利用调试器的绘图（plot）功能来图形显示一个FIR算法中的有关数据的波形；

练习四：利用调试器的性能统计功能（Statisticalprofile）来检查练习三中FIR算法的效率。利用所收集到的性能统计数据就能看出算法中最耗时的地方。

试验1——运行C程序

在练习一中，将创立和运行一个C程序，源文件在…\\TS201讲义\\参考试验程序\\Tutorial\\dot_product_c子目录。1.试验步骤

l)进入VisualDSP＋十并开启一个工程（Project）

进入VisualDSP＋＋，显示VisualDSP++的集成开发和调试环境窗口（IntegratedDevelopmentandDebuggerEnvironment，简称IDDE）。

选择菜单File中Open开启文件…unit_1\\dot_product_c\\dotprodc．dpj。

VisualDSP++环境将装载dotprodc工程，并列出相应的源文件。在输出窗口（OutputWindow）中显示简要信息。

Dotprodc工程中有3个文件，定义数组和计算数组点积和的两个C语言源文件

dotprod_main.ｃ(主程序)、dotprod.c（子程序）。2)编译dotprodc工程

在菜单Project中选择BuildProject来对工程进行编译。此时，输出窗口显示程序编译时的各种状态信息（包括出错和编译进程信息）。当编译检测到错误时，将在输出窗口出现相应的出错信息，用鼠标双击它，编译器将自行开启源文件。这时可对源文件编辑、修改错误，再次进行编译。当编译不再有错时，输出窗口将显示“Buildcompletedsuccessfully〞。

在本例子中，编译器会检测到一个未定义的错误，显示为：

“．＼dotprod_main.c〞，line115：error＃20：identifier“itn〞isundefineditni；在输出窗口中对该行文字用鼠标双击，环境会自动开启dotprod_main.c文件，并将光标定位在出错行。你可以看见单词“int〞被错写成“itn〞。

将该错误改正后，保存并重新编译。假使再没有错误出现，这时工程已被成功编译，就可以用VisualDSP++的debugger来调试程序。

VisualDSP++开发环境的编辑窗口和输出窗口以及所显示的程序编译时的各种状态信息如图7.1所示：

图7.1VisualDSP++开发环境的编辑窗口和输出窗口图7.2NeWSession对话框

3)运行VsualDSP++调试器

在编译完成后，环境将自动进入调试状态，对于初次进入debugger，将显示对象选择对话框，在其中指定对象和处理器信息。

域

DebugTargetPlatformSessionNameProcessor

选择值

ADSP-TS20xFamilySimulator

ADSP-TS201Rev.0.0SingleProcessorSimulator

ADSP-TS201ADSP-TS201Rev.0.0SingleProcessorSimulatorADSP-TS201

若在调试过程中需定义不同的对象和处理器类型，选取菜单Sessions中NeWSession项来重新定义。NeWSession对话框图7.2所示：

用VisualDSP＋十调试时，调试器会自动调入工程的可执行文件dotprodc．dxe。在默认状况下，调试器会开启三个窗口：输出窗口（下）、反汇编窗口（右）、包括工程主文件dotprod_main.c的源代码窗口（左）。如图7.3所示，左窗的每一条C语句都对应右窗中的多条汇编指令：

图7.3调试器的输出窗口、反汇编窗口和源代码窗口

在图7.3中，箭头所指为当前执行指令，红圆圈代表设定的断点位置。当调试器加载C程序时，会自动设置两个断点，分别在代码执行的开头和结尾。

测览程序中的断点可选择菜单Settings下的BreakPoints?，可在此对话框中增加或删除断点。另外也可通过在每条代码行的开头处双击鼠标或快捷键F9来设置或取消断点。

4)运行dotprod.c

从Debug菜单中选择Run项，程序将被执行，其输出结果在Outputwindow中显

示。如图7.4所示：

图7.4dotprod.c输出结果

5)评估函数a_doc_c的性能（profile）

Profile用来分析程序的运行时间特性，通过Profile可以找到最耗时的程序段，这

可能就是需要进一步优化性能的程序段。

通过下述步骤来设置Profile功能并显示其结果：

(1)选Tools\\LinearProfiling\\NewProfile命令，如图7.5所示：

图7.5设置Profile功能的菜单

(2)出现一个Profile的子窗口，在该窗口上点击右键弹出如图7.6(1)的快捷菜单，

如图7.6(1)所示：

图7.6Profile右键快捷菜单图7.6(2)设置进行评估的起始地址和终止地址

(3)点击菜单中的Properties….,选中其次个选项卡“filter〞然后设置开始地址和结

束地址；如图7.6(2)所示。

VisualDSP++允许在整个程序空间中进行评估，当然也可以设置若干个Memoryranges（汇编程序评估选项）或若干个C子程序的函数体进行评估，即可以重复指定多个ProfileRange。在本例中要求对三个子函数a_dot_b()、a_dot_c()、a_dot_d()的运行效率作出评估，应在“Filter〞选项卡中选择C/C++function，如图7.6(2)所示：

