原创 DSP编程的几个关键问题

西安电子科技大学信息科学研究所（710071）　李忠

中国航天504研究所 李峰

摘要：对DSP串口的DMA传输方式使用中可能遇到的疑难问题、汇编指令歧义及C语言混合编程容易犯的错误作了列举分析，对Bootload编程的疑难点做出了实例解释。

关键词：汇编指令的歧义　Bootload Bug McBSP Multi-Frame

DSP芯片凭其优异的性能在高速计算领域有着巨大的应用前景。但其应用所涉及的知识非常庞杂。本文以TI公司的320C54X系列为蓝本进行提纯，所有认识都是笔者在实际工作中亲手实践所得。当程序调不通不知该从何处下手时，此文也许会有所帮助。这些关键点有些是TMS320C5409所独有而有些是与DSP所共有的。

1 McBSP(Multichannel Buffered Serial Port)串口利用DMA中的多帧(Multi-Frame)方式通信的中断处理

在实际通信应用中，一个突发之后，程序必须为下一个突发作准备。因此一般采用串口的DMA多帧方式进行发送，在中断处理程序中或停止发送或加载数据。但在串口以DMA方式传输数据时却有一些问题要讨论。首先DMA的传输同步事件应设为McBSP的传输事件即XEVT，这样一字节传输后会自动准备另一字节(McBSP的READY上升沿触发DMA传输)。中断发生时意味着一个块已传完，这时DMA 的使能自动关闭，McBSP的READY将一直保持高状态。但是在下一次突发传输直接使能DMA时却启动不了传输(相信会有许多人遇到此类问题)。这是因为无法产生McBSP触发启动所需的READY上升沿。解决办法是在中断程序中先关闭McBSP的发送，使READY=0，随后在程序中发送使能DMA，再打开McBSP的发送即可。如先打开McBSP的发送后打开DMA，也是不会工作的。因为McBSP的READY已经由0变到1了，无法再产生READY上升沿。

2 关闭DMA与关闭McBSP的区别

在通信领域，为了充分利用DSP的片上外设资源，常常利用DMA把从串口来的数据或要发的数据放入缓冲区，再处理。对DMA而言，只要其在数据缓冲区的指针指向了中断应发生的位置，就产生中断。但此时最后一个数据只是进入了McBSP而并未真正发出去，所以在传送结束的中断程序中只能关闭DMA 不能关闭McBSP。因为此时McBSP的发寄存器 DXR中还有一个字没有发出。

3 McBSP串口配置的关键时序

主要是寄存器SPCR2 的配置：在保持RRST、XRST、FRST各位为0的前提下，配置好其它串口控制寄存器。等待至少2个CLKR/T时钟以确保DSP内部的同步。

(1)可以向DXR装载数据或使能DMA。

(2)使能GRST(GRST=1)(如果需要DSP内部产生采样时钟)。

(3)使能RRST或XRST，注意此时要保证SPCR中仅有此一位发生改变。

(4)使能FRST(FRST=1)(如果需要DSP内部产生帧同步)。

(5)等待2个R/T CLK时钟周期后，收或发端便会有效。

4 汇编语言程序中的变量

汇编语言程序中的公用变量应在文件中定义，如.def carry.汇编语言程序中使用的局部变量不需定义，可直接声明，例如 trn_num .word 00h。如果在两个asm文件中有两个都没有定义的同名变量，则编译程序会认为他们不是同一变量。在汇编程序的开头应有.mmregs宏语句。它一方面表示对默认定义的确认(ah,bh,trn等)，另一方面可以对所用寄存器重新定义。如：

.mmregs

DMPREC .set 54h ;定义DMA优先和使能寄存器地址在54h

DMSA .set 55h

DMSDN .set 57h

DXR10 .set 23h ;定义串口1的发送寄存器地址在23h

5 ST1寄存器中CPL位的影响

CPL位是编译模式控制位，它表示在相对直接寻址时采用哪种指针。当CPL=0时，使用页指针DP；当CPL=1时，使用堆栈指针SP。实际使用中二者没什么差别，但使用SP寻址的程序更易读。在程序中经常使用CPL=1。

6 指令的歧义

6.1 比较下面指令

STLM B,AR4 ;把bl内容送入寄存器AR4 (×)

STLM B,*AR4 ;把bl内容送入寄存器AR4(√)

前者实际执行的是把bl内容送入一个系统用的缓冲区，后者也可用：

MVDM BL,AR4 ;把bl内容送入寄存器AR4 (√)

其他易导致歧义的语句还有：

LD AR5,A ;把AR5的内容送入寄存器A (×)

LDM AR5,A ;把AR5的内容送入寄存器A(√)

ANDM #0x107e，AR4;把#107e加到寄存器 AR4 (×)

ANDM #0x107e，*AR4; 把#107e加到寄存器 AR4 (√)

仅对某些寄存器有效的指令：

MVDD * AR2+,*AR3+ ;把以AR2为地址的内容拷入AR3的地址中

此类指令用作数据块搬移特别有效，但仅对AR2、AR3、AR4、AR5有效。
易错语句中对程序运行危害最大的是：

ST #0 (bsp0_out_sign)

;bsp0_out_sign 是一个变量名(√)

