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DSP实验

2019-07-13 11:24发布

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DSP实验

实验一 集成开发环境 CCS 应用基础

一、目的

  1. 通过创建一个简单的应用工程，初步熟悉 CCS 的使用，了解程序开发调试过程。
  2. 掌握汇编语言源程序的基本框架和编写方法，了解 CCS 的工程结构以及编译连接的基本过程。
  3. 了解 ST0、ST1、PMST 的标志位对计算结果的影响以及计算过程对标志位的影响。

二、内容

  1. 在 TMS320C5402 软件仿真模型上，建立 example1.cmd 命令文件，配置 COFF 段结构，分配存储空间。
  2. 运行一段程序，分别将与 CPU 运算相关的控制位 SXM、OVM、C16、FRCT 置 1 或清 0，分析程序的执行结果。观察与 CPU 运算相关的标志位 TC、C 的变化情况。

三、要求

  1. 本实验要求在 PC 机的集成开发环境 Code Composer Studio（简称 CCS）及 TMS320C5402 软件仿真模型上进行。
  2. 实验程序：example1.asm, vectors.asm,example1.cmd
  3. 实验前要作好充分准备，包括读懂实验程序，分析程序中的原始数据、中间结果和最终结果，了解调试步骤及调试方法等。写出实验预习报告。
  4. 通过实验验证自己的分析正确否，总结实验中遇到的问题，根据实验报告的要求，认真撰写实验报告。

实验任务：

四、实验步骤

  1. 建议在逻辑盘 D： 下，建立以自己学号命名的子目录，（如：D:DXK03 学号）以后自己的实验程序都在此目录下运行。并将文件 example1.asm, vectors.asm,example1.cmd 拷贝该文件夹内。（说明：实验室的机器 C 盘都已保护，ti 目录在 C 盘, 所以学生的目录及文件不能建在 c: imyprojects 下）。
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  2. 运行 CCS setup，选择 C5402 Device Simulator， 进入 CCS，Project –> New 建立一个新的项目 example1，Project –> Add Files to Project，将 example1.asm, vectors.asm,example1.cmd 加入该项目。
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  3. 在 Project–>Option 中加入适当的编译和连接的选项。
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  4. Build 整个项目，产生可执行文件 example1.out。
  5. File->Load Program，装载可执行文件 example1.out，并运行和调试。

五、实验结果和提示

  1. 建立项目，并加入文件
    运行 C5402 Device simulator，选择 Project→New 菜单项，建立一个新的项目 example1.pjt，并选择 Project→add files to new project 菜单项，加入文件 example1.asm, vectors.asm,example1.cmd
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  2. 编译和连接
    1. 编译：选择 Project–>Build 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。
    2. 连接：选择 Project–>Build Option，在 linker 表单中的 autoinit mode 选项中选择 no autointialization 模式，在 Output Filename 中输入 debug example1.out，在 Code Entry Point 中输入 main，Map Filename 中输入 example1.map，然后保存选项设置。
    3. 选择 Project→Build 构建整个项目，产生可执行文件 example1.out。
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    4. 选择 File->Load Program，装载可执行文件 example1.out。
  3. 观察存储器映象 Map 文件，选择 File→Open 打开 example1.Map 文件，可观察下列各项内容。将下列信息与 cmd 文件中的设置进行比较，理解 cmd 文件和连接器的关系。
    1. 存储器的配置情况：页面 0(PAGE 0) 为程序空间，页面 1(PAGE 1) 为数据空间。给出了各存储空间的名称。
    2. 共配置了 5 个段：
      程序文本段. text ：位于 0 页，起始地址 0xe000，存储区长度 0x0017
      段. data ：位于 0 页，起始地址 0xe0000，存储区长度 0x007e
      向量段. vectors ：位于 0 页，起始地址 0x0080，存储区长度 0x007e
      未初始化数据段. bss ：位于 1 页，起始地址 0x0000，存储区长度 0x0000
      堆栈段 STACK ：位于 1 页，起始地址 0x0080，存储区长度 0x0010
    3. 全局符号：共 18 个符号，给出了它们在存储器中的位置，如符号. bss 在存储器中的位置为 0x00600。
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  4. 输出文件 example1.out 的运行和调试
    1. 运行程序：将可执行文件装载到 simulator 中，选择 Debug→Run 或按 F5 键运行程序，按 shift F5 键可中止程序的运行；选择 Debug→Step into 或按 F8 键可实现程序的单步执行。
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    2. 设置断点：把光标移到某一行，按 F9 键，这一行将会以红 {MOD}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，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，选择 View→memory 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 0x2000 中内容为 0x000A。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。如把 a1 的值由 10 改为 1，求出和的结果将变为 0x001A。
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  5. 与运算相关的标志位
    1. SXM
      当 SXM 置 1 时，数据读写按照符号扩展的方式，因此 A＝0xff ffff ff80
      当 SXM 置 0 时，数据读写为无符号扩展的方式，因此 A＝0x00 0000 ff80
    2. OVM
      当 OVM 置 1 时，数据运算的结果将按照 32 位饱和，因此 A＝0xff 8000 0000
      当 OVM 置 0 时，数据运算不饱和，因此 B＝0x00 fffe 0000
    3. C16
      双 16 位计算比较
    4. FRCT
      乘法移位比较
    5. TC
      比特测试比较
    6. C
      进位、借位和大小比较
    7. OVA, OVB
      溢出标志

