Visual DSP 编程讲稿.ppt

1、SHARC 系列DSP 编程和优化,本章要点：,IDDE的特点简述 SHARC系列DSP汇编语言程序设计 SHARC系列 DSP的C程序设计 链接器和链接描述文件 SHARC系列DSP程序的优化,IDDE的特点简述,Visual DSP+-IDDE的用户接口,SHARC DSP开发工具和流程,IDDE: 输出文件,IDDE: 编辑器,IDDE: 编辑器的特点,编辑器能够完成 自动识别关键字 自动识别注释等 支持标准的编辑操作 查找和替换 剪切和复制 选择等 可以设置不同的颜色区分关键字等 支持OLE拖拉 支持书签,SHARC系列DSP汇编语言程序设计,汇编语言程序特点,代数化语言 容易理解和学

2、习 可读性好 编译器支持伪指令 传统的结构 数据定义具有高级语言特点 预处理器处理宏 C的预处理器类似的工具,汇编语言程序结构,通过SECTION组织程序,SECTION 伪指令定义程序的段 至少需要代码和数据两个段,标识符,标识符（名称）必须以 26个大小写英文字母和下划线_开始； 可以包括09的数字符号； 大小写字母代表不同含义； 编译器使用的保留字是不能用于命名,表达式,汇编表达式与 C类似，如： 2.8e-3， l.67， （120-32）3， 0 x470 x7F,运算符及其含义,预处理伪指令,SHARC系列的汇编器包括一个能处理某些C语言形式的伪指令和宏的预处理器，这些伪指令包括（

3、必须小写）： define undef if endif else elif ifdef if defined ifndef include,预处理伪指令例子,文件包含命令 #include private_header_file #include 宏用于条件汇编控制 #define DEBUG #ifdef DEBUG / 如果DEBUG已定义，编译此段 #endif 宏替换 符号常数 #define N 10 .var aN; #define arg(j) dm(i5+j) ar = arg(4); ar = dm(i5+4);,也可以在IDDE的defines对话框中设置,定义和使用宏（

4、Macro）,例1 定义： define mac mrf=mrfR2*R5 使用： R2=R1 -R3； R5=DM（I0，M0）; mac ； 例2 定义： define copy（src，dest） R0=DM（src）； PM（dest）=R0,使用： copy（0X3f，0Xc0）;,将3f地址的值拷贝到c0地址,宏定义必须在一行内写完，超过一行时，在行末加续行标志“”，,Include伪指令,include有两种形式： include“文件名” 在当前和指定途径中搜索指定文件 include 仅在指定途径中搜索指定文件 def21060.h 是很重要的头文件，它包含了对ADSP210

5、6X中大量寄存器、位段、初始化值、I/O地址等惯用名称的定义,汇编伪指令（1）,汇编伪指令经汇编器处理后不产生代码，它们都以“”打头： SECTION 标记段的起始 ENDSEG 标记段的结束 VAR 定义变量或缓冲 PRECISION=3240 定义浮点精度，32 bit为默认 ROUND=ZERO 浮点常数取整方法：向零取近似 ROUND_MINUS 浮点常数取整方法：负向取近似 ROUND_PLUS 浮点常数取整方法：正向取近似,汇编伪指令（2）,ROUND_NEAREST 浮点常数取整方法：取最接近值（默认） PORT 定义存储器映射的I/O口 GLOBAL 使一个符号全局化（其它文件

6、可用） EXTERN 使一个符号外部化（由其它文件定义） NEWPAGE 在列表文件中（lst）开启新页,SECTION伪指令,程序的每一部分都应该有一个有名段（named section) 在汇编语言中指明 编译器有默认的段名称 汇编程序中必须指明段名 .section name 有效范围到下一个段指定 如果需要，编译器会利用 “section” 命令产生非默认的段 LDF中指定每个段如何放置到存储区中 许多源文件中都可以命名段,默认段名,默认段名由默认的LDF支持 编译器使用默认段名如下： code: program dm data: data1 pm data: data2 system

7、 use: stack, heap, ctor 用户可以定义自己的段名，然后修改LDF,数据定义,定义数据的伪指令是： .var 格式： .var 符号名 定义符号 保留空间: 1 各或者多个字 可选: 初值表 举例: .var a; .var b=10; .var c37; .var d6 = 1, -1, 5, -5, 0 xA, -10; length(d) / expression returning / declared size (6) 可以指定符号的作用域 .global 符号名 / 全局，在本模块定义，外部也可以使用 .extern 符号名 / 外部，在其它模块定义,汇编程序举

