如何用C语言开发DSP嵌入式系统
引言
以上所述问题目前已基本解决,在这就不阐述了。实际情况是：在单片机的应用领域,开发者已开始使用C语言进行开发。大家发现用高级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。
目前使用最多的数字信号处理器（DSP）是美国TI公司的TMS320家族,而工业控制上用得最多的又是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,即怎样用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的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作变量名。
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 XINTI＿CR（（PORT） 0x07070）
IMR、XINT1_CR就对应两个寄存器,实际是寄存器的地址,用高级语言的说法是指针。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;/*将十六进制数1010H赋给IMR寄存器*/
*XINT1_CR＝0X0A0B0;/*将十六进制数A0B0H赋给XINT1＿CR寄存器*/
开发者最好将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1~6期《嵌入式C编程技术》,本文不作讨论。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5个步骤：
①编辑C语言源程序;
②编译源程序（注意编译参数）;
③链接目标文件（注意用CMD文件）;
④在线仿真;
⑤固化程序。
2．1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,最后以．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 ＃in－clude “c240．h”将寄存器定义文件包括进来。
2．2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。
其它参数请参考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。
2．3 目标文件的链接
2．3．1 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（Common Object File Format）的目标文件格式。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,是目标文件中的最小单位。
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。
2.3.2 链接器对块的处理
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 /*涟接RTS2XX．LIB库*/
MEMORY /*MEMORY命令规定系统的存储器配置*/
｛
PAGEO：ROM0：origin＝0000h,length=003fh
/*FLASH ROM*/
PAGE0：ROM1：origin＝0040h,length＝0200h
/*FLASH ROM*/
PAGEO：ROM2：origin＝0240h,length＝3000h
/*FLASH ROM*/
PAGE1：RAM_B2：origin=0060h,length＝0020h
/*内部RAMB2*/
PAGE1：RAM_B1：origin＝0300h,length=0100h
/*内部RAM B1*/
PAGE1：RAM_B0：origin=0100h,length=0100h
/*内部RAM B0*/
PAGE1：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：DSPABOOT．ASM－V2XX生成BOOT．OBJ文件供链接器使用。这样,就可以按如下形式在C源程序中编写中断函数：
voidc_inx（） /*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
以上三步可以用图1描述。
2.4程序的仿真
用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。有关调试器的使用略。
2．5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。
第一步,执行BCO．BAT批处理文件,将FlashROM清除（CLEAR）,使全为0。
第二步,执行BE0．BAT批处理文件,将FlashROM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Flash ROM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－p240－m0x0006－w6srcc2xx_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－p240－m0x0006－w6srcc2xx_bpX．out c：dspEX1.out
经过以上步骤即完成了程序固化,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,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）。
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。
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