DSP开发笔记一

2023-12-25 13:39| 来源: 网络整理| 查看: 265

前言

本笔记首先对DSP的特点及其选型进行了描述，然后重点记录DSP开发环境的搭建及基础工程示例，对为DSP开发新手有一定的指导作用。

1. DSP简介 1.1 主要特点在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；快速的中断处理和硬件I/O支持；具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；可以并行执行多个操作；支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 1.2 主要厂商 TI 面向数字控制、运动控制的TMS320C2000系列；面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列；面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列 ADI 21xx系列：16位定点dsp，主要以218x和219x系列为代表，性能优异，内部RAM大，外围接口多，适合作为控制类芯片使用； SigmaDSP：完全可编程的单芯片音频DSP； blackfin系列：ADI最新推出的一款dsp，是高性能16位DSP信号处理能力与通用微控制器使用方便的性能结合； SHARC 系列：32位浮点dsp，包括前期的2106x系列，和目前的主力21160,21161系列，提供与大内存容量结合的简单浮点算法，具有高水平的浮点性能； TigerSHARC系列：从SHARC系列发展而来，比SHARC具有更高的浮点运算功能；其他 Motorola：定点DSP 处理器MC56001，浮点DSP芯片MC96002； Freescale（Nxp）：MSC8xx系列，DSP56Fxx；国产进芯电子：仿TI的c2000系列； 1.3 DSP性能参数运算速度 MIPS：百万条指令/秒，定点DSP芯片运算速度的衡量指标。 MOPS：百万操作/秒，通常操作包括CPU操作外，还包括地址计算、DMA访问数据传输、I/O操作等。一般说MOPS越高意味着乘积-累加和运算速度越快。MOPS可以对DSP芯片的性能进行综合描述。 MFLOPS：百万次浮点操作/秒，这是衡量浮点DSP芯片的重要指标。 ACS：指令周期，即执行一条指令所需的时间，通常以ns（纳秒）为单位。 FFT/FIR执行时间：运行一个N点FFT或N点FIR程序的运算时间，该指标可以作为衡量芯片性能的综合指标。运算精度 16位、32位定点：动态范围小，需要注意定标及溢出，功耗低，成本低； 32位浮点：动态范围大，编程相对简单一些，功耗高； 1.4 DSP选型其他因素外设、特定功能需求如：同步/异步串口、A/D、D/A、以太网、音频处理等；片内存储 DSP片内存储器可用来放程序和数据；封装、功耗一般定点功耗较低，当然也有低功耗版浮点dsp但其速度很低； QFP封装对底板要求较低，BGA封装需求多层板；

初次选型建议：

最先考虑C2000系列，如果满足需求，选型型号: TMS320F28335（支持FPU，150MHz，100元左右）;

其次考虑C674X系列，如TMS320C6747（375~456-MHz，3648 MIPS and 2736 MFLOPS，100元左右）；

2. DSP基础开发

从初版学习开发考虑，建议选用TI的DSP，其资源和技术支持均非常成熟。

2.1 开发环境 TI 开发工具 CCS(Code Composer Studio)，提供免费版本。编程语言汇编语言和C语言。仿真器 XDS100、XDS110、XDS200、XDS560等，通常使用性价比较高的XDS100即可。软件库 c2000系列：controlSUITE、C2000Ware(新版) 其他：有对应的sdk，如TMS320C6747，提供 PROCESSOR-SDK-C6747（包含TI-RTOS） ADI 开发工具 VISUAL DSP++，提供90天测试版（正版2w左右，每个系列对应一个版本）。编程语言汇编语言和C语言。仿真器不同系列仿真器不同；一般低性能版2000元左右；软件库 Technical Library 2.2 DSP开发环境搭建（TI）

本章搭建示例基于c2000系列，主要为裸机开发，资源有限不建议运行OS，其他系列可参考搭建。

CCS安装

经实际测试ccs版本选择应注意以下事项： ccs版本较多，win10系统不支持ccs6以下的版本； ccs6以上的版本去掉了软件仿真功能； ccs9版本只支持64位系统（该版本不能移植老版本的软件仿真功能）；

