1、1,DSP技术及应用,Digital Signal Processor数字信号处理器,第五章 汇编语言编程举例,第一节汇编语言编程的基本方法 第二节 用DSP实现FIR和IIR滤波器第三节 DSP的浮点运算方法,第一节 汇编语言编程的基本方法,1堆栈的使用,1.压入数据时，堆栈从高地址向低地址增长。2.压栈时指针先减，SP-1，再压入数据；3.出栈时，先弹出数据后，再SP+1。4.如要用堆栈，必须先设置，后使用。,要点,例5-1 设计一存储空间为100个单元的堆栈。size .set 100 ；设置堆栈空间的 ；大小为100stack .usect “STK”,size ；设置堆栈段的首地址
2、；和堆栈空间 STM #stack+size,SP ；将栈底地址指针送 ； SP，对其初始化,传送速度比加载和存储指令要快；传送数据不需要通过累加器；可以寻址程序存储器；与RPT指令相结合（重复时，这些指令都变成单周期指令），可以实现数据块传送。,2 数据块传送,特点,（1）数据存储器数据存储器 这类指令有：MVDK Smem,dmad 指令的字数/执行周期 2/2MVKD dmad,Smem；Smem=dmad 2/2MVDD Xmem,Ymem ；Ymem=Xmem 1/1（2）程序存储器数据存储器 这类指令有：MVPD pmad,Smem ；Smem=pmad 2/3MVDP Smem,
3、pmad ；pmad=Smem 2/4pmad为16位立即数程序存储器地址；dmad为16位立即数数据存储器地址；Smem为数据存储器地址；Xmem、Ymem为双操作数数据存储器地址，Xmem从DB数据总线上读出。Ymem从CB数据总线上读出。,（3）数据存储器MMR 这类指令有：MVDM dmad,MMR ；指令的字数/执行周期 2/2MVMD MMR,dmad ；dmad=MMR 2/2MVMM mmrx,mmry ；mmry=mmrx 1/1（4）程序存储器（Acc）数据存储器 包括：READA Smem ；Smem=prog(A) 1/5WRITA Smem ；prog(A)= Sme
4、m 1/5 mmrx,mmry为AR0AR7或SP； MMR为任何一个存储器映象寄存器；,例5-6 将数组x5 初始化为1,2,3,4,5。.data ；定义初始化数据段起始地址TBL: .word 1,2,3,4,5 ；为标号地址TBL ；开始的5个单元赋初值 .sect “.vectors” ；定义自定义段，并获 ；得该段起始地址 B START；无条件转移到标号为START的地址 .bss x,5 ；为数组x分配5个存储单元 .text ；定义代码段起始地址START:STM #x,AR5 ；将x的首地址存入AR5 RPT #4 ；设置重复执行5次下条指令 MVPD TBL,*AR5+
5、；将TBL开始的5个值传给x,（1）程序存储器数据存储器,例5-7 将数据存储器中的数组x10复制到数组y10。 .title “cjy1.asm” ；为汇编源程序取名 .mmregs ；定义存储器映象寄存器STACK .usect “STACK”,30H；设置堆栈 .bss x,10 ；为数组x分配10个存储单元 .bss y,10 ；为数组y分配10个存储单元 .datatable:.word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 .def start ；定义标号start .text,（2）数据存储器数据存储器,start:STM #0,SWWSR ；复位SWWSR STM #STA
6、CK+30H,SP；初始化堆指针 STM #x,AR1 ；将目的地首地址赋给AR1 RPT #19 ；设定重复传送的次数为20次 MVPD table,*AR1+ ；程序存储器传送到数 ；据存储器 STM #x,AR2 ；将x的首地址存入AR2 STM #y,AR3 ；将y的首地址存入AR3 RPT #19 ；设置重复执行20次下条指令 MVDD *AR2+,*AR3+；将地址x开始的20个值 ；复制到地址y开始的20个单元end: B end .end,例5-2 编写求解加、减法的程序，计算z=x+y-w。SUM1：LD x,A ；将x地址的内容送A ADD y,A ；将y地址的内容与A中x