六、 程序说明

程序的结构和功能，对每条指令进行注释，写出执行结果
主程序 .title "example1.asm" .mmregs ;enable memory mapped registers stack .usect "STACK" ,10h ;set stack section .def _c_int00 ;define symbol _c_int00 .text ;.text section _c_int00: stm #stack +10h, SP ;set stack ;stm #0x01ff , PMST ;relocate Interrupt Vector Table stm #0x0000 , SWWSR ;no software wait for all memory ;================================================ stm #0x2000 ,AR2 ;#0x2000 ->AR2 st #0xff80 ,*AR2 ;#0xff80 ->(AR2) ;================================================ ;test SXM ;watch A to unde rstand sign extension ssbx SXM ;SXM 置1, 数据读写按照符号扩展的方式, ST1=0 x2900 nop ; 防止流水线冲突， 下同 ld *AR2 , A ;((AR2))->A, A=0 xffffffff80 ;------------------------ rsbx SXM ;SXM 置0, 数据读写为无符号扩展的方式, ST1=0 x2800 nop ld *AR2 , A ;((AR2))->A, A=0 x000000ff80 ;================================================ ;test OVM ;watch A and B to unde rstand saturation ssbx SXM ;1->SXM , ST1=0 x2900 ssbx OVM ;OVM 置1, 数据运算的结果将按照32 位饱和, ST1=0x2b00 ld #0x8000 , 16, A ;#0x8000 <<16->A, A=0 xff80000000 add #0x8000 , 16, A ; 负向溢出, A=0 xff80000000 , OVA=1, ST0=0 x1c00 ;------------------------ rsbx OVM ;OVM 置0, 数据运算不饱和, ST1=0 x2900 ld #0x7fff , 16, B ;#0x7fff <<16->B, B=0 x007fff0000 add #0x7fff , 16, B ;B=0 x00fffe0000 , OVB=1, C=0, ST0=0 x1600 ;================================================ ;test C16 ;watch B to unde rstand 2-16 mode ssbx OVM ;1->OVM,ST1=0x2b00 ld #0x0001 , 16, A ;#0x0001 <<16->A, A=0 x0000010000 add #0x7fff , A ;A=0 x00017fff dst A, *AR2 ;A->(AR2), (0 x2000)=0 x00017fff ld #0x0001 , 16, A ;#0x0001 <<16->A, A=0 x0000010000 or #0xffff , A ;A=0 x000001ffff rsbx C16 ;C16 置0, 双精度模式 nop dadd *AR2 , A, B ;((AR2))+(A)->B, B=0 x0000037fffe ;------------------------ ssbx C16 ;C16 置1, 双16 位模式, ST1=0x2b80 nop dadd *AR2 , A, B ;((AR2)(39~16))+(A(39~16))->B(39~16) ,((AR2)(15~0))+(A(15~0))->B(15~0) , B=0 x000002fffe ;================================================ ;test FRCT ;watch B to unde rstand fraction mode ld #0x1234 , 16, A ;#0x1234 <<16->A, A=0 x0012340000 rsbx FRCT ;FRCT 置0, 乘法器做整数乘法, ST1=0x2b80 nop mpya *AR2 ;((AR2))*(A(32~16))->B, ((AR2)->T, B=0 x0000001234 , T=0 x0001 ;------------------------ ssbx FRCT ;FRCT 置1, 小数乘法, 结果左移一位去符号 nop mpya *AR2 ; [(( AR2))*(A(32~16))]<<1->B, B=0 x0000002468 , T=0 x0001 ;================================================ ;test TC ;watch TC to unde rstand bit test operation and corresponding flags bitf *AR2 , #0 x8000 ;((AR2))&&#0 x8000 ->TC , TC=0, ST0=0 x0600 nop nop ;------------------------ bitf *AR2 , #0 x0001 ;((AR2))&&0x0001 ->TC , TC=1, ST0=0 x1600 nop nop ;================================================ ;test C ;watch C to unde rstand max & min operation and corresponding flags ssbx SXM ;1->SXM ld #0x7fff , A ;A=0 x0000007fff ld #0x8000 , B ;B=0 xffffff8000 max A ;max((A) ,(B))->A, [(A) >(B)?1:0]->C, A=0 x0000007ffff , C=0 (A0x1600 nop nop ;------------------------ min B ;min((A) ,(B))->B, [(A) <(B)?1:0]->C, B=0 xffffff8000 , C=1 (A0x1e00 nop nop ;================================================ ;test OVA , OVB ;watch OVA to unde rstand overflow ssbx SXM ;1->SXM rsbx OVA ;clear overflow flag , ST0=0 x1a00 ld #0x7fff , 16, A ;#0x7ffff <<16->A, A=0 x007fff0000 add #0xffff , A ;A=0 x007fff0000 +0 xffffffffff =0 x007ffeffff , OVA=0, C=1, ST0=0 x1a00 nop nop ;------------------------ add #0x7fff , 16, A ;A=0 x007fffffff , OVA=1, C=0, ST0=0 x1600 nop nop ;================================================ ;lock PC in a know area when program ends infinite_loop: nop nop nop nop b infinite_loop .end 中断向量： ;Interrupt Vector Table ;Only RESET interrupt is defined .ref _c_int00 ; entry point addre ss .sect "vecto rs" int_RESET: b _c_int00 ;when reset , jump to _c_int00 ; nop ; nop .space 124*16 ;no other interrupt used , keep their space .end 链接命令及存储器映射文件： /* * Description: * Memory Allocation (TMS320C54x -ASM Source Code for Fixed Point Implementation) */ vector.obj example1.obj -o Debugexample1.out -m Debugexample1.map MEMORY { PAGE 0: EPROM: org=0xE000 , len=0x100 VECS: org=0xFF80 , len=0x80 PAGE 1: SPRAM: org=0x0060 , len=0x0020 DARAM: org=0x0080 , len=0x100 } SECTIONS { .text :> EPROM PAGE 0 .data :> EPROM PAGE 0 .bss :> SPRAM PAGE 1 STACK :> DARAM PAGE 1 vectors :> VECS PAGE 0 } 段名 未 / 已初始化 所属 PAGE 起始地址 存储区长度 STACK 未初始化 1 0x0080 256 字 .bss 未初始化 1 0x0060 32 字 .text 已初始化 0 0xe000 256 字 .data 已初始化 0 0xe000 256 字 vectors 已初始化 0 0xff80 128 字 本实验中 ST0,ST1,PMST 各相关位功能：
• ST0
– TC (ST0,D12)
测试 / 控制位，存储 ALU 位测试操作的结果
– C (ST0,D11)
进位，借位，大小比较
– OVA (ST0,D10)
累加器 A 溢出标志位
– OVB (ST0,D9)
累加器 B 溢出标志位
• ST1
– SXM (ST1,D8)
* 当 SXM 置 1 时，数据读写按照符号扩展的方式
* 当 SXM 置 0 时，数据读写为无符号扩展的方式
– OVM (ST1,D9)
* 当 OVM 置 1 时，数据运算的结果将按照 32 位饱和
* 当 OVM 置 0 时，数据运算不饱和
– C16 (ST1,D7)
* 当 C16 置 1 时，为双 16 位模式，ALU 单周期内同时完成两个加减法运算
* 当 C16 置 0 时，为双精度模式，ALU 单周期只进行一次 32 位加减法运算
– FRCT (ST1,D6)
小数模式位，当 FRCT 置 1 时，乘法器输出左移一位，已消除多余符号位
• PMST
– IPTR (PMST,D15-D7)
中断矢量指针，复位值 0x1ff