8、例（DMPM数据传输）,/*_ Dtran.ASM ADSP-2106x Data transfer _*/ #include def21060.h /* IOP register definitions */ #define N 64 .SECTION/DM dm_data; /* Declare variables in DM */ .VAR inputN= sin64.dat; .ENDSEG; .SECTION/PM pm_data; /*Declare variables in PM */ .VAR outputN; .ENDSEG;,汇编程序举例（DMPM数据传输）-续,.SECT

9、ION/PM pm_rsti; /* The interruput vectors */ NOP; JUMP start; /* rest vector */ NOP; NOP; RTI; RTI; RTI; RTI; /* other vector */ .ENDSEG; .SECTION/PM pm_code; /* Example program for data transfer */ start: I0=input; M0=1; I8=output; M8=1; LCNTR=N,DO LOOP1 UNTIL LCE; F0=DM(I0,M0); LOOP1: PM(I8,M8)=F0

10、; NOP; IDLE; .ENDSEG;,SHARC系列 DSP 的C程序设计,C和C编程的基本特点,优势：可移植性好，维护方便，缩短开发周期 完全的ANSI 标准 加上 C+ 特点的注释 可扩展性好 完整的特征库 完整的标准数学函数支持 附加的 DSP函数 基本I/O: printf, 简化的文件 I/O DSP扩展功能 高效优化器 完全集成的开发环境 编辑、编译支持 实时系统支持 源代码级调试,优化器（Optimizer）特征,提高程序的效率 减小程序代码空间需求 可选择：最小空间需求，或者最高速度要求 优化过程清楚明确 清理：“out of the box”的代码将很好地完成 提示妨碍

11、优化的事情 用户可以检查程序优化的结果 选择 “stop after compiler” ，可以使用编辑器打开相应的源文件（.s）,支持DSP的特殊功能（1）,优化器自动实现特殊的硬件特征 专门的并行指令(多功能指令) 零开销循环 MAC 指令 DSP语言扩展 双端口存储器空间 - “pm” 限制 DSP 数据类型: 复数、小数、 饱和算法 支持特殊功能 有效的访问DSP硬件资源的能力 特定的操作 访问系统寄存器、 I/O 空间等 全局中断使能/屏蔽 使用库函数模块 效率：可以容易的编译成为1条或者多条指令 完全优化,支持DSP的特殊功能（续）,增强库 实现附加类型 .float , long

12、 double .complex (float, 包括 fract16) .fract16 可以使用DSP的特殊功能 基本矢量和矩阵操作 滤波和变换 统计分析 容易与汇编子程序接口 asm() 行嵌入方式 允许小段的汇编指令嵌入到C 可以适应大多数情况,C/C+与汇编程序的接口方法,C与汇编接口的注意事项,在下列情况需要注意接口问题： C调用汇编语言子程序 汇编语言中使用了库函数 使用了标准的中断调度程序 需要特别注意的是： C实时堆栈由帧指针(I6)和堆栈指针(I7)管理地址寄存器 最好保留它们，尽管可能并不使用堆栈 堆栈的完整性借助 debugger可以观察 函数参数和返回值处理 编译器是

13、按照约定的规则 寄存器可以分为： 保留寄存器和临时寄存器 编译器把某些寄存器指定为特定值或者功能,C/C+与汇编程序的接口方法,C/C+程序和汇编程序可以互相调用，在C/C+程序中调用汇编程序有3种方式： 把C变量和汇编语言符号联系起来； 编写可用C调用的汇编子程序函数； 利用行嵌入汇编语句。,联系C变量和汇编语言符号,使C程序和汇编程序使用同一变量，要求: 变量在C程序和汇编程序中都说明成全局变量 在汇编中的汇编变量命名为下划线“_”加C的变量名，以便明确其对应关系。如： C函数： int count_start()； 汇编声明为： . global _count_start； 使用此功能时