7、值相加 SUB w,A ；将A中的内容与w 相减，得z STL A,z ；将A的的计算值存入z 地址中例5-3 写求解直线方程的程序，计算y=mx+b。 SUM2：LD m,T ；将m 地址的内容送T MPY x,A ；将x 地址的内容与T中的m相乘， ；结果送A ADD b,A ；将A中的mx与b 地址的内容相加， ；结果送A STL A,y ；将A的的计算结果存入y 地址中,3 加、减法和乘法运算,用间接寻址方式获得操作数，且辅助寄存器只用AR2AR5；占用程序空间小；运行速度快。,4双操作数乘法,特点,例5-8 编制求解 的程序。利用双操作数指令可以节省机器周期。迭代次数越多，节省的机器
8、周期数也越多。本例中，在每次循环中，双操作数指令都比单操作数指令少用一个周期，节省的总机器周期数=1T*N（迭代次数）=NT。,单操作数指令方案 双操作数指令方案 LD #0,B LD #0,B STM #a,AR2 STM #a,AR2 STM #x,AR3 STM #x,AR3 STM #19,BRC STM #19,BRC RPTB done-1 RPTB done-1 LD *AR2+,T；1T MPY *AR2+,*AR3+,A；1T MPY *AR3+,A；1T ADD A,B ；1T ADD A,B ；1Tdone:STH B,y done:STH B,y STL B,y+1 S
9、TL B,y+1,在单个周期内同时利用C总线和D总线，得到32位操作数。,5长字运算,特点,使用长操作数指令时，按指令中给出的地址存取的总是高16位操作数。这样，有两种数据排列方法：（1）偶地址排列法 指令中给出的地址为偶地址，存储器中低地址存放高16位操作数。如： DLD *AR3+,A执行前：A=00 0000 0000 执行后：A=00 6CAC BD90 AR3=0100 AR3=0102 （0100h）=6CAC（高字） （0100h）=6CAC （0101h）=BD90（低字） （0101h）=BD90,（2）奇地址排列法 指令中给出的地址为奇地址，存储器中低地址存放低16位操作数
10、。如： DLD *AR3+,A执行前：A=00 0000 0000 执行后：A=00 BD90 6CAC AR3=0101 AR3=0103 （0100h）=6CAC（低字） （0100h）=6CAC （0101h）=BD90（高字） （0101h）=BD90推荐采用偶地址排列法，将高16位操作数放在偶地址存储单元中。如： 程序存储器 .long 12345678 h ；偶地址：1234 ；奇地址：5678 数据存储器 .bss xhi, 2, 1, 1 ；偶地址：xhi ；奇地址：xlo 变量名称 字长 页邻接 偶地址排列法,例5-9 计算Z32=X32+Y32。标准运算 长字运算 LD x
11、hi,16,A DLD xhi,A ADDS xlo,A DADD yhi,A ADD yhi,16,A DST A,zhi ADDS ylo,A （3个字，3个T） STH A,Zhi STL A,Zlo（6个字，6个T）,(1)并行运算指同时利用D总线和E总线。其中，D总线用来执行加载或算术运算，E总线用来存放先前的结果。(2)并行指令都是单字单周期指令。(3)并行运算时所存储的是前面的运算结果，存储之后再进行加载或算术运算。(4)并行指令都工作在累加器的高位。,6并行运算,特点,表5-1 并行指令举例,例5-10 编写计算z=x+y和f=d+e的程序段。在此程序段中用到了并行存储/加载指
12、令，即在同一机器周期内利用E总线存储和D总线加载。 数据存储器分配如图5-4所示。 .title “cjy3.asm” .mmregsSTACK .usect “STACK”,10H .bss x,3 ；为第一组变量 ；分配3个存储单元 .bss d,3 ；为第二组变量 ；分配3个存储单元 .def start .datatable: .word 0123H,1027H,0,1020H,0345H,0,.text start:STM #0,SWWSR STM #STACK+10H,SP STM #x,AR1 RPT #5 MVPD table,*AR1+ STM #x,AR5 ；将第一组变量的
