用C语言开发DSP嵌入式系统

　　摘要：目前很多嵌入式系统以ＤＳＰ　为构建，但是，采用汇编语言开发ＤＳＰ　系统存在开发难度大、开发周期长、维护性差等缺点，应用Ｃ　语言开发ＤＳＰ　系统是广大嵌入式开发者的迫切要求。有关单片机的Ｃ　语言开发有相当多的资料可以参考，而ＤＳＰ　系统的Ｃ　语言开发却很少见。本文以ＴＩ　公司的ＤＳＰ　器件ＴＭＳ３２０Ｆ２４Ｘ　系列为例，讲述怎样用Ｃ　语言开发一个完整的ＤＳＰ　嵌入式系统。

　　大家在开发嵌入式产品时首先会想到用控制器的汇编语言编写监控程序，主要原因是：

　　一、汇编语言生成的程序对应的二进制代码少，程序执行要比语言生成的程序快。

　　二、控制器刚问世时，没有相应的语言可供使用。

　　三、存储器的价格问题和寻址空间的限制。

　　以上所述问题目前都基本上解决了，在这就不阐述了。实际情况是：在单片机的应用领域，开发者开始使用Ｃ语言进行开发了。大家发现用语言开发嵌入式产品是如此轻松，并且Ｃ语言程序编译后的二进制代码也非常短小精练。

　　目前使用多的数字信号处理器（ＤＳＰ）是美国ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０家族，而工业控制上用的多的又是ＴＭＳ３２０Ｆ２ＸＸ系列，ＴＩ公司为每一个ＤＳＰ　芯片提供了汇编语言和Ｃ语言供开发者选用，本人一直使用Ｃ语言进行产品开发，而目前很少见到这方面的介绍，所以特撰此文以ＴＭＳ３２０Ｆ２４０为例，向各位同行推荐用Ｃ语言开发ＤＳＰ嵌入式系统。

　　１、ＤＳＰ的Ｃ语言的特殊性

　　大家在使用５１系列Ｃ语言时已经注意到，控制器的Ｃ语言和ＰＣ机上使用的Ｃ有一个显著的特点：经常要对硬件操作，程序中有大量针对控制器内部资源进行操作的语句。所以，开发者要明白怎样用Ｃ语言来操纵控制器的内部资源，既怎样用Ｃ语句操作寄存器和内部存储器等。

　　举个例子，在５１汇编中我们写　ＭＯＶ　Ａ，＃２０Ｈ，汇编程序能够识别Ａ是指累加器，而在５１　Ｃ程序中我们写　ＡＣＣ＝３２；，编译器能够识别ＡＣＣ是指累加器而不是一般的变量。即每一个寄存器都有一个专有名字供开发者使用，它们定义在一个头文件ｒｅｇ５１．ｈ　中，程序员只需在程序的开始部分用＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｒｅｇ５１．ｈ”语句将该文件包含进来即可。注意：这些寄存器的名字不能用做变量名。

　　同样，在ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的Ｃ语言中也有一个头文件Ｃ２４０．Ｈ定义各个寄存器的名称，这里摘录几条语句进行介绍。

　　比如：＃ｄｅｆｉｎｅ　ＩＭＲ　（（ＰＯＲＴ）０ｘ０００４）

　　＃ｄｅｆｉｎｅ　ＸＩＮＴ１＿ＣＲ　（（ＰＯＲＴ）０ｘ０７０７０）

　　ＩＭＲ　、ＸＩＮＴ１＿ＣＲ就对应两个寄存器，实际是寄存器的地址，用语言的说法是指针。我们也在程序的开始部分用＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｃ２４０．ｈ”语句将该文件包含进来。这样，在ＤＳＰ的Ｃ语言中使用它们只需在前面加一个星号（＊），例如，