14、要注意： 全局变量必须在函数定义前声明； 选择始终被调用函数安全保存、恢复的寄存器； 寄存器用以表示全局变量后，它将不会被其它函数使用。,C调用汇编函数时的参数传递,函数参数传递可以通过： 寄存器 堆栈 参数传递规则： 最多允许3个参数通过寄存器传递，并且左起三个参数依次传递到R4，R8，R12； 如果有一个参数传到堆栈，其右边的所有参数都应传到堆栈； 字宽大于32位的复数或双精度型将传递到堆栈，且占用两个连续的地址单元： 实部在低地址、虚部在高地址； 或者高32位在低地址、低32位在高地址 函数参数个数可变时，最后一个有名参数进入堆栈。,函数参数传递例子,foo(int a, float b

15、, char c,float d); bar(int a, double b，char c，float d)； test（float a, int b，char c，）；,aR4, bR8，cR12，d堆栈,aR4, 其余进入堆栈,参数个数可变，aR4，bR8,c堆栈,汇编函数返回值传递,被调用的汇编函数在返回前必须完成： 把返回值存入寄存器R0、R1。 单字时放在R0中； 双精度字时，高32位放在R0，低32位放在R1； 复数时，实部放在R0，虚部放在R1； 返回值是大于二个字的结构型时，R1指向结构地址。 被保存并有新值覆盖的编译寄存器必须恢复其旧的保存值： 通过以帧指针I6为基准即可从堆

16、栈中恢复这些寄存器。 原堆栈指针I7也要恢复，即执行指令I7I6。 原帧指针I6必须从堆栈恢复，在入口处，I6值经R2再压入堆栈。,C/C+程序调用汇编子程序举例（1）,C程序中需要 为汇编子程序建立函数原型 汇编程序需要 汇编子程序名称应该以下划线开始 或者使用extern “asm” 方式说明 寄存器使用原则： 实时库的临时寄存器汇编程序可以使用且不需要保护 汇编程序在使用预保留的寄存器时，必须保护和恢复其内容。 汇编程序中不允许使用专用寄存器。,C/C+程序调用汇编子程序举例（2）,/* C源程序*/ #include define rows 30 define columns 30 f

17、loat dm x_inputrowscolumns； float pm y_inputrowscolumns； int count_start（）； int count_end（int）； volatile int time_temp，cycle_count；/*定义变量*/,汇编函数count_start说明为全局函数，它返回矩阵计算前的仿真时钟数,汇编函数count_end说明为全局函数，输入参数为计算前的仿真时钟数，返回值为计算矩阵所需的时钟数,C/C+程序调用汇编子程序举例（3）,void main（void） int i； for（i0；irows*columns；i+) x_in

18、put0i=（float）i； y_input0i=（float）i； time_tempcount_start（）; for (i = 0, i rows * columns; i+) output0i = x_input0i + y_input0i; cycle_count = count_end(time_temp); printf(The cycle count is %d cycles.n,cycle_count); exit(0); ,调用汇编函数, 记录开始仿真的时钟数,调用汇编函数，返回给定程序段花费的时钟数,C/C+程序调用汇编子程序举例（4）,/*汇编函数源代码*/ #in

19、clude def2l060.h“ #include asm_sprt.h“ .section/pm seg_pmco; .global _count_start; .global _count_end; _count_start; R1=MPDE1; BITCLR MODE1 IRPTEN; /* 清全局中断使能*/ R0=emuclk; /* 将时钟数放到R0中 */ MODE1 =R1; exit;,为了与C中的函数声明关联，函数在汇编程序中加前缀“_”，即名称为： _count_start 和_count_end,汇编函数_count_start定义,C/C+程序调用汇编子程序举例（5

20、）,_count_end; /* 计数结束函数 */ R2=MODE1; BIT CLR MODE1 IRPTEN; /* 清全局中断使能 */ R0=emuclk; /* 将当前仿真时钟数放到R0中 */ R0=R0-R4; /* R4所放的数值为函数输入参数，即计算开始时 的仿真时钟数，将计算前后的时钟差值放到R0中*/ R1=l4; /* 调用计数函数所多用的14个周期 */ R0=R0-R1; /* 减去多用的14周期后，将结果放在R0中返回*/ MODE1 =R2; exit; .endseg,汇编函数_count_end定义,链接器和链接描述文件,SECTION在链接时的作用,链接