13、首地址传给AR5 STM #d,AR2 ；将第二组变量的首地址传给AR2 LD #0,ASM ；设置ASM=0 LD *AR5+,16,A ；将x的值左移16位放入A的高端字 ADD *AR5+,16,A ；将y值左移16位与A的高端字x相加 ST A,*AR5 ；将A中的和值右移16位存入z中 LD *AR2+,B ；将d的值左移16位放入B的高端字 ADD *AR2+,16,B ；将e值左移16位与B的高端字d相加 STH B,*AR2 ；将B的高端字中的和值存入f中end: B end .end,9小数运算,整数运算的问题（1）两个16位整数相乘，乘积总是“向左增长”。这意味着多次相乘后
14、，乘积将会很快超出定点器件的数据范围。（2）保存32位乘积到存储器，要开销2个机器周期以及2个字的存储器单元。（3）由于乘法器都是16位相乘，因此很难在后续的递推运算中，将32位乘积作为乘法器的输入。小数运算的优点（1）乘积总是“向右增长”。这就味着超出定点器件数据范围的将是不太感兴趣的部分。（2）既可以存储32位乘积，也可以存储高16位乘积，这就允许用较少的资源保存结果。（3）可以用于递推运算。,小数运算与整数运算的比较,C54x采用2的补码表示小数，其最高位为符号位，数值范围从-11。一个16位2的补码小数（Q15格式）的每一位的权值为： MSB（最高位） LSB（最低位） -1. 1/2
15、 1/4 1/8 2-15一个十进制小数乘以32768之后再将其十进制整数部分转换成十六进制数，就能得到这个十进制小数的2的补码表示了。1 7FFFh0.5正数：乘以32768 4000h0 0000h-0.5 负数：其绝对值部分乘以32768，再取反加1 C000h-1 8000h,（1）小数的表示方法,在汇编语言中，是不能直接写入十进制小数的，可写为整数运算式。如果要定义一个系数0.707，可以写成：.word 32768*707/1000不能写成32768*0.707。,注意,Q格式表示法,在Q格式中，Q之后的数字（如Q15格式中的15）决定小数点右边有多少位二进制位，故Q15表示在小数
16、点后有15位小数。当用一个16位的字来表示Q15格式时，在MSB（最高位）的右边有一个小数点，而MSB表示符号位。所以Q15的表示数字可表示范围从+1（以+0.999997表示）到-1的值。,通过合适的Q格式，可以把数值根据所需的精确度做适当地转换，以便定点数的DSP也可以处理高精度的浮点数。下面以Q15为例，说明转换的过程。1） 先确定准备转换的十进制数值N，是在Q15格式的数值范围之间，即-1.000000N+0.999997。2）数值N乘以215，即N=N215=N327683）把步骤2）的结果加216，即N=N+216=N+65536。4）步骤3）的结果转换成十六进制，并把第17位舍弃
17、掉，得到的结果就是N的Q15转换值。,下面通过把-0.2345及+0.2345转换成Q15格式来说明转换方法。-0.2345的转换为：-0.234532768=-7684.1-7684-7684+65536=5785257852转换成十六进制数值为0E1FCh，所以结果为E1FCh。+0.2345的转换为：0.234532768=7684.176847684+65536=7332073320转换成十六进制数值为11E04h，并把第17位舍弃掉，结果为1E04h。,以字长为4位和8位累加器为例，先看一个小数乘法的例子。 0 1 0 0（0.5230.5=（4）10=（0100）2） 1 1 0
18、1（-0.37523（-0.375）=（-3）10 0 1 0 0 =（1101）补） 0 0 0 0 0 1 0 01 1 0 0 （-0100）1 1 1 0 1 0 0 （-0.1875=-12/26-12=（1110100）补）,（2）小数乘法与冗余符号位,上述乘积是7位，当将其送到8位累加器时，为保持乘积的符号，必须进行符号位扩展，这样，累加器中的值为11110100（-0.09375=-12/27），出现了冗余符号位。原因是： S x x x （Q3） S y y y （Q3）S S z z z z z z （Q6格式）即两个带符号数相乘，得到的乘积带有2个符号位，造成错误的结果。
