DSP学习的三个阶段
2019-07-13 12:47 发布
同济研究生期间断断续续做过 TI DSP 研究，从一个对嵌入式一点也没有了解的新手到快毕业时完成一个自认为满意的项目，其中走过很多弯路，现在把我对 DSP 学习的心得和一些参考文献列出来，可能对初学者具有帮助。 实验室用的是一款闻亭的 DM642 开发板，当时这款开发板还比较新，国内中文资料很少，而且闻亭但是的例子程序均是采用 TI 的原程序，不像合众达的例子程序容易上手，所以可能合众达的板子比较适合初学者使用。 DM642是一款针对图像应用的高端 DSP ，近几年来国内应用的范围很广。对于 DSP 软件学习而言个人认为包含了 3 个方面的东西： 1 ：芯片的外设，对芯片的基本操作和简单程序运行环境。 2 ：嵌入失操作系统原理 (DSP/BIOS) 。 3 ： DSP 算法的移植和优化工作。下面分别对这三个方面做论述。 1 ：芯片的外设，对芯片的基本操作和简单程序运行。 学习 DSP 首先是要对芯片和你所用到的芯片外设的数据手册说明比较清楚，对于初学者可能在刚开始看 datasheet 时感觉很头晕，因为 datasheet 只是一些说明性的东西，他没有教你怎么去用，所以 datasheet 部分一定要结合相应的例子程序去看。对于芯片的外设操作 TI 提供了一个 CSL 的函数，帮你事先定义好了一些寄存器地址，这样就不用你去查找每个寄存器的详细地址。 现在的 C6000 程序开发大部分采用 C 语言，极少数的关键代码采用线性汇编或者汇编语言。对于一个 C 语言运行工程需要的最少元素是： 1 ： mian 函数 2 ： cmd 文件 3 ： runtime support lib 。这是让一个基于 C 语言的工程跑起来的最少条件。换句话说只要有了这三个东西我们就可以在 DSP 上做任何想做的事，但是考虑到做大型工程和复杂应用的需要，通常又要用到操作系统 DSP/BIOS 和驱动。 在阶段首先是 让一个最简单的 hell world 工程跑起来，这个工程这包含三个文件，一个 main.c 一个 CMD 文件，一个 rts.lib 。然后在查数据手册 DSP 的外设资源调试一遍，这个过程完成后几基本上手了：）。 在这个过程中需要搞明白的是一个过程，三个文件，和简单的调试方法。一个过程是 C 语言怎么生成 .out 可执行文件的过程，通常包含编译，汇编，连接三个过程。几个文件是 obj, cmd, map, 文件 Obj ， Cmd 和 Map 文件的格式在 TI 的 CCS 文挡帮助中都有详细论述。调试方面我们可可以利用防真器可以让程序在任何地方停下来，然后利用 CCS 的 Memory View 功能可以查看想要知道的 CPU 地址映射的区域。 这部分的参考资料可以查看 (1) 电子科技大学 出版的 C/C++ 语言硬件程序设计 -- 基于 TMS320C5000 系列 DSP (2) 帮助文档 2：嵌入失操作系统原理 (DSP/BIOS) 这部分就有嵌入式操作系统知识了， DSP/BIOS 是不开源的，如果想对操作系统的知识了解深入的话可以看看 uc/os-II 的原代码。嵌入式操作系统的基本原理都一样。这个完成后在把 Ti 关于 DSP/BISO 的列子程序跑一便熟悉操作系统中各个模块，如 TSK, TIMER….. 。 在熟悉完操作系统后，剩下的就是对 DSP/BISO 的驱动模型了， TI 的驱动模型采用的是 class-mini driver 模式，其中 class driver 就是一些函数接口，提供到 mini driver 的访问。其中 mini driver 实现方式根据不同的板子和芯片会不一样，建议选取一个外设资源，看懂其源代码 , 这些代码一般都在几个 c 文件内，其中最主要是 5-7 个函数的实现； mdBindDev() mdUnBindDev() mdControlChan();…………………. DSP/BIOS 的驱动比较简单，总得来说驱动可以分为 2 个部分，一部分函数硬件的初始化和控制工作，这部分相对交简单；另外一部分函数负责 I/O ， buffer 的同步工作，这部分通常要复杂的多，而且这部分函数常常和中断牵涉在一起，所以在看驱动源代码时一定要时刻知道中断什么时候发生，中断服务函数里面做了些什么，对其他函数的影响是什么等。如果能把驱动代码看一遍对于C语言提高是很大的。 这部分的参考资料可以查看 (1) DSP/BIOS user guide (2) How to write DSP device driver http://www.embedded.com/columns/technicalinsights/16700665?_requestid=176707
3 ： DSP 算法的移植和优化工作 这部分是最后工作，一般也是比较耗时间的工作。现在如果实现比较复杂的系统不做 DSP 程序的优化是肯定不行的。 DSP 程序的优化方法有很多，网上也有很多资料，但是以我实际的经验来看很多人都没有把握关键的地方，如果是复杂算法的话 DSP 优化的第一步应该是存储器优化，也就是说利用 ping-pong buffer 技术将待处理的数据分批的搬运到片内存储器中，在这个工程中要结合片内资源，设计好数据结构，并一定要考虑让数据对齐。存储器优化是 program optimization 文档中没有提及，而是在一个叫 Cache user guide 文档中说明，所以这样就造成很多人不知道原因。在完成存储器优化之后就是 program optimization 文档中所讲的方法， -o3, 数据打包， inline ，循环展开，汇编等等。 做优化的过程中一定要保证优化之前和之后的处理结果正确性，也就是说优化不能导致错误的发生，然后在尽量提高时间。 关于优化后函数运行时间的测量 TI 的有个文档里面有教你怎么测，就是利用定时器来测量函数运行的时间，另外对于运行时间本来就只有几百个 cycle 的短小汇编函数也可以利用 CCS 的 clock 功能来测时间。 总之程序优化就是一项耗时间的体力活，哈哈！ 这部分的参考资料可以查看 (1) program optimization guide (2) cache user guide
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