TI C54xx DSP 十天速成講義 <六> <七><八>TI C54xx DSP 十天速成講義 <六>  

實驗六 DMA實驗
實驗目的：學習DMA的原理的使用方法
實驗內容：用DMA方法接收McBSP接口語音芯片的數據



DMA是直接存儲器存取，是一種傳送不占用CPU處理時間的大批量數據傳送的有效方式。我們用以下實例來說明它的應用：



如果我們要做一個音頻處理系統，需要連續用McBSP接口的語音芯片采集若干個樣本進行處理，比如頻譜分析、音頻壓縮等。本例假設要每采集256個樣本進行一次處理。上例用的是查詢方式，占用了所有CPU資源。可以用中斷方式，結合前面的實驗不難做到，請同學們自行完成。在這個實驗中我們將介紹一個更有效的DMA傳送方式。我們比較一下用中斷方式和DMA方式的效率有何不同：
一、中斷方式：每當中緩沖串口接收一個16bit樣本的數據，觸發一次串口接收中斷，將數據轉移到一個256 
word的數據接收緩沖區并計數。當計數達到256個，即緩沖區滿時，將256個數據轉移到數據處理存儲區，并通知主程序進行處理。



二、DMA方式：我們使用一個通道自動接收McBSP傳來的數據并存入接收緩沖區，當緩沖區滿時觸發DMA中斷，將256個數據傳送到數據處理存儲區，傳送完畢觸發通知主程序進行處理。



由上比較可見，每接收一批樣本，用中斷方式將觸發256次中斷，也就是主程被打斷256次去接收數據。而用DMA方式，只在全部256個樣本全部接收完畢時發生一次中斷，這時主程序應該已經處理完上一批的數據。
進一步考慮，當數據處理完畢后還需要將數據送走，這時又可以采用另一個DMA通道完成這個任務，將CPU釋放出來等待進行下一批樣本的處理。



事實上DMA傳送并非比用CPU直接處理快，例如在內部存貯器之間傳送時，用CPU需要2cycle/word，而用DMA要4cycle/word。DMA的優勢在是把CPU解放出來做其它的事。
以下是兩個DMA通道與CPU協調工作的情況（陰影部分表示空閑）。
DMA0①①①
CPU②③ ②③ ②
DMA1 ④ ④ 
　　　　　　　　　　



①從McBSP接收數據
②DMA中斷，將數據從接收緩沖區轉移到數據處理存儲區
③對對數據進行處理
④將處理完的數據送走
估計一下各步的時間，設采樣頻率是8kHz，CPU時鐘頻率100MHz。因此一個處理周期為1/8kHz*256=32ms。
②傳送256個點至少需要256word*2cycle/word=512cycle=5.12us。
假設處理完后數據量不變，④需要256word*4cycle/word=1024 cycle=10.24us。
③所需要的時鐘周期取決于算法的復雜度了。



計算好各步所需要的時鐘周期，就可以根據情況靈活選擇如何使用DMA，例如如果CPU有足夠的空閑時間送走數據就不必要④；如果CPU仍然不足，就需要再增加個一個DMA來做②的任務。如果數據的輸出也是從McBSP輸出，還要用一個DMA通道進行McBSP的發送。
總之要合適地使用DMA通道，使用不當也會使程序變得更加復雜，例如多個DMA通道優先級的問題等等。



C54x系列有6個DMA通道，但不同型號C54x系列DSP 
DMA通道的使用不全相同，如C5402只能將DMA通道用于內部數據存貯器之間傳送、McBSP和HPI接口，而C5410可用于內部、外部數據、程序存貯器之間傳送。詳細介紹請參閱SPRU302 
TMS320C54x DSP Reference Set, Volume 5: Enhanced 
Peripherals和各DSP的數據手冊。 









TI C54xx DSP 十天速成講義 <七>  

實驗7.1 FIR
;=============================================================
; fir4.asm
;用用循環緩沖區和雙操作數尋址方法實現FIR濾波器
;先用matlab，選擇80點漢明窗設計一個截止頻率為0.2π的低通濾波器
; 本例與前不同的是系數直接引用程序存儲器的系數表
;N=5 y(n)=h0*x(n)+h1*x(n-1)+h2*x(n-2)+h3*x(n-3)+h4*x(n-4)
;=============================================================
.title "fir4.asm"
.mmregs 
.def start
;分配數據存儲區
.bss y,1 ;y
xn .usect "xn",80 ;xn
h .usect "h",80 ;h
PA0 .set 0000H ;數據輸出端口
PA1 .set 0001H ;數據輸入端口
;參數表
.data
table: .word -7,-18,-24,-22,-9,11,33,48 
;已在Matlab中轉成十六進制的小數
.word 46,20,-24,-73,-104,-97,-43,49
.word 146,204,187,81,-91,-268,-371,-337
.word -144,162,476,661,603,261,-297,-894
.word -1283,-1222,-562,697,2373,4142,5618,6456
.word 6456,5618,4142,2373,697,-562,-1222,-1283
.word -894,-297,261,603,661,476,162,-144
.word -337,-371,-268,-91,81,187,204,146
.word 49,-43,-97,-104,-73,-24,20,46
.word 48,33,11,-9,-22,-24,-18,-7



start: SSBX FRCT ;小數乘法
;把參數表復制到數據存儲區
STM #h,AR1 
RPT #79
MVPD #table,*AR1+
;把x(n)-x(n-79)賦始值0
STM #xn,AR1
RPT #79
ST #0,*AR1+