21、器：命名的容器（Named Containers）,先讨论容器，然后讨论 LDF. 各种容器： 输入段（Input Sections） 输出段（Output Sections） 存储器段 描述链接过程的基本单位 轮流查看各个容器,链接描述文件（LDF）的功能,控制链接器的操作 指定一般的配置 目标系统结构 库及其查找路径 需要链接的特殊目标文件 指定每个处理器的物理属性 存储器的物理结构 把它们分配到可以接收程序的逻辑单元 输入段如何映射到输出段和存储器 支持重叠、存储器共享和多处理器,如何获得LDF?,改写已有的LDF 在VisualDSP+的IDDE环境中查找合适的LDF 利用已有的LDF

22、，根据目标系统需要改写 利用专家链接器（Expert Linker) VisualDSP+V3.0支持专家链接器 专家链接器可以自动产生LDF 用户只需按照操作步骤，选取所需属性,链接描述文件举例,ARCHITECTURE(ADSP-21062) SEARCH_DIR( $ADI_DSP21klib） $LIBRARIES = lib060.dlb ; $OBJECT1 = main.doj,$COMMAND_LINE_OBJECTS;,MEMORY mem_isrTYPE(PM RAM) START(0 x00008000) END(0 x000080ff) WIDTH(48) mem_pm

23、coTYPE(PM RAM) START(0 x00008100) END(0 x000087ff) WIDTH(48) mem_pmdaTYPE(PM RAM) START(0 x00009000) END(0 x00009fff) WIDTH(32) mem_dmdaTYPE(DM RAM) START(0 x0000c000) END(0 x0000dfff) WIDTH(32) ,PROCESSOR p0 OUTPUT( $COMMAND_LINE_OUTPUT_FILE ) SECTIONS dxe_isr INPUT_SECTIONS ($OBJECT1 (isr_tbl) ) m

24、em_isr dxe_pmco INPUT_SECTIONS ($OBJECT1 (seg_pmco) ) mem_pmco dxe_pmda INPUT_SECTIONS (main.doj (seg_pmda) ) mem_pmda dxe_dmda INPUT_SECTIONS (main.doj (seg_dmda) ) mem_dmda /*End sections command for processor po */ /* End processor command,处理器类型 搜索路径、宏,P0存储器分配,P0链接命令,LDF命令ARCHITECTURE,命令格式： ARCHI

25、TECTURE (处理器类型) 如： ARCHITECTURE (ADSP-21062) LDF中只能包含一个ARCHITECTURE（）命令，这个命令必须位于全局范围内应用于整个LDF文件。 指定系统的处理器 允许错误检查 链接器已知的存储器大小和形式,LDF命令SEARCH_DIR, $LIBRARIES,SEARCH_DIR( $ADI_DSP21klib) 指定库文件的搜索路径 默认为当前目录 可以指定多个目录 搜索的次序是从左到右 如果不指定，默认在命令行里指定 $LIBRARIES= 一个宏，等号后面是链接的库文件名称,LDF命令$OBJECT1,$OBJECT1 = main.d

26、oj,$COMMAND_LINE_OBJECTS; 指定需要链接的目标文件 特定文件 头文件管理通用的程序和处理器初始化 $COMMAND_LINE_OBJECTS由IDDE从工程中给出 $OBJECT1是一个宏,LDF命令Processor,命令格式： 用于指定处理器存储器和链接信息 对处理器p0进行唯一的指定，包括： OUTPUT 输出执行文件名称 MEMORY 定义存储器 SECTIONS 链接器的链接选择 其它信息 如果是多处理器，每个处理器需要分别指定,processor processor_name OUTPUT(output_file_name.dxe) MEMORYsegmen

27、t_commands SECTIONSsection_commands,LDF命令MEMORY,mem_isrTYPE(PM RAM) START(0 x00008000) END(0 x000080ff) WIDTH(48),MEMORY Segment_Commands,LDF命令sections,命令格式：,SECTIONS SECTION_STATEMENTS,section_namesection_typesection_commands mem_segment,INPUT_SECTIONS(file_sourcearchive_menber(input_labels),LDF ma

28、cro List_of_file,Section中输入/输出段和存储器的对应关系(默认）,LDF的SECTION例子分析,SECTIONS sec_code INPUT_SECTIONS ( $OBJECTS (program) $LIBRARIES (program) mem_code sec_data1 INPUT_SECTIONS ( $OBJECTS (data1) $LIBRARIES (data1) mem_data1,输入SECTION,输出存储区. 任何输出都必须指定到一个已命名的存储器,输出段名称,运行经过所有的指定文件，处理有名段名称,库文件也经过类似处理,LDF：MEMO