（4）重新编译加载程序，按F5继续运行程序，程序完全执行后，将在Console窗口显示结果，并在Profile窗口中显示程序运行过程中的各种数据。点击右键菜单中ViewSampleCount，显示如图7.7（1）所示：

7.7Profile窗口（1）

将ProjectOptions中的编译器设置将代码优化功能选中，重新编译和链接程序后，

对程序中的三个子函数的运行性能重新进行评估，如图7.7（2）所示，对比优化前和优化后的区别，说明其原因。

图7.7Profile窗口（2）

2.试验要求

记录profile窗口中函数a_dot_c()的评估结果，分析程序的执行时间。

试验2——运行C和汇编混合程序

在练习一中的例子是C主程序调用C子程序。在练习二中，要学会如何创立新工程，在此基础上我们将修改这个C主程序，让其调用一个汇编子程序，重新编译工程并评估汇编程序的性能。1．试验步骤

l）创立一个新的工程(project)

从Project菜单中选取New项，在弹出的工程保存对话框中，将工程名定义为dot_product_asm，并保存在…unit_1\\dot_product_asm目录下。

接着在弹出的工程选项对话框中定义其各项参数值，其各项参数值可如下表所示：

选项ProcessorTypeNameSettingsfor

设定值ADSP-TS201DSPexecutablefiledot_product_asmDebug

这些参数都是针对ADSP-TS201处理器而设置的，VisualDSP++的Project选项卡如图7.8所示：

图7.8VisualDSP++的Project选项卡图7.9VisualDSP++的Compile选项卡

在ProjectOptions对话框中，选中“Enableoptimization〞和“Generatedebuginformation〞两项，系统将自动生成针对ADSP-TS201的优化代码，如图7.9所示：2)向dot_product工程中添加文件

选取菜单Project\\AddtoProject\\file(s)?项，按住Ctrl键来同时选中dotprod_main．c，dotprod．c，dotprod_func．asm文件，点击“Add〞将这几个文件加到工程中。结果如图7.10所示：

图7.10添加文件对话窗

3)创立链接描述文件

在此步骤中，我们将给该工程创立一个连接描述文件。连接描述文件创立步骤如下：

1，在Tool菜单中，点击ExpertLinker中的CreatLDF,就会出现如下图7.11所示的窗口。

图7.11图7.12

2．选择“Projecttype〞〞为C型，点击“下一步“，如图7.12

3．选择“Systemtype〞为“Singleprocess〞，下一步，窗口如图7.13。

图7.13图7.14

4．在如下图7.14的窗口中，点击完成，就会出现该工程的链接描述文件图。至此，该工程的链接描述文件就创立成功。4)修改工程源文件

在此步骤中，我们将修改dotprod_main.c文件，让其调用一个汇编子程序a_dot_c_asm来取代a_doc。

开启dotprod_main.c文件，在源代码中找到以下相应的四条语句：

externinta_dot_c(int*,int*);/*externinta_dot_c_asm(int*,int*);*/……………

result[1]=a_dot_c(a,c);

/*result[1]=a_dot_c_asm(a,c);*/将这四条语句修改为：

/*externinta_dot_c(int*,int*);*/externinta_dot_c_asm(int*,int*);…

/*result[1]=a_dot_c(a,c);*/result[1]=a_dot_c_asm(a,c);

这样主程序将调用a_dor_c_asm汇编程序来取代练习一中的a_dot_c子程序。5)修改链接描述文件

当工程源文件修改该完毕后，编译在工程，输出窗口如下图7.15所

图7.15

开启链接描述文件，如下图7.16：

图7.16

将左边方框中的带有红叉的“dotprod_func.doj〞拖动到右边方框M0Code内存中（可通过右上角的放大器放大查看），红叉消失，这时我们就对链接描述文件进行了修改。6)编译和运行dot_product