STM #xn+79,AR3 ;x(n-79)---AR3
STM #h+79,AR4 ;h(n-79)---AR4
STM #80,BK ;循環緩沖區大小80 
STM #-1,AR0 ;指針調整值-1
LD #xn,DP ;DP指向xn所在頁
PORTR PA1,@xn ;輸入數據
LD #y,DP ;DP指向y所在頁
FIR: RPTZ A,#79 ;進行一次FIR運算
MAC *AR3+0%,*AR4+0%,A;A=(AR3)*(AR4)+A, 
AR3=AR3+AR0,AR4=AR4+AR0 
STH A,@y ;保存計算結果
PORTW @y,PA0 ;輸出結果
BD FIR ;讀入下一個數據并進行下一次計算
PORTR PA1,*AR3+0% ;新數據覆蓋了最舊的數據
.end 






實驗7.2 IIR
.mmregs
.global codestart 
K_DATA_SIZE .set 256 ;輸入數據個數
K_BUFFER_SIZE .set 8 ;緩沖大小，需是2的整數次冪，并大于a、b的個數
K_STACK_SIZE .set 256 ;堆棧大小
K_A .set 3 ;a向量個數
K_B .set 4 ;b向量的個數
K_CIR .set 4 ;>=a、b的長度，也可以設為K_BUFFER_SIZE-1 



STACK .usect "stack",K_STACK_SIZE
SYSTEM_STACK .set K_STACK_SIZE+STACK



.data
DATA_DP: 
.align K_BUFFER_SIZE
bufferdatax: .space K_BUFFER_SIZE*16 ;size in bits
bufferdatay: .space K_BUFFER_SIZE*16 ;size in bits 
inputdata: .word 0
filterdata: .word 0 



.text
.asg AR2, ORIGIN
.asg AR3, INPUT
.asg AR4, FILTER
.asg AR5, OUTPUT




codestart:
SSBX FRCT
SSBX INTM
LD #DATA_DP,DP
STM #SYSTEM_STACK, SP
CALL filter_start
NOP
NOP
NOP



LOOP:
B LOOP



.def b0,b1,b2,b3,a1,a2,a3;
.def filter_start
b0 .set 1456H ;b1=0.1589 *2^15
b1 .set 3D07H ;b2=0.4768
b2 .set 3D07H ;b3=0.4768
b3 .set 1456H ;b4=0.1589
a1 .set -103AH ;a1=-0.1268
a2 .set 430FH ;a2=0.5239
a3 .set -1016H ;a3=-0.1257



;=================================================================
;濾波子程序：filter_start
;================================================================= 
.text
filter_start: 
STM #K_CIR,BK ;設置環形buffer的大小
STM #1,AR0 ;和步長
STM #inputdata,ORIGIN ;AR2
STM #bufferdatax,INPUT ;AR3
STM #bufferdatay,FILTER ;AR4
STM #filterdata,OUTPUT ;AR5
;初始化 
RPT #K_B-1-1 ;
ST #0,*INPUT+0% ;x(-1)、x(-2)、x(-3)設為0
RPT #K_A-1
ST 0,*FILTER+% ;y(-1)、y(-2)、y(-3)設為0
STM #bufferdatay,FILTER



STM #K_DATA_SIZE-1,BRC ;塊循環次數，頭三個值已經直接通過了
RPTB filter_end-1 ;塊循環結束位置
;可以把塊循環改成中斷調用，有新數據就中斷一次。 
nop ;數據從件導入點，加nop保證數據在使用前導入
nop
MVDD *ORIGIN,*INPUT ;新數據
MAR *+INPUT(-K_B+1)%
MPY *INPUT+0%,#b3,B ;B=x(n-3)*b3, i=i+1
LD B,A
MPY *INPUT+0%,#b2,B ;B=x(n-2)*b2, i=i+1
ADD B,A
MPY *INPUT+0%,#b1,B ;B=x(n-1)*b1, i=i+1 



ADD B,A
MPY *INPUT+0%,#b0,B ;B=x(n)*b0, i=i+1 



ADD B,A
MPY *FILTER+0%,#a3,B ;B=y(n-3)*a3, j=j+1 j=n-3為y的指針 



ADD B,A
MPY *FILTER+0%,#a2,B ;B=y(n-2)*a2, j=j+1 



ADD B,A
MPY *FILTER+0%,#a1,B ;B=y(n-1)*a1, j=j+1 



ADD B,A 
STH A,*FILTER ;傳送y(n)至y區, ;16位小數相乘得到的是32位小數
STH A,*OUTPUT ;傳送y(n)至結果區 ;取前16位就行了
MAR *+FILTER(-K_A+1)%
nop
nop ;數據文件導出點，加nop保證數據在導出前已更新
filter_end: NOP ;循環結束
RET
.end 