　　＊ＩＭＲ＝０Ｘ１０１０；／＊　将１６进制数１０１０Ｈ赋给ＩＭＲ寄存器　＊／

　　＊ＸＩＮＴ１＿ＣＲ＝０Ｘ０Ａ０Ｂ０；／＊将１６进制数Ａ０Ｂ０Ｈ赋给ＸＩＮＴ１＿ＣＲ寄存器　＊／

　　开发者将ｃ２４０．ｈ这个文件打印出来，弄清楚各个寄存器的定义名称。至于不涉及硬件的语法和ＡＮＳＩ　语法一样，需要注意的是，有些ＡＮＳＩ标准中的函数在ＤＳＰ的编译器中不提供，读者可以参考ＤＳＰ编译器的Ｃ语言手册。搞清楚了这些特殊性，由汇编语言转到Ｃ语言开发是很容易的事，当然，没有汇编语言编程基础的人同样可以用Ｃ语言开发ＤＳＰ应用系统。

　　有关嵌入式系统的Ｃ语言编程可参考《单片机与嵌入式系统应用》２００１年１到６期上马忠梅的“嵌入式Ｃ编程技术”，本文不做讨论。下面只针对以ＴＭＳ３２０Ｆ２４０芯片为处理器的嵌入式Ｃ语言编程进行阐述，希望能够指导读者进行具体操作。

　　２、ＴＭＳ３２０Ｆ２４０芯片的Ｃ语言开发过程

　　简单地说，整个过程包括以下五个步骤：

　　编辑Ｃ语言源程序

　　编译源程序（注意编译参数）

　　链接目标文件（注意用ＣＭＤ文件）

　　在线仿真

　　固化程序

　　下面分别进行阐述。

　　一　源程序的编辑

　　可以用任何一个编辑器书写源程序，如ＥＤＩＴ、ＮＯＴＥＰＡＤ等，以．Ｃ为后缀存盘。源代码可以写在一个Ｃ文件中，也可写在多个Ｃ文件中，有些预定义变量和函数原型声明可以集中放在一个头文件中。

　　注意事项：不要忘记在Ｃ程序的前面用　＃ｉｎｃｌｕｄｅ　“ｃ２４０．ｈ”将寄存器定义文件包括进来。

　　二　源程序的编译

　　源程序编辑好后可以用ＤＳＰＣＬ编译程序进行编译，生成ＯＢＪ文件。

　　使用格式：　ＤＳＰＣＬ　源文件名　参数

　　例如：ＤＳＰＣＬ　ＥＸ１．Ｃ　–Ｖ２ＸＸ　–ＧＫ　–ＭＮ

　　常用参数的意义：

　　Ｖ２ＸＸ：表示Ｃ编译器选择处理器２ＸＸ系列

　　ＧＫ：保留编译生成的汇编文件（．ＡＳＭ文件）

　　ＭＮ：进行正常优化

　　其他参数请参考ＤＳＰ编译器的手册。如果有多个源文件，分别编译。每一个源文件经编译后产生一个ＯＢＪ文件和ＡＳＭ文件。

　　三　目标文件的链接

　　（一）　ＴＩ公司的ＣＯＦＦ文件格式

　　ＴＩ　公司新的汇编器和编译器创建的目标文件采用ＣＯＦＦ的目标文件格式（Ｃｏｍｍｏｎ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｆｉｌｅ　Ｆｏｒｍａｔ）采用ＣＯＦＦ格式有利于模块化编程，为管理代码段和目标系统存储器提供更加强有力和灵活的方法。基于ＣＯＦＦ格式编写汇编程序或Ｃ语言程序时，不必为程序代码和变量指定目标地址，为程序编写和程序移植提供了极大的方便。

　　ＣＯＦＦ格式的基本思想是：鼓励程序员在用汇编语言或Ｃ语言编程时运用代码块和数据块的概念。这种块称为ＳＥＣＴＩＯＮ，是目标文件中的单位。所有的块分为两大类：已初始化块和未初始化块，已初始化块包含程序代码和数据，未初始化块是为未初始化的数据在存储器中的保留块。Ｃ编译器对Ｃ程序编译后产生已初始化块和未初始化块，已初始化块如　．ｔｅｘｔ　块、　．ｃｏｎｓｔ　块、．ｃｉｎｉｔ块　；未初始化块如．ｂｓｓ　块。