19、同样，对于两个十六位数相乘，乘积只有30位，在最高的两位也是符号位，同样会造成错误的结果。,解决冗余符号的办法是：在程序中设定状态寄存器ST1中的FRCT（小数方式）位1，在乘法器将结果传送至累加器时就能自动地左移1位，累加器中的结果为：zzzzzz0（Q7格式），即11101000（-0.1875=-24/27-24=（11101000）补），自动地消去了两个带符号数相乘时产生的冗余符号位。所以在小数乘法编程时，应当事先设置FRCT位：SSBX FRCT MPY *AR2,*AR3,ASTH A,Z这样，C54x就完成了Q15*Q15=Q15的小数乘法。,例5-13 编制计算 的程序段，其中
20、数据均为小数：a1=0.1,a2=0.2,a3=-0.3,a4=0.4,x1=0.8,x2=0.6,x3=-0.4,x4=-0.2。 .title “cjy4.asm” .mmregsSTACK .usect “STACK”,10H .bss a,4 ；为a分配4个存储单元 .bss x,4 ；为x分配4个存储单元 .bss y,1 ；为结果y分配1个存储单元 .def start .data ；定义数据代码段,table: .word 1*32768/10 ；在table开始的8个.word 2*32768/10 ；地址放数据 .word -3*32768/10 .word 4*32768/
21、10 .word 8*32768/10 .word 6*32768/10 .word -4*32768/10 .word -2*32768/10,.text ；定义可执行程序代码段start:SSBX FRCT ；设置FRCT位，表示进行小数乘 STM #x,AR1 ；将x的首地址传给AR1 RPT #7 ；重复8次下条指令 MVPD table,*AR1+ ；将程序空间8个数传给数据存储器 STM #x,AR2 ；将数据存储器第一个数x1的地址传给AR2 STM #a,AR3 ；将数据存储器第五个数a1的地址传给AR3 RPTZ A,#3 ；将A清零，重复4次下条指令 MAC *AR2+,*
22、AR3+,A ；执行乘法累加和，结果放在A中 STH A,y ；将A的高端字存入结果y，低端字省去end: B end ；原处循环等待 .end 结果y=0x1EB7。转换为十进制数：y=（1163+14162+11161+7160）/32768=0.24,10 除法运算,方法：减法指令加重复指令实现无符号运算,（1）当被除数除数 此时商为小数。,（2）当被除数除数时 商为整数。,第三节 用DSP实现FIR滤波器,1FIR滤波器基本概念,1. FIR滤波器没有反馈回路，因此它是无条件稳定系统，其单位冲激响应h（n）是一个有限长序列。2. FIR滤波算法实际上是一种乘法累加运算。,要点,2.用线
23、性缓冲区法实现z-1 的FIR滤波器设计,对于N级的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个称之为滑窗的N个单元的缓冲区，存放最新的N个输入样本；从最老的样本开始，每读一个样本后，将此样本向下移位，读完最后一个样本后，输入最新样本至缓冲区的顶部。用线性缓冲区实现z-1的优点是，新老数据在存储器中存放的位置直接明了。,特点,C54x片内没有I/O资源，CPU通过外部译码可以寻址64K的I/O单元。有两条实现输入和输出的指令：PORTR PA,Smem ；将为PA的端口内容送 ；数据存储器SmemPORTW Smem,PA ；将地址为Smem的数据 ；存储器内容送端口PA,数据的输入/输出,N=6的线
24、性缓冲区存储器图,使用存储器延时指令DELAY，可以将数据存储单元中的内容向较高地址的下一单元传送。实现z-1的运算指令为：DELAY Smem ；（Smem）Seme+1，即数据存储 ；器单元的内容送下一高地址单元DELAY *AR2 ；AR2指向源地址，即将AR2所指单 ；元内容复制到下一高地址单元中,存储器的延时操作,延时指令与其它指令的结合,LT+DELAYLTD指令 ；单数据存储器的值装入 ；T寄存器并送下一单元延时MAC+DELAYMACD指令 ；操作数与程序存储器值相乘 ；后累加并送下一单元延时,例5-25 编写N=5，y（n）=a0*x（n）+a1*x（n-1）+a2*x（n-