29、RY和SECTION中的段,SECTIONS p /* section 命令 */ mseg_one; d /* section 命令 */ mseg_two; q /* section 命令 */ mseg_one;,MEMORY mseg_one /* 段定义 */ mseg_two /* 段定义 */ ,LDF的其它能力,多处理器链接 对称和非对称的 共享存储器 (SHARED_MEMORY命令) 分离程序 (LINK_AGAINST 和 RESOLVE命令) 重叠支持 重叠放置 (OVERLAY_INPUT和 OVERLAY_GROUP命令) 分离输出文件 (OVERLAY_OUTPU

30、T 命令) 重叠管理器的半自动PLIT构造 其它控制命令 FILL (存储器填充) 指定 (INPUT_SECTION_ALIGN 命令),SHARC系列DSP程序的优化,程序优化的方法和途径,实施高级优化（首选） 最有效的方法保留了可移植性 改进算法 使算法更适合硬件结构 挖掘机器的能力 可以使用专用指令（库/可移植) 调查所处理特定要求 不可移植的改变（最后使用） 利用 C语言? 利用汇编语言? 优化的目的 时间（速度）？ 空间？,观察一个优化的简单例子,源代码： (1) a = b * c; (2) d = a + f; (3) a = b -g;,“a”的值可直接送到寄存器，不必经过存

31、储器,新值指定到“a”，也不必送到存储器,直接翻译后的代码 R2 = dm(_b); R3 = dm(_c); R1 = R2 * R3; Dm(_a) = R1; R1 = dm(_a); R6 = dm(_f); R4 = R1 + R6; dm(_d) = R4; R2 =dm(_b); R7 = dm(_g); R1 = R2 - R7; dm(_a) = R1;,优化后的代码 R2=dm(_b); R3 = dm(_c); R1 = R2 * R3; R6 =dm(_f); R4 = R1 + R6; dm(_d) = R4; R7 = dm(_g); R1 = R2 - R7; d

32、m(_a)=R1;,12个周期,9个周期,利用硬件的并行处理能力再次优化,源代码：(1) a = b * c; (2) d = a + f; (3) a = b - g;,并行处理后的代码 R2 = dm(_b); R3 = dm(_c); R1 = R2 * R3，R6 = dm(_f); R4 = R1 + R6，R7 = dm(_g); R1 = R2 - R7，dm(_d)=R4; dm(_a) = R1;,优化后的代码 R2=dm(_b); R3 =dm(_c); R1 = R2 * R3; R6 =dm(_f); R4 = R1 + R6; dm(_d) = R4; R7 = dm

33、(_g); R1 = R2 - R7; dm(_a)=R1;,6个周期,优化练习1：矢量A*B+C,计算公式,第一次：每次循环6个周期,lcntr = LENGTH, do loopend until lce; f0 = dm(i0,m1); /* 读A*/ f1 = pm(i8,m9); /*读B */ f3 = f0 * f1; /* 计算 A * B*/ f4 = dm(i1,m1); /*读 C */ f3 = f3 + f4; /* 把C与积相加 */ loopend: dm(i2,m1) = f3; /* 存放结果 */,第二次：每次循环3个周期,f0=dm(i0,m1), f1=

34、pm(i8,m9); /* 读A和B */ lcntr=LENGTH-1, do loopend until lce; f3=f0*f1, f4=dm(i1,m1); /* 计算A * B, 读C */ f3=f3+f4, f0=dm(i0,m1), f1=pm(i8,m9); /* 加C, 读A和B */ loopend: dm(i2,m1)=f3; /* 存放结果 */ f3=f0*f1, f4=dm(i1,m1); /* 计算A * B, 读C */ f3=f3+f4; /* 加C */ dm(i2,m1)=f3; /* 存放结果*/,循环准备，先读入第一组值,循环体部分,循环退出部分，完成结束循环时剩余的计算,第三次：每次循环2个周期,f0=dm(i0,m1), f1=pm(i8,m9); /* 读A和B */ f3=f0*f1, f4=dm(i1,m1); /* 计算A * B, 读C */ f3=f3+f4, f0=dm(i0,m1), f1=pm