七、 调试说明

总结上机调试步骤和调试情况，分析调试中遇到的问题是如何解决的。 实验心得：
开始时尝试在 windows10 上安装 ccs3，但总是安装失败，后来在虚拟机里使用 windows xp 才成功。

实验二 数据格式转换及浮点运算实验

一、目的

  1. 了解定点数的定标方法，了解浮点数的表示方法。
  2. 掌握定点数规格化为浮点数及浮点数转换为定点数的方法。
  3. 学习利用定点 DSP 芯片完成浮点数运算的程序编写方法。
  4. 进一步掌握程序编译、连接、运行和调试的基本过程，掌握在 CCS 环境下调试程序。

二、内容

  1. 编写浮点乘法程序，完成 a1×a2=0.4×(-0.9) 的运算。
  2. 分为三步进行：将定点数规格化为浮点数；进行浮点乘法运算；将浮点数转换成定点数。
  3. 在程序中保留 10 个数据存储单元，其中：
    a（被乘数） a+1（乘数）
    b（被乘数的指数） b+1（乘数的指数）
    c（被乘数的尾数） c+1（乘数的尾数）
    ep（乘积的指数） mp（乘积的尾数）
    product（乘积） temp（暂存单元）
  4. 两浮点数相乘：尾数相乘，指数相加。
  5. 选作：完成 a1+a2=0.4+(-0.9) 的运算

三、要求

  1. 本实验要求在 PC 机的集成开发环境 Code Composer Studio（简称 CCS）及 TMS320C5402 软件仿真模型上进行。
  2. 实验参考程序：example4.asm, vectors.asm, example4.cmd
  3. 实验前要作好充分准备，可参考教材 “DSP 原理及应用”（邹彦主编）165 页 5.8 节例 5.8.1 编写程序，组织项目，分析程序中的原始数据定标格式、浮点数的表示形式和最终定点数结果，写出实验预习报告。
  4. 通过实验验证自己的分析正确否，总结实验中遇到的问题，根据实验报告的要求，认真撰写实验报告。
    四、步骤
    同实验一，将 example4.asm, vectors.asm, example4.cmd 加入到 project 中编译并加载可执行代码。