本文选择安装 ccs6

软件库安装

最新ccs9版本推荐使用 c2000ware； ccs9之前版本使用 controlSUITE；

CCS基础工程示例新建工程

新建一个基于TMS320F28335的工程，如下所示：

在这里插入图片描述

空工程组成介绍：

cmd文件

由于嵌入式DSP资源比较紧张，存在内部RAM、Flash 和外部RAM与Flash，需要人工干预来进行合理的资源分配；

链接配置文件，给出了程序空间和数据空间的设置，及编译后各程序段在程序或数据空间的具体位置。类似于IAR的 icf文件和 keil 的sct文件。

一般ccs工程有两个cmd文件，一个对寄存器进行存储映射，一个是对Flash, Ram进行存储分配。

上图中的 28335_RAM_lnk.cmd 定义了程序、数据等在Ram上的分配，即程序运行与ram，通常用于仿真调试，一般情况下直接用TI给的，不需要做修改即可满足调试用。

当程序需要下载固化时，选择 F28335.cmd。

DSP2833x_Headers_nonBIOS.cmd 这个文件就是寄存器的存储映射，当工程实际操作硬件时需要添加到工程中。

targetConfigs

仿真器的配置，直接双击文件选择使用的仿真器和对应芯片型号即可，后面讲述怎么添加软件仿真器功能。

工程添加软件库

已安装好 controlSUITE。

设备基础软件库：D:\ti\controlSUITE\device_support\f2833x\v142；

DSP2833x_common 文件夹：存放了DSP2833x 开发所需的外设、内核、DSP运算库、CMD 等文件。 DSP2833x_headers 文件夹：存放了DSP2833x 开发所需的外设头文件、带和不带BIOS CMD 等文件。

其他的应用库到时按需添加。

下面我们移植官方软件库实现简单的GPIO控制功能。

在工程目录下面 DSP2833x_Libraries 文件夹，用于存放从controlSUITE中拷贝出来的库文件。将 DSP2833x_common 和 DSP2833x_headers 拷贝到 DSP2833x_Libraries目录中。

在这里插入图片描述

在工程中新建 APP（用户应用驱动），User（用于程序），Libraries（官方库），cmd等文件夹

在这里插入图片描述

最小工程所需文件按下图所示添加到工程中

在这里插入图片描述

工程头文件路径包含

在这里插入图片描述

GPIO反转程序编写

#include"DSP2833x_Device.h" //芯片型号、外设使能相关宏定义 #include"DSP2833x_Examples.h" // /** * @brief LED使用GPIO外设初始化 */ void LED_Init(void) { EALLOW; //关闭写保护 SysCtrlRegs.PCLKCR3.bit.GPIOINENCLK = 1; // 开启GPIO时钟 //LED1端口配置 GpioCtrlRegs.GPCMUX1.bit.GPIO68=0; //设置为通用GPIO功能 GpioCtrlRegs.GPCDIR.bit.GPIO68=1; //设置GPIO方向为输出 GpioCtrlRegs.GPCPUD.bit.GPIO68=0; //使能GPIO上拉电阻 GpioDataRegs.GPCSET.bit.GPIO68=1; //设置GPIO输出高电平 EDIS; //开启写保护 } /* * @brief 主程序 */ void main(void) { InitSysCtrl(); //系统时钟初始化，默认已开启F28335所有外设时钟 LED_Init(); while(1) { GpioDataRegs.GPCTOGGLE.bit.GPIO68=1;//设置GPIO输出翻转信号 DELAY_US(1000); } }

编译没有错误，基础工程搭建成功。

CCS6添加软件仿真功能

本方法适用于从 ccs6-ccs8.