　　举个例子，当程序员用Ｃ语句　ｆｌｏａｔ　ｄａｔａ［１００］；定义一个数组时不需要指定这１００个数组元素的具体位置，编译器会在数据区预留所需空间，到链接时链接器会具体定位。

　　（二）　链接器对块的处理

　　链接器对块的处理有两个功能：其一，将ＣＯＦＦ目标文件中的块用来建立程序块和数据块，并将这些块组合成可以被ＤＳＰ芯片执行的ＣＯＦＦ输出模块；其二，链接器为输出块指定存储位置。

　　链接器提供两个命令实现上述功能：ＭＥＭＯＲＹ和ＳＥＣＴＩＯＮＳ。ＭＥＭＯＲＹ命令定义目标系统的存储器，程序员可以定义每一块存储器并指定起始地址和长度；ＳＥＣＴＩＯＮＳ命令用来定义输入块的组合和输出块在存储器中的存放位置。若不用ＭＥＭＯＲＹ和ＳＥＣＴＩＯＮＳ命令，链接器采用缺省的分配算法；推荐使用这两个命令，但要注意这两个命令在ＣＭＤ文件（链接器命令文件）中使用。

　　下面分析一个ＴＭＳ３２０Ｆ２４０芯片的典型ＣＭＤ　文件。（假设文件名ＥＸ１．ＣＭＤ）

　　１、　ＣＭＤ文件的构成及其详细解释

　　ＢＯＯＴ．ＯＢＪ　／＊　Ｆ２４０的中断矢量表，参见后面的说明　＊／

　　ＥＸ１．ＯＢＪ　／＊　源程序编译后对应的目标文件　＊／

　　／＊　若程序有多个目标文件，一块写在这里　＊／

　　－ＳＴＡＣＫ　０Ｘ４００　／＊　设定系统堆栈　＊／

　　－Ｃ　／＊　ＲＯＭ初始化　＊／

　　－Ｏ　ＥＸ１．ＯＵＴ　／＊　输出的文件名　＊／

　　－Ｍ　ＥＸ１．ＭＡＰ　／＊　输出映像文件名　＊／

　　－Ｌ　ＲＴＳ２ＸＸ．ＬＩＢ　／＊　链入ＲＴＳ２ＸＸ．ＬＩＢ库　＊／

　　ＭＥＭＯＲＹ　／＊ＭＥＭＯＲＹ命令规定系统的存储器配置　＊／

　　｛

　　ＰＡＧＥ　０：ＲＯＭ０：　ｏｒｉｇｉｎ＝００００ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝００３ｆｈ　／＊　ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ　＊／

　　ＰＡＧＥ　０：ＲＯＭ１：　ｏｒｉｇｉｎ＝００４０ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝０２００ｈ　／＊ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ　＊／

　　ＰＡＧＥ　０：ＲＯＭ２：　ｏｒｉｇｉｎ＝０２４０ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝３０００ｈ　／＊　ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ　＊／

　　ＰＡＧＥ　１：ＲＡＭ＿Ｂ２：ｏｒｉｇｉｎ＝００６０ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝００２０ｈ　／＊　内部ＲＡＭ　Ｂ２　＊／

　　ＰＡＧＥ　１：ＲＡＭ＿Ｂ１：ｏｒｉｇｉｎ＝０３００ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝０１００ｈ　／＊　内部ＲＡＭ　Ｂ１　＊／

　　ＰＡＧＥ　１：ＲＡＭ＿Ｂ０：ｏｒｉｇｉｎ＝０１００ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝０１００ｈ　／＊　内部　ＲＡＭ　Ｂ０　＊／