先选取菜单Project\\BuildProject项来编译工程；再选取菜单Debug\\Run项来运行程序。

在输出窗口（OutputWindows)中就会得到运行结果：

Dotproduct[0]=13273595Dotproduct[1]=-49956078Dotproduct[2]=35872518

7)评估a_dot_asm的效率

要评估汇编代码的效率，要在评估属性设置窗口中的“Memoryranges〞中设定评估代码的起始地址。将StartAddress设置为汇编子程序入口地址_a_dot_c_asm，将EndAddress设置为汇编子程序的出口地址_a_dot_c_asm.end。重新加载程序，并运行程序进行汇编语言程序评估，评估的设定窗口和结果窗口及结果如图7.17示：

图7.17a_dot_asmProfile设定窗口和结果窗口

从图中可以看出原来没有优化的C语言子程序为626，现在改变为汇编语言程序嵌入后为201，从而说明汇编语言执行速度比C语言快多了。

试验3——数据绘图(Plotting)

练习三是对一个己编译的算法程序的数据进行绘图输出1.试验步骤

l)将算法程序调入Debugger环境

关闭所有已开启的工程和文件，选择菜单File\\LoadProgram...项或点击图标。在出现的对话框中选择文件…bkfir2_flp32\\debug\\bkfir2_flp32．dxe。

可以在C代码源文件中看到两个全局数组：inputs和output。2)开启绘图窗口并设定参数

选择菜单View\\DebugWindows\\Plot\\New?项，将出现Plot参数设置窗口。在PlotType项中选择LinePlot，在PlotTitle中输入fir。其它参数设定如表7－1所示：

表7－1Plot参数设置DataSetsinputsNameinputsMemoryTigerSharcMemoryoutputoutputTigerSharcMemoryPlot设置对话框如图7.18示：

output2561floatAddressInputsCount256Stride1Datafloat

图7.18Plot设置对话框

各行参数在设置完后，点击“Add〞参与，最终点击“OK〞。此时屏幕将出现Plot设置对话框如图7.19所示的绘图窗口：

图7.19程序运行之前的Plot窗口IN变量图

3)运行fir程序并在图形窗口中观测数据

接F5运行程序，当程序Halt（SHIFT-F5）后,用Plot窗口绘出出现数据output的曲线。图中的两条曲线分别代表inputs（绿）和output（紫）数组的值，程序运行后的Plot窗口如图7.20（1）所示：

图7.20（1）程序运行后的Plot窗口

在Plot窗口中可用鼠标左键选取图形的一部分图形会自动对所选区域放大，便于数据的观测。若要确切地知道某个数据在某点的值，可点击鼠标的右键，在弹出的菜单中选取“DataCursor〞项，图形上将出现“十〞字大光标，可点击曲线上的任一点，

在窗口左下角会出现该点的数值和曲线名，可用键盘上的上（↑）下（↓）键来切换所选曲线。

4）绘制幅度谱线图

在plot窗口点击右键，选择“modifysetting〞,在“plotsetting〞窗口选择“dataprocessing〞,在“datasets〞窗口选择“inputs〞,在“dataprocess〞窗口选择“FFTMagnitude〞,然后点“OK〞，重复一以上操作，把数据“output〞也改为“FFTMagnitude〞，在plot窗口可以看到如下图7.20（2）所示：

图7.20（2）数据的FFT

该图就是bkfir2_flp32滤波前后的数据频谱图。

试验4——性能统计

在练习四中，我们将再次调用并调试fir程序，用调试器的性能特性（statisticalProfiling）来找出程序中最花时间的部分。1.试验步骤l)开启fir程序

关闭所有的文件，宛如练习三中的一样，选用菜单File＼LoadProgram?命令项，在对话框中选择文件…bkfir2_flp32\\debug\\bkfir2_flp32．dxe。2)开启统计特性选项

选Tools\\LinearProfiling\\NewProfile命令，出现StatisticalProfilingResults窗口，如图7.21所示：

图7.24StatisticalProfilingResults窗口

3)收集和检查统计特性数据

按F5使程序运行到结尾。统计数据会在统计特性结果窗口中出现，窗口被分为两个部分。左边窗口显示三列数据，每列的含义为：

?Histogram：用图形的方式来显示该执行单元所用时间百分比。?％：用数字显示该执行单元所占用的时间百分比。

?ExecutionUnit：执行单元，对于C或C十十语言中的函数显示其函数名，对于其它指令或汇编语言显示指令的地址，显示为PC［xxx］。

从窗口中我们可以看出main（）函数用去了总程序时间的约99.94％。用鼠标双击该行，在右边窗口显示该函数的源代码及其行数，且显示各语句所用的时间百分比。结果如图7.16所示：

