嵌入式DSP系統(tǒng)C語言硬件編程技術探討

徐　哲，王中秀，全奎旺沈陽理工大學，遼寧沈陽　100168

?

嵌入式DSP系統(tǒng)C語言硬件編程技術探討

徐哲，王中秀，全奎旺
沈陽理工大學，遼寧沈陽100168

摘要隨著科技的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應用于各處，現(xiàn)階段，最具有代表性的嵌入式系統(tǒng)為DSP。因此，本文將從嵌入式DSP系統(tǒng)基本硬件入手，結合C語言程序最常用調(diào)試方法與硬件編程技術，并研究將C語言轉(zhuǎn)化為DSP代碼的過程。

關鍵詞嵌入式DSP系統(tǒng)；C語言；硬件編程技術

以便獲得適用于人們使用的信號形式，而嵌入式DSP系統(tǒng)則是將DSP作為中央處理器，將硬件與軟件組合在一起，該系統(tǒng)體積較小，可以很快完成信號處理，其算法也較為靈活，性能也很穩(wěn)定，所以在儀器研制與電子產(chǎn)品中應用較多。C語言是嵌入式DSP系統(tǒng)的重要組成部分，其硬件編程技術也是現(xiàn)代研究重點，因此，有必要了解C語言硬件程序開發(fā)、調(diào)試以及代碼轉(zhuǎn)化。

1　嵌入式DSP系統(tǒng)基本硬件

1.1DSP基本結構

一般來講，嵌入式DSP系統(tǒng)硬件編制過程是有一定規(guī)律可循的，通常是根據(jù)時間進行排列，其主要構成部分有以下幾種：A/D轉(zhuǎn)換、DSP芯片、D/A轉(zhuǎn)換、通信板塊以及顯示板塊，此外還有一些輔助板塊，如電源管理等[1]。

1.2DSP芯片內(nèi)部結構

盡管DSP芯片內(nèi)部結構較為復雜，但開發(fā)者并不需要全面了解其結構，只要簡單了解即可，以便在編程時使用。在DSP芯片中主要由兩部分構成，一部分是以中央處理器為主的內(nèi)核，另一部分是以外部輔助設備為主的外部設備。將各個模塊組合在一起，就成為了嵌入式DSP系統(tǒng)，通常將這一結構稱之為哈弗結構。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲與程序存儲具有獨立性，與兩者對應的硬件總線也就兩種。外部設備主要指芯片以外的硬件設備，其功能也多種多樣，經(jīng)過相互配合以后就可以使這些應用功能得以完善，之所以其功能能夠完善主要在于系統(tǒng)中應用了這些外部設備，使得芯片運行速度得以顯著提升，DSP功能也隨之增強。

1.3DSP芯片存儲器圖及其編制方式

要編寫DSP程序就一定要了解DSP芯片存儲器及其編制方式，它們都有助于DSP編程。DSP存儲空間有兩種，一種是RAM,另一種是ROM,這些存儲方式不僅有數(shù)據(jù)空間與程序空間，還有I/O空間，而I/O空間又由數(shù)據(jù)空間與程序空間兩部分構成，且它們是相互獨立的，兩者的編制是相同的，唯一不同的是兩者的地址代表不同，程序空間的每個地址代表的是一個字節(jié)，而存儲空間每個地址所代表的則是16bit字[2]。

2　C語言硬件編程

現(xiàn)階段，硬件編程最常用的編程方式有3種，分別為C語言、匯編語言以及可視化編程[3]。其中與DSP代碼最為相似的應匯編語言，但它也有很多缺陷存在，最大的不足就是難以被人們理解，由于芯片系列的不同也就意味著需要使用不同的匯編指令，由此開發(fā)而來的程序更是無法被應用到各處，可見，匯編語言只能被應用于部分程序編寫中，并不能應用于硬件控制大量使用中。而可視化編程則是最近幾年才能研發(fā)并使用的編程模式，一般用于大規(guī)模程序開發(fā)中，要學習該編程依然存在很大困難，并不適用于初學者使用。C語言則綜合了以上兩種編程方式的優(yōu)缺點，靈活性較好，也就意味著它能夠被應用到多種硬件編程中，這與C語言自身特點有很大關系。C語言屬于高級語言，便于初學者學習使用，其編程模式為從上至下，可移植性也很強，加之其較為靈活更是方便讀寫硬件寄存器中的數(shù)值。