　　ＰＡＧＥ　１：ＲＡＭ＿ＥＸ：ｏｒｉｇｉｎ＝０ｄ０００ｈ，ｌｅｎｇｔｈ＝２８００ｈ　／＊　外部扩展ＲＡＭ　＊／

　　｝

　　ＳＥＣＴＩＯＮＳ　／＊　ＳＥＣＴＩＯＮＳ　命令规定了程序中块的具体分配方法　＊／

　　｛

　　．ｖｅｃｔｏｒｓ：ｌｏａｄ＝ＲＯＭ０　／＊　规定矢量表的存放位置　＊／

　　．ｃｉｎｉｔ：　ｌｏａｄ＝ＲＯＭ１　／＊　Ｃ初始化表的存放位置　＊／

　　．ｔｅｘｔ：　ｌｏａｄ＝ＲＯＭ２　／＊　系统程序的存放位置　＊／

　　．ｂｓｓ　ｌｏａｄ＝ＲＡＭ＿Ｂ０　／＊未初始化数据的存放位置　＊／

　　．ｃｏｎｓｔ　ｌｏａｄ＝ＲＡＭ＿Ｂ１　／＊　已初始化数据的存放位置　＊／

　　｝

　　２、ＴＭＳ３２０Ｆ２４０链接时所需的中断矢量表文件

　　ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的目标文件在链接时要用到中断矢量表，中断矢量表用汇编语言编写，和具体的ＤＳＰ芯片有关，假设ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的中断矢量表对应的汇编程序为ＢＯＯＴ．ＡＳＭ，汇编后的文件名为ＢＯＯＴ．ＯＢＪ。

　　下面是一个典型的矢量表文件（假设程序名为ＢＯＯＴ．ＡＳＭ）。

　　．ｐｏｒｔ　／＊　定义中断函数的名字　＊／

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ０　／＊　中断０对应的函数名　＊／

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ１　／＊　中断１对应的函数名　，以下语句的意义相同＊／

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ２　／＊　可以将中断函数名看作中断入口地址　＊／

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ３　／＊　矢量表的存放不需程序员干预　＊／

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ４

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ５

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ６

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ７

　　．ｇｌｏｂｌ　＿ｃ＿ｉｎｔ８

　　．ｓｅｃｔ　“．ｖｅｃｔｏｒｓ”／＊用．ｓｅｃｔ命令自定义一个块，用于存放中断矢量表　＊／

　　ＲＳＶＥＣＴ　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ０　／＊　中断０发生后，程序的跳转目的地址　＊／

　　ＩＮＴ１　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ１　／＊　中断１发生后，则跳到ｃ＿ｉｎｔ１（）函数处　＊／