图7.16统计特性数据窗口

从窗口中可以看出，内循环占去了92.29％的时间。因此，在编程时若需提高算法的执行效率，可将该段代码用汇编语言重新编写来提高它的效率。2.试验要求

记录统计特性数据窗口的结果，分析耗时最多的程序段，指出原因。

试验结果

试验1——运行C程序

试验结果:

优化的试验结果：

结论：选定程序优化选项后，程序运行时间明显减少。

试验2——运行C和汇编混合程序

试验结果：

C语言运行结果：

汇编语言运行结果：

结论：

从图中可以看出原来没有优化的C语言子程序为643，现在改变为汇编语言程序嵌入后为194，从而说明汇编语言执行速度比C语言快多了。

试验3——数据绘图(Plotting)

试验结果：

未执行之前输入（inputs）——蓝色，输出（output）——紫色，时域图：

执行之后输入（inputs）——蓝色，输出（output）——紫色，时域图：

执行之后输入（inputs）——蓝色，输出（output）——紫色，频域图：

试验4——性能统计

试验结果

试验结果如下图所示，从图中可以看出程序loop循环部分耗时最多。原因：loop部分进行了大量的乘法运算因此比较花费时间。假使想要减少运行时间提高效率可以用汇编语言来提高函数的效率。

试验5——内存与SDRAM间的一维DMA通信

1.试验目的

了解DMA通信基本原理，把握内存与SDRAM间一维DMA通信方式及相关控制方法。

2.试验原理：

DMA是一种不需要处理器内核干预的数据传输机制，作为一种后台任务执行，即进行DMA传输时，处理器可以处理其它任务。假使使能了DMA中断，那么当数据传输终止后会产生中断信号，表示DMA传输已经完成。

DMA传输方式包括：一维DMA、二维DMA、链式DMA、AutoDMA等，本次试验使用一维DMA方式，即传输存储器中一段连续的数据（地址是相邻接的）。

若要利用DMA传输数据，首先应配置DMA传输控制块（TCB）寄放器。DMA传输的数据具有方向性，即从发送端（源）到接受端（目的），若为外部存储器DMA传输，则需要设置两个TCB参数，一个源TCB，用于描述源数据的地址、大小和每次传输数据的长度等；还有一个目的TCB，用于描述数据传入的目标地址、数据大小及每次传输数据的长度等。若要使能DMA中断，也需要在TCB中设置相应位。若使用链路或AutoDMA通道则只需一个目的TCB。设置好TCB寄放器后，DMA传输自动开始。

TS201S一共14个DMA通道，4个通道（0~3）专用于外部存储器设备，8个通道（4~11）用于链路口，2个通道（12~13）用于自动DMA操作。本次试验使用DMA0通道实现内存与外部存储器SDRAM间的一维DMA通信。

3.相关寄放器说明：

1〉TCB寄放器

TCB寄放器是一个128位的四字组寄放器，由DI、DX、DY和DP寄放器组成：a)DI是DMA索引寄放器，包括了将要发送或者接收的数据的源地址或者目的地址，既可以指向内部存储器又可以指向外部存储器，也可指向链路口b)DX包含了一个16位（高）的计数值和一个16位的修改量，若使能了二维

DMA则该寄放器保存的只是X方向的计数值和修改量

c)DY与DX结合一起使用，保存了Y方向上的16位计数值和16位修改量。假使只进行一维DMA传输，就不需要设置该寄放器。d)DP寄放器包括了DMA所有控制信息，分为两个主要段

3122210链式指针;/*0x4000=B0100000000000000*/IMASKL=xr0;;xr0=0;;IMASKH=0

也可以直接使用如下指令实现，原理是一样的，下面的方法更为直观一些。

xr0=INT_DMA0;;/*INT_DMA0在头文件中的定义的值为0x4000*/IMASKL=xr0;;

4.试验例程：

程序说明：

本程序用汇编语言编写，主要由以下几个部分构成：

_Initialize_Bus_SDRAM：实现对总线初始化设置，本试验不予重点讲解，可参考硬件手册；_Fill_Tx_Data：利用循环向rx_daata写入要传输的数据值1~1024；