五、实验报告

  1. 程序说明 说明程序的结构和功能，对每条指令进行注释，写出执行结果。
; data format conve rsion and floating -point operation .title "example4.asm" .mmregs ;enable memory mapped registe rs stack .usect "STACK" ,100h ;set stack section .bss a1 ,1 ; a1 .bss a2 ,1 ; a2 .bss b1,1 ; the exp onent of floating -point a1 .bss b2,1 ; the exp onent of floating -point a2 .bss c1 ,1 ; the manti ssa of floating -point a1 .bss c2 ,1 ; the manti ssa of floating -point a2 .bss ep ,1 ; the exp onent of the floating -point product .bss mp ,1 ; the manti ssa of the floating -point product .bss product ,1 ; the product .bss temp ,1 ; temporary exp .data ;data seg table: ;data table .word 4*32768/10 ;a1=0.4 .word -9*32768/10 ;a2=-0.9 .def _c_int00 ; ------------------------------------------------------------------------------ .text ;text seg _c_int00: ;entry point stm #stack +100h, SP ;set stack pointer ;stm #0x01ff , PMST ;store IPTR stm #0x0000 , SWWSR ;no software wait for all memory mvpd table ,@a1 ;(a1)=0 x3333 mvpd table+1,@a2 ;(a2)=0 x8ccd ld @a1 ,16,A ;((a1)) <<16->A, A=0 x0033330000 exp A ;T=0 x0001 st T,@b1 ;(b1)=0 x0001 norm A ;A=0 x0066660000 sth A,@c1 ;(c1)=0 x6666 ld @a2 ,16,A ;((a2)) <<16->A, A=0 xff8ccd0000 exp A ;T=0 x0000 st T,@b2 ;(b2)=0 x0000 norm A ;A=0 xff8ccd0000 sth A,@c2 ;(c2)=0 x8ccd call mult ;call func mult endd:b endd ;inf loop mult:ssbx frct ;1->FRCT ssbx sxm ;1->SXM ld @b1,A ;A=0 x0000000001 add @b2,A ;A=0 x0000000001 stl A,@ep ;(ep)=0 x0001 ld @c1 ,T ;T=0 x6666 mpy @c2 ,A ;A=0 xffa3d78f5c exp A ;T=0 x0000 st T,@temp ;(temp)=0 x0000 norm A ;A=0 xffa3d78f5c sth A,@mp ;(mp)=0 xa3d7 ld @temp ,A ;A=0 x0000000000 add @ep ,A ;A=0 x0000000001 stl A,@ep ;(ep)=0 x0001 neg A ;A=0 xffffffffff stl A,@temp ;(temp)=0 xffff ld @temp ,T ;T=0 xffff ld @mp ,16,A ;A=0 xffa3d70000 norm A ;A=0 xffd1eb8000 sth A,@product ;(product)=0xd1eb, the product is -0.36 ret ;return .end ;end of program 中断向量及存储器映射命令文件除相关文件名外与实验一相同。 2. 调试说明
总结上机调试步骤和调试情况，说明调试中遇到的问题是如何解决的。
3. 总结定点数定标的方法，总结定点数规格化为浮点数及浮点数转换为定点数的方法。
总结定点数定标的方法：
定点数定标，即确定定点数小数点的位置，如 Q0 表示无小数部分，Q15 表示 16 位小数，本实验使用 Q15．
总结定点数规格化为浮点数及浮点数转换为定点数的方法：
定点数 FIXED 转为浮点数 FLOAT(e,m)，可利用 exp 指令获取指数部分 e，norm 获取规格化后的尾数部分
m，m=FIXED«e．
浮点数 FLOAT(e,m) 转为定点数 FIXED，则可将指数取负后进行 norm，向相反方向移位，FIXED=m»e．
总结实现浮点数乘法运算的方法：
浮点数乘法运算，底数相乘，指数相加，然后重新规则化以符合格式规范．