3　C語言程序最常用的調(diào)試方法

在CCS系統(tǒng)中運行C語言程序一定要經(jīng)過程序調(diào)試才可以，主要步驟由以下幾部分構成：第一，將編制好的可執(zhí)行文件調(diào)入進來；第二，將部分程序分成幾段，一邊運行程序一邊觀察各個斷點值；第三，由于這些值一般分布在存儲器中，就要細致分析該數(shù)據(jù)，并多次重復進行這項工作，直至程序預期功能完成。

C語言程序最常用的調(diào)試方法有兩種：首先，通過Watch Window查看C語言程序變量。在利用CCS時，可以通過點擊其集成開發(fā)環(huán)境中的View-Watch Window開啟觀察窗，其中的第一個標簽就是watch locals,這里就可以將程序光標所在位置中的函數(shù)變量名稱與數(shù)值顯示出來；其次，借助Memory Window了解I/O空間中寄存器值。雖然Watch Window也可以看到變量，但卻看不到I/O空間，如果要觀察值，就需要點擊Viewmemory，當窗口彈出以后，就可以選擇滿足自身要求的存儲空間地址，選定以后點擊OK便會彈出用于觀看存儲空間的小窗口，一旦值發(fā)生變化，就會以紅色字體方式顯示出來。

4　將C語言轉(zhuǎn)化為DSP代碼的過程

對于C語言程序來說，它是一種較為通用的語言，能夠被應用到各種處理器中，但在處理器運行期間一定要有規(guī)定代碼才可以保證芯片始終處于正常運行狀態(tài)，所以，但C語言編程完成以后，應實現(xiàn)轉(zhuǎn)碼，但轉(zhuǎn)換過程應滿足規(guī)定軟件才可以。如在DSP系統(tǒng)中多用CCS轉(zhuǎn)換代碼，CCS是軟件開發(fā)者最常用的軟件。在轉(zhuǎn)換DSP應用時，軟件開發(fā)者需要利用集成開放環(huán)境生成項目，該項目一般由以下幾部分構成，主要有頭文件、庫文件以及源文件等內(nèi)容，后兩種文件與其他編程軟件中所包括的文件相同。如DSP基本歷程多數(shù)都與源文件有一定關系，而以結構語句為代表的程序具體語句則以頭文件為主。庫文件屬于廠家自定義程序，是廠家依照自己所生產(chǎn)的芯片硬件性能編制而成的，以TMs32oC55xDSp芯片為例，廠家參照芯片型號制定出了庫文件，由于其處于DSP程序中，就需要將DSP作為開頭，并將rts55x. ilb庫文件包括在內(nèi)，這主要是由于其已經(jīng)成為連接C語言與DSP代碼的重要方式，如在CCS文件中原本就涵蓋庫文件，在編程時只需在開頭使用即可，一般來講，main()為C語言程序默認入口，在編寫DSP程序階段也一定要將該庫文件囊括進來，這都是為了滿足rts55x. ilb所制定的要求。而鏈接文件則是由開發(fā)者自行編寫的文件，其作用相對較為獨特，一般由定位程序塊與數(shù)據(jù)塊兩部分構成[4]。但編寫鏈接文件十分困難，不僅需要掌握一定的軟件知識，還要對硬件知識有全面了解，這樣一來也就提升了對開發(fā)者能力的需求。

將C語言轉(zhuǎn)化為DSP代碼的過程可以參照以下內(nèi)容：1）在源文件中需要由編輯器與匯編器應用其中完成編譯，并構建屬于兩者的“中間文件”；2）在中間文件處理后，新建.out與.map文件；3）利用CCS將.out下載并存儲在DSP芯片中，用于仿真測試；4）仿真測試完成后借助響應軟件將.out轉(zhuǎn)化為.hex。

5　結論

通過以上研究了解到，C語言十分靈活，所應用范圍也很廣，之所以能夠被應用到各處主要是由于C語言不僅具有靈活性，還具有便于讀取與操作的特點。本文研究了嵌入式DSP系統(tǒng)與C語言硬件編程技術與過程，希望能為相關人士帶來有效參考，進一步開發(fā)與利用C語言硬件編程技術。

參考文獻

[1]宋敏.基于DSP和嵌入式平臺的在線電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設計[D].上海交通大學，2012.

[2]金麗娟.基于DSP的嵌入式PLC運動控制模塊的研究與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學，2013.

[3]張凱.嵌入式車牌定位與分割系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].北京郵電大學，2011.

[4]佟吉鋼.高性能嵌入式系統(tǒng)技術及應用的若干問題研究[D].南開大學，2010.

作者簡介：徐哲，所在院校為沈陽理工大學，研究方向為自動化DSP就是利用數(shù)字形式完成信號采集、變換等工作，

中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）155-0153-02