1.下载仿真功能文件链接: https://pan.baidu.com/s/1eZT7SGoGIRRsxPYCOLz3Xw 提取码: z94n

2.拷贝文件到ccs指定位置

找到CCS安装路径，将网盘中的simulator文件夹复制到CCS安装路径中的ccs_base文件夹内；

在这里插入图片描述

将网盘中的configurations文件夹复制到ccs_base\common\targetdb\文件夹下；

在这里插入图片描述

将网盘中的tisim_connection.xml复制到ccs_base\common\targetdb\connections\文件夹下；

$[外链图片转存失败(img-hM8KsLmH-1567049031067)(C:\Users\wangh\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\1566454729839.png)]$

将网盘中的devicer文件夹中的内容复制到安装路径ccs_base\common\targetdb\drivers\文件夹下；

$[外链图片转存失败(img-c7gCWnjP-1567049031067)(C:\Users\wangh\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\1566454795285.png)]$

重新打开ccs，即可为工程配置软件仿真如下：

在这里插入图片描述

接下来工程就支持软件仿真了，当然涉及到外设相关操作时会出错（比如ADC采集）。

2.3 DSP运算仿真实验专业术语功能术语 FPU：Float Point Unit，浮点运算单元； FixedPoint：定点； VCU：Viterbi and complex unit，用来执行高效 Viterbi、复杂算术运算，16 位快速傅里叶变换 (FFT) 和 CRC 算法的加速器； CLA：控制律加速器，把一些与控制系统性能息息相关的代码放到CLA中独立运行，不占用CPU时间；库术语 RTS：实时运行库，DSP编程开发，则RTS库提供C/C++代码的运行环境，不同功能可能需要选择器对应的rts库； SGEN：信号产生库；数学术语 DFT：离散傅里叶变换； FFT：快速傅里叶变换，是离散傅立叶变换的快速算法； CFFT：对复数进行fft变换； RFFT：对实序列进行fft变换； FIR滤波器：Finite Impulse Response 有限脉冲响应滤波器； IIR滤波器：无限冲激响应滤波器；正弦函数仿真显示

测试代码如下

#include "DSP28x_Project.h" // Device Headerfile and Examples Include File #include "math.h" #define PI 3.1415926 //定义圆周率 #define Fs 1000 //定义采样频率 Hz #define F1 100 //信号频率 Hz #define F2 20 #define Sample_points 1024 //采样点数 float signal1[Sample_points]; float signal2[Sample_points]; int main(void) { int i; float t; for(i=0;iGraph->FFT Magnitude，如图所示:

在这里插入图片描述

正玄函数fft变换显示如下：

在这里插入图片描述

DSP函数库实现RFFT

这一节将需要进行稍微复杂一点的操作，涉及到变量存储的分配及cmd文件修改，FFT计算原理，函数库及其运行支持库的设置，CFFT相关库函数等知识点。

#pragma DATA_SECTION

利用CCS进行DSP编程时，如果不指定变量的存储位置，那么编译器会自动给变量分配存储位置。但是，有些时候，需要将某个变量存放到某个特定的位置，这个时候就可以利用#pragma DATA_SECTION指令了。

如进行CFFT和ICFFT都要求输入的数组格式对齐，即变量存储的起始地址为2xFFTsize*sizeof(float)，例如256点的FFT变换，则变量的起始地址必须是1024的倍数，格式对齐的方式利用变量定义的方式进行。

如：

#pragma DATA_SECTION(RFFTin1Buff, "RFFTdata1"); float32 RFFTin1Buff[RFFT_SIZE];

定义 RFFTin1Buff 数组到 RFFTdata1的RAM段；

RFFTdata1再cmd文件中进行RAM分配，后面实例代码中进行说明。

#pragma CODE_SECTION

利用#pragma CODE_SECTION指令可以将程序从Flash搬到RAM中运行，从而提高程序执行速率。

这个部分后面涉及程序优化时再进行详细描述。

RFFT工程实例

1.拷贝dsp FPU运算库到工作区间，便于工程引用；

2.给工程添加dsp FPU运算库，从controlSUITE拷贝；

在这里插入图片描述

3.FPU库头文件路径引用及编译器相关设置

选择fpu运行库

在这里插入图片描述

FPU头文件路径添加

在这里插入图片描述

示例程序：

#include "DSP28x_Project.h" // Device Headerfile and Examples Include File #include "math.h" #include "float.h" #include "FPU.h" //dsp 浮点运算库 #define RFFT_STAGES 8 //RFFT运算阶数 #define RFFT_SIZE (1 Preferences-->Code Composer Studio-->Products

点击Add，添加我们安装的sdk软件包

在这里插入图片描述