_Load_DMA0_TCBs：向DMA0通道的TCB寄放器导入设置好的参数，开始DMA传输;_Done：用于观测相关存储器内存储值的变化。

5.试验步骤

1〉启动程序

运行VisualDSP++进入主程序界面，更改Session为ADSP-TS201SRev.0.0SingleProcessorSimulator。若此时程序自动开启一个（或多个）工程，先将其关闭，通过以下两种方式实现：

3〉编译程序

〉新建工程文件，自定义文件名，然后

将..\\Code\\DMA\\DMA1下的DMA1.asm源文件导入工程中的SourceFiles内；

〉建立链接文件（如下图），一切选项保持默认，完成链接文件建立。

〉选择Project菜单下的Buildproject选项进行编译，此时会出现如下错误信息：

含义：声明的程序段/数据段所存放到了不能被执行的位置，导致rx_data没有被分派到相应的存储空间，我们通过修改LDF文件来消除此错误。在左侧的工程窗口中双击相应的LDF文件会出现ExpertLinker窗口（如下图），我们会发现sdram0上有红叉

标记，说明此部分有问题。由于TS201S将外部存储器SDRAM地址映射到了0x4000

0000到0x7FFFFFFF之间的四个部分：MSSD0~3，所以我们将DMA1.obj拖拽至其中

之一即可，由于开发板上SDRAM是映射在MSSD0，为便利以后试验，直接拖至MSSD0。

完成上述操作后，重新编译工程。

〉编译成功后，为便利观测存储器内相应地址其内容变化，在__Done处设置断点，将光标移至相应位置，按F9设置。与此同时开启两个存储器观测窗口，选择菜单Memory->TigerSHARCMemory，分别输入tx_data和rx_data，如下图：

〉点击Debug菜单下的RUN选项开始运行（或直接按F5），程序自动运行至_Done后中止，观测tx_data内数据值，然后单步运行程序（F11），观测rx_data内数据变化。

6.试验要求

1〉依照试验步骤完成试验；

2〉修改程序，DMA每次传输一个字（32位），验证结果；

3〉修改程序，用软环境模拟外部中断来启动DMA传输，并观测传输结果。提醒：实际操作可参考之前试验课件中软模拟InterruptTiming的设置并且通过修改一些程序。

4〉分析两个程序的原理，简述软环境模拟外部硬件中断的程序流程。

和DMA试验。

3.相关寄放器说明：

1)TCB寄放器

TCB寄放器是一个128位的四字组寄放器，由DI、DX、DY和DP寄放器组成：DI是DMA索引寄放器，包括了将要发送或者接收的数据的源地址或者目的地址，既可以指向内部存储器又可以指向外部存储器，也可指向链路口

DX包含了一个16位（高）的计数值和一个16位的修改量，若使能了二维DMA则该寄放器保存的只是X方向的计数值和修改量

DY与DX结合一起使用，保存了Y方向上的16位计数值和16位修改量。假使只进行一维DMA传输，就不需要设置该寄放器。

DP寄放器包括了DMA所有控制信息，分为两个主要段

3122210链式指针;//0x200=B001000000000IMASKH=xr0;;xr0=0;;IMASKL=0

也可以直接使用如下指令实现，原理是一样的，下面的方法更为直观一些。

xr0=INT_IRQ0;;//INT_IRQ0在头文件中的定义的值为B001000000000IMASKH=xr0;;

4.试验例程：

程序说明：

本程序用汇编语言编写，主要由以下几个部分构成：

_Initialize_Bus_SDRAM：实现对总线初始化设置，本试验不予重点讲解，可参考硬件手册；_Fill_Tx_Data：利用循环向rx_daata写入要传输的数据值1~1024；

_Wait_For_Interrupt实现功能：等待中断发生，跳至中断程序_IRQ0_ISR执行；_IRQ0_ISR实现功能：外部中断实现DMA传输;

_Load_DMA0_TCBs：向DMA0通道的TCB寄放器导入设置好的参数,启动DMA;

5.试验步骤

1〉硬件连接

〉检查EZ-KIT板各SW设置是否正确，如下图；

〉用USB将PC与EZ-KIT板连接；

〉连接EZ-KIT板电源线，LED1（POWER）点亮、LED8（RESET）点亮，EZ-KIT板开始自动复位，复位完成后LED8熄灭，LED3点亮（USBMONITOR，注意此LED实际位置在USB上方），则表示EZ-KIT板与PC已经正常连接，可以运行VisualDSP++。2〉启动程序

运行VisualDSP++进入主程序界面，若当前Session为ADSP-TS201SEZ-KITLiteViaD