TI C54xx DSP 十天速成講義 <八>  
實驗八 程序加載
C5000 DSP沒有內部提供掉電保存程序的ROM/EPROM/Flash，上電時需要從外部加載應用程序。C5000 
DSP提供了多種程序加載方式，滿足不同應用的需要：串行加載、并行加載、HPI加載等，實際應用最多的是并行加載，本實驗主要介紹8位并行存貯器加載。
加載過程：DSP上電時，如果MP/MC引腳為低電平，則跳轉到內部ROM的FF80中斷向量表的Reset中斷，該處有一個跳轉指令轉到稱為Bootloader的加載程序執行，該程序的功能是按照一定順序查找可用的加載方式，如果找到，則開始加載應用程序，加載完畢轉向應用程序執行。
實現并行存貯器加載的關鍵是建立一個加載表(boot 
table)，該表包括：一個或多個程序代碼段、部分需要初始化的寄存器值、程序入口等信息。CCS附帶有一個應用程序(C5000系列是hex500.exx)可以把.out程序轉成.hex格式的加載表，然后可以燒錄到非易失性存貯器中，如OTP/EPPOM/EEPROM/Flash中。
具體步驟：
1.修改項目的編譯選頂，使其生成可以轉化成加載表的.out文件格式
2.為hex500.exe建立一個配置文件
3.用hex500.exe把*.out轉化成加載表*.hex
4.在.hex未尾加上加載表起始地址
5.燒錄到非易失性存貯器中
6.安到目標板上進行加載實驗



各步驟詳述如下：
1.修改項目的編譯選頂，使其生成可以轉化成加載表的.out文件格式
在Project/Build Option…/Complier 里面加一個選項：-v548，或在Basic/Process 
verson一欄中填寫：548，然后點確定。
注意：如果不加這個選項，用hex500程序轉化出來的hex文件無法加載。
2.為hex500.exe建立一個配置文件
這個配置文件包含了hex500程序執行所需要的選頂，下面是一個樣板配置文件hex.cmd：
sample.out /* 待轉化的程序文件*/
-map hex.map /* 生成一個map文件便于查看轉化結果*/
-o hex.hex /* 輸出文件名*/
-i /* 輸出文件為Intel Hex 文件格式 */
-memwidth 8 /* 目標系統的存貯器為8位*/
-romwidth 8 /* 存貯器芯片的位寬為8位*/
-boot /* 生成加載表*/
-bootorg 0000h /* 加載表在存貯芯片中的起始位置*/
-e 80h /* 程序入口，即加載完畢后跳轉執行程序位置 */



初學者容易弄錯的是memwidth、romwidth和bootorg這三個選項。不同存貯器配置下設置不同，并且要注意的是上文注釋的(包括TI資料中的解釋)是程序脫機燒寫的設置，而在系統燒錄(EEPROM、Flash、NVSRAM可以支持)與脫機燒寫又會有所不同。
脫機燒寫指的是將存貯芯片放置在編程器里燒寫，優點是直接可以利用hex500轉化出來的hex文件，缺點是普通編程器無法燒寫貼片封裝的芯片。
在系統燒寫相對靈活，但對不同系統，不同芯片需要編寫專用的燒錄程序，并且需要將hex文件進一步進行格式轉換成燒錄程序可以識別的程序。
不同情況設置方法如下表：
存貯器配置方案脫機燒寫在系統燒寫
8位存貯器-memwidth 8
-romwidth 8
16位存貯器-memwidth 16
-romwidth 16
兩片8位貯器并行組成16位存貯器-memwidth 16
-romwidth 8-memwidth 16
-romwidth 16
bootorg芯片中的起始地址系統中的起始地址



3.用hex500.exe把*.out轉化成加載表*.hex
在dos窗口下執行：hex500 hex.cmd
如果hex500.exe與hex.cmd以及待轉化的程序文件不在同一目錄下，需加上路徑或設置path環境變量。



4.在FFFFH加上加載表起始地址
當開始并行加載時，Bootloader程序會在外部程序空間的FFFFH(如果是8位系統，同時也會查FFFEH)尋找加載表的地址，如果熟悉hex文件格式可以直接在hex文件末尾加一條紀錄，也可以燒錄器軟件中加。



應用實例：
本實驗箱是用于程序加載的是8位EPROM或EEPROM，可以用脫機方式，如用EEPROM也可以用在系統方式。Hex500程序的配置文件如前hex.cmd文件，只需要把第一行的sample.out換成實際的程序名稱。EPROM/EEPROM在程序空間的地址為8000H，并且由于是8位系統，則要在FFFEH和FFFFH的值分別設為80H、00H。可以在生成的.hex文件倒數第二行加上：
:027FFE00800001
也可以在燒錄器軟件中修改FFFEH-FFFFH處的值，然后就可以燒寫了。
燒寫好后，將芯片安置在IC座中，確認MP/MC跳線置為低電平，INT3、INT2的跳線置于懸空后，打開電源，就可以看到程序運行的狀況。