25、2）+a3*x（n-3）+a4*x（n-4）的计算程序。先将系数a0a4存放在数据存储器中，然后设置线性缓冲区，用以存放输入和输出数据。,(1)用线性缓冲区和直接寻址方法实现FIR,线性缓冲区安排,.title “FIR1.ASM” ；定义源程序名 .mmregs ；定义存储器映象寄存器 .def start ；定义语句标号start .bss y,1 ；为结果y预留1个单元的空间XN .usect “XN”,1 ；在自定义的未初始化段“XN”XNM1 .usect “XN”,1 ；中保留5个单元的空间XNM2 .usect “XN”,1XNM3 .usect “XN”,1 XNM4 .use
26、ct “XN”,1A0 .usect “A0”,1 ；在自定义的未初始化段“A0”A1 .usect “A0”,1 ；中保留5个单元的空间A2 .usect “A0”,1A3 .usect “A0”,1A4 .usect “A0”,1PA0 .set 0 ；定义PA0为输出端口PA1 .set 1 ；定义PA1为输入端口,.datatable: .word 1*32768/10 ；假定程序空间有五个参数 .word -3*32768/10 .word 5*32768/10 .word -3*32768/10 .word 1*32768/10 .textstart: .SSBX FRCT ；设置
27、进行小数相乘 STM #A0,AR1 ；将数据空间用于放参数的首地址送AR1 RPT #4 ；重复下条指令5次传送 MVPD table,*AR1+ ；传送程序空间的参数到数据空间 LD #XN,DP ；设置数据存储器页指针的起始位置 PORTR PA1,XN ；从数据输入端口I/O输入最新数据x（n）FIR1: LD XNM4,T ；x（n-4）T,MPY A4,A ；a4*x（n-4）ALTD XNM3 ；x（n-3）T,x（n-3）x（n-4）MAC A3,A ；A+a3*x（n-3）ALTD XNM2 ；x（n-2）T,x（n-2）x（n-3）MAC A2,A ；A+a2*x（n-2）
28、ALTD XNM1 ；x（n-1）T,x（n-1）x（n-2）MAC A1,A ；A+a1*x（n-1）ALTD XN ；x（n）T,x（n）x（n-1）MAC A0,A ；A+a0*x（n）ASTH A,y ；保存y（n）的高字节PORTW y,PA0 ；输出y（n）BD FIR1 ；执行完下条指令后循环PORTR PA1,XN ；输入x（n）.end,vectors.objfir1.obj-o fir1.out-m fir1.map-e startMEMORY PAGE 0 : EPROM: org=01OOOH len=01000H VECS: org=03F80H len=00080H
29、 PAGE 1 : SPRAM: org=00060H len=00020H DARAM: org=00080H len=01380H SECTIONS .vectors: VECS PAGE 0 .text: EPROM PAGE 0 .data: EPROM PAGE 0 .bss: SPRAM PAGE 1 .XN: DARAM align(8) PAGE 1 .A0: DARAM align(8) PAGE 1 ,(2)用线性缓冲区和间接寻址方法实现FIR,例5-26 编写y（n）=a0*x（n）+ a1*x（n-1）+ a2*x（n-2）+ a3*x（n-3）+ a4*x（n-4）的