STM #0,bsp0_out_sign

；此语句被编译为STM #0,PMST或STM #0,IMR （×）

这种语句会导致程序运行中的随机故障，且极难发现。

6.2 流水冲突

分析以下程序：

STM to-dce-buff, AR4

LDM AR4,B

ADD A,B ；B=AR4+AL

MVDM BL,AR4 ；AR4=to-dce-buff+AL

实际上，上段程序得不到AR4=to-dce-buff+AL 的结果。这是因为DSP一般采用深度为3~6级的流水结构，产生了无法解决的冲突，所以它不能被正确执行。解决的办法是在赋值和引用之间插入一条或几条其他的指令，或NOP语句即可。

7 汇编与C语言混合编程的关键问题

7.1 C程序变量与汇编程序变量的共用

为了使程序更易于接口和维护，可以在汇编程序中引用与C程序共享的变量：

.ref_to_dce_nun ,to_dte_num,_to_dce_buff,_to_dte_buff

在汇编程序中引用而在C程序可直接定义的变量：

unsigned char to_dte_buff[BUFF_SIZE];

//DSP发向PC机的数据

int to_dte_num; //缓冲区中存放的有效字节数

int to_dte_store; //缓冲区的存放指针

int to_dte_read; //缓冲区的读取指针

这样经过链接就可完成对应。

7.2 程序入口问题

在C程序中，程序的入口是main()函数。而在汇编程序中其入口由 .cmd 文件中的命令决定，如：-e main_start；程序入口地址为main_start。这样，混合汇编出来的程序得不到正确结果。因为C到ASM的汇编有默认的入口c-int00，从这开始的一段程序为C程序的运行做准备工作。这些工作包括初始化变量、设置栈指针等，相当于系统壳不能跨越。这时可在 .cmd文件中去掉语句：-e main_start。如仍想执行某些汇编程序，可以C函数的形式执行，如：

main_start(); //其中含有其他汇编程序

但前提是在汇编程序中把_main_start作为首地址，程序以rete结尾(作为可调用的函数)的程序段，并在汇编程序中引用_main_start，即 .ref mainstart。

7.3 移位问题

在C语言中把变量设为char型时，它是8位的，但在DSP汇编中此变量仍被作为16位处理。所以会出现在C程序中的移位结果与汇编程序移位结果不同的问题。解决的办法是在C程序中，把移位结果再用0X00FF去"与"一下即可。

7.4 堆栈问题

在汇编程序中对堆栈的依赖很小，但在C程序中分配局部变量、变量初始化、传递函数变量、保存函数返回地址、保护临时结果功能都是靠堆栈完成。而C 编译器无法检查程序运行时堆栈能否溢出。所以应尽量多给堆栈分配空间。C编译器的默认大小为1KB。在程序不正常跑飞时应注意检查是否堆栈溢出。

7.5 程序跑飞问题

编译后的C程序跑飞一般是对不存在的存储区访问造成的。首先要查.MAP文件并与memery map图对比，看是否超出范围。如果在有中断的程序中跑飞，应重点查在中断程序中是否对所用到的寄存器进行了压栈保护。如果在中断程序中调用了C 程序，则要查汇编后的C程序中是否用到了没有被保护的寄存器并提供保护(在C程序的编译中是不对A、B等寄存器进行保护的)。

8 命令文件的编写

在编辑 .cmd文件时编译连接器默认：page 0就是ROM区，page 1就是RAM区。下列段必须放在ROM区。

.text load="PROG" PAGE 0 ;程序段

.const load="data" PAGE 0 ;常数段

.cinit load="dtta" PAGE 0 ;初始化段

.switch load="data" PAGE 0 ;switch指令常数表

值得注意的是尽量不要用FILL选项，一旦进行填充会使生成的.out文件增大甚至超过内部的存储空间而无法Bootload。

9 Bootload问题

一般都采用从EPROM引导，但通常很费脑筋。下面介绍一下可为54X系列DSP内部引导程序识别的EPROM存储结构，如表1所示。

假使已经生成了 .out文件，生成时必须带有芯片，此处为MS320VC5409，版本参数如：asm500 init_54x-v548)。

.hex文件与EPROM的存储空间相对应，其生成的参数由.cmd文件决定。下面以实例介绍.cmd文件中的参数编写及意义。

cdpd.out ;将cdpd.out 文件转换成.hex文件

-SWWSR 7fffh ;将外部设备的等待时间设为7个等待状态

-BSCR 0f800h ;设置4K为一页，页面切换时插入1个等待状态

-o cdpd.hex ;转换成cdpd.hex文件

-i ;intel格式

-boot ;把所有的程序块装入EPROM

-bootorg 8000h ;从EPROM存储器的8000h处开始写入程序内容

-memwidth 8 ;系统数据宽度转为8位，以避免生成2个文件

-romwidth 8 ；EPROM数据宽度为8位

-e 0840h ；从0840h开始执行程序

-map wfcdpd.mxp ；生成EPROM存储器占用映射

这时生成的cdpd.hex可以直接写入EPROM。需要说明320C5409的外部RAM范围是从8000h~FFFFh，所以设首地址为8000h。但是对C54X系列而言，其转换有个BUG，即它总是不能在0XFFFF处写入从外部EPROM存储器装载的开始地址，只好自己填入。对本例而言在0XFFFE处写0X80，在0XFFFF处写0X00。

参考文献

1 Texas Instruments Inc.TMS320C54X DSP Reference Set Volume
5：Enhanced peripherals

2 Texas Instruments Inc.TMS320C54X Assembly Language Tools User's Guide

3 TMS320VC5409 Bootloader Technical Reference

4 Texas Instruments Inc.TMS320C54X DSP Reference Set volume 1: CPU and Peripherals

5 Texas Instruments Inc. TMS320C6000 McBSP as a TDM Highway