选作：完成 a1+a2=0.4+(-0.9) 的运算

主程序： ; data format conve rsion and floating -point operation ; float addition .title "example4.asm" .mmregs ;enable memory mapped registe rs stack .usect "STACK" ,100h ;set stack section .bss a1 ,1 ; a1 .bss a2 ,1 ; a2 .bss b1,1 ; the exp onent of floating -point a1 .bss b2,1 ; the exp onent of floating -point a2 .bss c1 ,2 ; the manti ssa of floating -point a1 .bss c2 ,2 ; the manti ssa of floating -point a2 .bss es ,1 ; the exp onent of the floating -point sum .bss ms ,1 ; the manti ssa of the floating -point sum .bss sum ,1 ; the sum .bss temp ,1 ; temporary .data ;data seg table: ;data table .word 4*32768/10 ;a1=0.4 .word -9*32768/10 ;a2=-0.9 .def _c_int00 ; ------------------------------------------------------------------------------ .text ;text seg _c_int00: ;entry point stm #stack +100h, SP ;set stack pointer ;stm #0x01ff , PMST ;store IPTR stm #0x0000 , SWWSR ;no software wait for all memory mvpd table ,@a1 ;(a1)=0 x3333 mvpd table+1,@a2 ;(a2)=0 x8ccd ld @a1 ,16,A ;((a1)) <<16->A, A=0 x0033330000 exp A ;T=0 x0001 st T,@b1 ;(b1)=0 x0001 norm A ;A=0 x0066660000 sth A,@c1+1 ;(c1+1)=0 x6666 ld @c1+1,A ; 符号扩展A=0 x0000006666 dst A,@c1 ;(c1)=0 x00006666 ld @a2 ,16,A ;((a2)) <<16->A, A=0 xff8ccd0000 exp A ;T=0 x0000 st T,@b2 ;(b2)=0 x0000 norm A ;A=0 xff8ccd0000 sth A,@c2+1 ;(c2+1)=0 x8ccd ld @c2+1,A ;A=0 xffffff8ccd dst A,@c2 ;(c2)=0 xffff8ccd call summ ;call func summ endd:b endd ;inf loop ; 与乘法程序类似的不再注释 summ: ; 加法子程序 ssbx SXM rsbx OVM rsbx C16 rsbx OVB ; 调整指数， 使之相同 ld @b1,A stl A,@es ; default es ; b1 - b2 ? 0 sub @b2,A bc nbaeq ,AEQ bc nbagt ,AGT ; b1 < b2 neg A stl A,@temp ; if (b2-b1 > 15) retun a2 sub #15,A bc nrb,AGT ld @temp ,T ld @c1+1,A norm A dst A,@c1 bd nbaeq ld @b2,A stl A,@es ;es = b2 ;b nbaeq nbagt: ;b1 > b2 stl A,@temp sub #15,A bc nra ,AGT ld @temp ,T ld @c2+1,A norm A dst A,@c2 ld @b1,A ;stl A,@es ;es=b1 nbaeq: ;b1 == b2 rsbx OVA dld @c1 ,A dadd @c2 ,A ;c1+c2 bc nbanov ,ANOV ; exp onent shou ld by increased by 1 ;st #0xffff ,T ;norm A sfta A,-1 ld @es ,16,B add #1,16,B bc nrbov ,BOV ;exp onent overflow sth B,@es nbanov: exp A st T,@temp ld @temp ,B sub #16,B ;we use 0x000000XXXX instead of 0x00XXXX0000 above stl B,@temp norm A sth A,@ms bc nraeq ,AEQ ; sum == 0? ld @temp ,16,B add @es ,16,B bc nrbov ,BOV ;exp onent overflow sth B,@es ; convert back ld @es ,A neg A stl A,@temp ld @temp ,T ld @ms ,16,A bd nret norm A sth A,@sum ;b nret nra: ; return a1 ld @b1,A stl A,@es ld @c1+1,A stl A,@ms bd nret ld @a1 ,A stl A,@sum ;b nret nrb: ; return a2 ld @b2,A stl A,@es ld @c2+1,A stl A,@ms bd nret ld @a2 ,A stl A,@sum ;b nret nraeq: ; return 0 ld #0,A stl A,@ms stl A,@es bd nret ld #0,A stl A,@sum ;b nret nrbov: ; exp onent overflow exception! sth B,@es ;b nret nret: ; sub program return ret .end

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