　　ＩＮＴ２　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ２　／＊　意义同上，下同　＊／

　　ＩＮＴ３　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ３

　　ＩＮＴ４　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ４

　　ＩＮＴ５　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ５

　　ＩＮＴ６　Ｂ　＿ｃ＿ｉｎｔ６

　　用汇编器汇编该程序，命令形式：ＤＳＰＡ　ＢＯＯＴ．ＡＳＭ　–Ｖ２ＸＸ　生成ＢＯＯＴ．ＯＢＪ文件供链接器使用。这样，我们就可以按如下形式在Ｃ源程序中编写中断函数：

　　ｖｏｉｄ　ｃ＿ｉｎｔｘ（）　／＊　ｘ为１—８中之一　＊／

　　｛

　　中断程序的Ｃ语句系列；

　　｝

　　注意事项：ｃ＿ｉｎｔ０（）是系统入口函数，用户不能编写。

　　经过上面对命令文件（ＣＭＤ文件）和中断矢量表的介绍，接下来可以链接命令文件来生成所需要的ＯＵＴ文件供ＤＳＰ芯片执行或进行软仿真。

　　命令形式：ＤＳＰＬＮＫ　ＣＭＤ文件名　例如：ＤＳＰＬＮＫ　ＥＸ１．ＣＭＤ

　　另一种情况是，不使用ＣＭＤ文件，使用缺省配置，简单介绍如下：

　　命令形式：ＤＳＰＬＮＫ　ＯＢＪ文件名　参数

　　例如　ＤＳＰＬＮＫ　ＥＸ１．ＯＢＪ　ＢＯＯＴ．ＯＢＪ　–Ｏ　ＸＸ１．ＯＵＴ　–Ｍ　ＸＸ１．ＭＡＰ

　　以上三步可以用下图描述：

　　四　程序的仿真

　　ＥＭＵＲＳＴ　仿真器复位命令

　　ＥＭＵ２ＸＸＷ　ＥＸ１．ＯＵＴ　载入ＣＯＦＦ格式的二进制代码仿真运行，有关调试器的使用限于篇幅在此就不做讨论了。

　　五　程序的固化

　　程序仿真运行正确后，需要固化到ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ中，ＴＭＳ３２０Ｆ２４０内部有１６Ｋ字的ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ可以用来固化程序，而不需要外扩ＥＰＲＯＭ（程序不大于１６Ｋ字的情况下）。

　　ＴＩ公司提供有固化程序的软件，可以通过仿真器经ＪＴＡＧ口将程序写入芯片内。目前发展了一种新的固化技术，可以通过串口写入ＤＳＰ芯片，特别适合于现场调试。下面介绍通过ＪＴＡＧ口的固化方法。

　　首先用ＥＭＵＲＳＴ命令复位调试器，然后执行下面三个批处理文件。

　　步，执行ＢＣ０．ＢＡＴ　批处理文件，将ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ　清除（ＣＬＥＡＲ），使全为０。

　　第二步，执行　ＢＥ０．ＢＡＴ　批处理文件，将ＦＬＡＳＨ　ＲＯＭ　擦除（ＥＲＡＳＥ），使全为１。

　　以上两步不需要修改软件包中自带的这两个ＢＡＴ文件。

　　第三步，执行ＢＰ１６Ｋ．ＢＡＴ　批处理文件，将自己的ＯＵＴ文件写入到ＤＳＰ内部的ＦＲＯＭ中。

　　执行这一步之前，要先修改ＢＰ１６Ｋ．ＢＡＴ，将待写入的ＯＵＴ文件替换成自己的ＯＵＴ文件，下面看一下这个批处理文件。假设软件包的安装目录为Ｃ：＼ＤＳＰ，该目录下有一个子目录ＳＲＣ。

　　ｐｒｇ２ｘｘ　－ｐ　２４０　－ｍ　０ｘ０００６　－ｗ　６　ｓｒｃ＼ｃ２ｘｘ＿ｂｐｘ．ｏｕｔ　要写入的ＯＵＴ文件

　　如果要将ＥＸ１。ＯＵＴ写入到ＤＳＰ的ＦＬＡＳＨ中，则执行下面的命令：

　　ｐｒｇ２ｘｘ　－ｐ　２４０　－ｍ　０ｘ０００６　－ｗ　６　ｓｒｃ＼ｃ２ｘｘ＿ｂｐＸ．ｏｕｔ　ｃ：＼ｄｓｐ＼ＥＸ１．ｏｕｔ

　　经过以上步骤既完成了程序固化，可以将系统放到现场实验了。

　　注意：固化程序时，ＣＰＵ的一定要工作在２０ＭＨｚ的频率下。在ＳＲＣ子目录下有一个配置文件Ｃ２４０＿ＣＦＧ．Ｉ文件，读者可以根据程序说明并结合自己系统的外部晶振频率将ＣＰＵ的工作频率设为２０ＭＨｚ（写入时的频率）。

　　结　论

　　本文以ＴＭＳ３２０Ｆ２４０的开发为例，介绍了怎样用Ｃ语言开发ＤＳＰ系统的全过程，希望对读者会有所启发和帮助。有关怎样用Ｃ语言编程使用　ＴＭＳ３２０Ｆ２４０内部其他资源（如：定时／比较器、ＡＤＣ、ＳＣＩ、ＳＰＩ、中断器）和怎样扩展ＤＳＰ的外围电路等编程技术见后面的叙述。

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