30、计算程序，其中N=5。,将系数a0a4存放在数据存储器中，并设置线性缓冲区存放输入数据。利用AR1和AR2分别作为间接寻址线性缓冲区和系数区的辅助寄存器。,.title “FIR2.ASM” ；定义源程序名 .mmregs ；定义存储器映象寄存器 .def start ；定义语句标号start .bss y,1 ；为结果y预留1个单元的空间x .usect “x”,5 ；在自定义的未初始化段“x”中保留5个单元的空间a .usect “a”,5 ；在自定义的未初始化段“a”中保留5个单元的空间PA0 .set 0 ；定义PA0为输出端口PA1 .set 1 ；定义PA1为输入端口 .datat
31、able: .word 2*32768/10 ；假定程序空间有五个参数 .word -3*32768/10 .word 4*32768/10 .word -3*32768/10 .word 2*32768/10,.textstart: STM #a,AR2 ；将数据空间用于放参数 ；的首地址送AR2 RPT #4 ；重复下条指令5次传送 MVPD table,*AR2+ ；传送程序空间的参数到数据空间 STM #x+4,AR1 ；AR1指向x（n-4） STM #a+4,AR2 ；AR2指向a4 STM #4,AR0 ；指针复位值4AR0 SSBX FRCT ；小数相乘 LD #x,DP ；设
32、置数据存储器页指针 ；的起始位置 PORTR PA1,x ；从端口PA1输入最新值x（n）,FIR2: LD *AR1-,T ；x（n-4）T MPY *AR2-,A ；a4*x（n-4）A LTD *AR1- ；x（n-3）T,x（n-3）x（n-4） MAC *AR2-,A ；A+a3*x（n-3）A LTD *AR1- ；x（n-2）T,x（n-2）x（n-3） MAC *AR2-,A ；A+a2*x（n-2）A LTD *AR1- ；x（n-1）T,x（n-1）x（n-2） MAC *AR2-,A ；A+a1*x（n-1）A LTD *AR1 ；x（n）T, x（n）x（n-1） MA
33、C *AR2+0,A ；A+a0*x（n）A ,AR2复原，指向a4 STH A,y ；保存运算结果的高位字到y（n） PORTW y（n）,PA0 ；将结果y（n）输出到端口PA0 BD FIR2 ；执行完下条指令后，从FIR2开始循环 PORTR PA1,*AR1+0；输入新值x（n）,AR1复原指向x+4 .end,(3) 用线性缓冲区和带移位双操作数寻址方法实现 FIR,例5-27 编写y（n）=a0*x（n）+ a1*x（n-1）+ a2*x（n-2）+ a3*x（n-3）+ a4*x（n-4）的计算程序，其中N=5。,与前面的编程不同，本例中，系数a0a4存放在程序存储器中，输入数
34、据存放在数据存储器的线性缓冲区中。乘法累加利用MACD指令，该指令完成数据存储器单元与程序存储器单元相乘，并累加、移位的功能。,.title “FIR3.ASM” ；定义源程序名 .mmregs ；定义存储器映象寄存器 .def start ；定义语句标号start .bss y,1 ；为结果y预留1个单元的空间x .usect “x”,6 ；在自定义的未初始化 ；段“x”中保留6个单元PA0 .set 0 ；定义PA0为输出端口PA1 .set 1 ；定义PA1为输入端口 .dataCOEF: .word 1*32768/10 ；假定程序空间有五个参数,a4 .word -4*32768/1
35、0 ；a3 .word 3*32768/10 ；a2 .word -4*32768/10 ；a1 .word 1*32768/10 ；a0,.textstart： SSBX FRCT ；小数乘法 STM #x+5,AR1 ；AR1指向x（n-4） STM #4,AR0 ；设置AR1复位值 LD #x+1,DP ；设置数据存储器页指针的起始位置 PORTR PA1,x+1 ；输入最新值x（n）FIR3： RPTZ A,#4 ；累加器A清0,设置重复下条指令5次 MACD *AR1-,COEF,A ；x（n-4）T,A= x（n-4）*a4 +A ；（PAR）+1PAR,x（n-4）x（n-5） STH A,*AR1 ；暂存结果到y（n） PORTW *AR1+,PA0；输出y（n）到PA0，AR1指向x（n） BD FIR3 ；执行下条指令后循环 PORTR PA1,*AR1+0；输入新数据到x（n）,AR1指向x（n-4）,
