C語言開發(fā)DSP嵌入式系統(tǒng)解析

大家在開發(fā)嵌入式產(chǎn)品時首先會想到用控制器的匯編語言編寫監(jiān)控程序，主要原因是：①匯編語言生成的程序?qū)?yīng)的二進(jìn)制代碼少，程序執(zhí)行要比高級語言生成的程序快；②控制器剛問世時，沒有相應(yīng)的高級語言可供使用；③存儲器的價格問題和尋址空間的限制。
　　以上所述問題目前已基本解決，在這就不闡述了。實(shí)際情況是：在單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，開發(fā)者已開始使用C語言進(jìn)行開發(fā)。大家發(fā)現(xiàn)用高級語言開發(fā)嵌入式產(chǎn)品是如此輕松，并且C語言程序編譯后的二進(jìn)制代碼也非常短小精練。
　　目前使用最多的數(shù)字信號處理器（DSP）是美國TI公司的TMS320家族，而工業(yè)控制上用得最多的又是TMS320F2XX系列。TI公司為每一個DSP芯片提供了匯編語言和C語言供開發(fā)者選用。本人一直使用C語言進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，而目前很少見到這方面的介紹、所以特撰此文，以TMS320F240為例，向各位同行推薦用C語言開發(fā)DSP嵌入式系統(tǒng)。
　　1 DSP的C語言的特殊性
　　大家在使用51系列C語言時已經(jīng)注意到，控制器的C語言和PC機(jī)上使用的C有一個顯著的特點(diǎn)：經(jīng)常要對硬件操作，程序中有大量針對控制器內(nèi)部資源進(jìn)行操作的語句。所以，開發(fā)者要明白怎樣用C語言來操縱控制器的內(nèi)部資源，即怎樣用C語句操作寄存器和內(nèi)部存儲器等。
　　舉個例子：在51匯編中我們寫 MOV A，＃20H；匯編程序能夠識別A是指累加器；而在51的C程序中我們寫ACC＝32；，編譯器能夠識別ACC是指累加器而不是一般的變量。即每一個寄存器都有一個專有名字供開發(fā)者使用，它們定義在一個頭文件reg51．h中，程序員只需在程序的開始部分用＃include“reg51．h”語句將該文件包含進(jìn)來即可。注意：這些寄存器的名字不能用作變量名。
　　同樣，在TMS320F240的C語言中也有一個頭文件C240．H定義各個寄存器的名稱，這里摘錄幾條語句進(jìn)行介紹。
　　比如：＃define IMR（（PORT）0x0004）
　?。efine XINTI＿CR（（PORT） 0x07070）
　　IMR、XINT1_CR就對應(yīng)兩個寄存器，實(shí)際是寄存器的地址，用高級語言的說法是指針。我們也在程序的開始部分用＃include“c240．h”語句將該文件包含進(jìn)來。這樣，在DSP的C語言中使用它們只需在前面加一個星號（*），例如，
　　*IMR＝0X1010；/*將十六進(jìn)制數(shù)1010H賦給IMR寄存器*/
　　*XINT1_CR＝0X0A0B0；/*將十六進(jìn)制數(shù)A0B0H賦給XINT1＿CR寄存器*/
　　開發(fā)者最好將c240．h這個文件打印出來，弄清楚各個寄存器的定義名稱。至于不涉及硬件的語法和ANSI語法一樣。需要注意的是，有些ANSI標(biāo)準(zhǔn)中的函數(shù)在DSP的編譯器中不提供，讀者可以參考DSP編譯器的C語言手冊。搞清楚了這些特殊性，由匯編語言轉(zhuǎn)到C語言開發(fā)是很容易的事。當(dāng)然，沒有匯編語言編程基礎(chǔ)的人同樣可以用C語言開發(fā)DSP應(yīng)用系統(tǒng)。
　　有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的C語言編程可參考《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》2001年1~6期《嵌入式C編程技術(shù)》，本文不作討論。下面只針對以TMS320F240芯片為處理器的嵌入式C語言編程進(jìn)行闡述，希望能夠指導(dǎo)讀者進(jìn)行具體操作。
　　2 TMS320F240芯片的C語言開發(fā)過程
　　簡單地說，整個過程包括以下5個步驟：
　　①編輯C語言源程序；
　?、诰幾g源程序（注意編譯參數(shù)）；
　?、坻溄幽繕?biāo)文件（注意用CMD文件）；
　?、茉诰€仿真；
　　⑤固化程序。
　　2．1源程序的編輯
　　可以用任何一個編輯器書寫源程序，如EDIT。NOTEPAD等，最后以．C為后綴存盤。源代碼可以寫在一個C文件中，也可寫在多個C文件中；有些預(yù)定義變量和函數(shù)原型聲明可以集中放在一個頭文件中。
　　注意事項(xiàng)：不要忘記在C程序的前面用 ＃in－clude “c240．h”將寄存器定義文件包括進(jìn)來。
　　2．2源程序的編譯
　　源程序編輯好后可以用DSPCL編譯程序進(jìn)行編譯，生成OBJ文件。
　　使用格式：DSPCL源文件名 參數(shù)
　　例如： DSPCL EX1．C－V2XX－GK－MN
　　常用參數(shù)的意義：
　　V2XX——表示C編譯器選擇處理器2XX系列；
　　GK——保留編譯生成的匯編文件（．ASM文件）；
　　MN——進(jìn)行正常優(yōu)化。
　　其它參數(shù)請參考DSP編譯器的手冊。如果有多個源文件分別編譯，每一個源文件經(jīng)編譯后產(chǎn)生一個OBJ文件和ASM文件。
　　2．3 目標(biāo)文件的鏈接
　　2．3．1 TI公司的COFF文件格式
　　TI公司新的匯編器和編譯器創(chuàng)建的目標(biāo)文件采用COFF（Common Object File Format）的目標(biāo)文件格式。采用COFF格式有利于模塊化編程，為管理代碼段和目標(biāo)系統(tǒng)存儲器提供更加有力和靈活的方法。基于COFF格式編寫匯編程序或C語言程序時，不必為程序代碼和變量指定目標(biāo)地址；為程序編寫和程序移植提供了極大的方便。
　　COFF格式的基本思想是：鼓勵程序員在用匯編語言或C語言編程時運(yùn)用代碼塊和數(shù)據(jù)塊的概念。這種塊稱為SECTION，是目標(biāo)文件中的最小單位。
　　所有的塊分為兩大類：已初始化塊和未初始化塊。已初始化塊包含程序代碼和數(shù)據(jù)，未初始化塊是為未初始化的數(shù)據(jù)在存儲器中的保留塊。C編譯器對C程序編譯后產(chǎn)生已初始化塊和未初始化塊，已初始化塊如．text塊、．const塊、．cinit塊；未初始化塊如．bss塊。
　　舉個例子，當(dāng)程序員用C語句float data［100］；定義一個數(shù)組時，不需要指定這100個數(shù)組元素的具體位置，編譯器會在數(shù)據(jù)區(qū)預(yù)留所需空間。到鏈接時鏈接器會具體定位。
　　2.3.2 鏈接器對塊的處理
　　鏈接器對塊的處理有兩個功能：其一，將COFF目標(biāo)文件中的塊用來建立程序塊和數(shù)據(jù)塊，并將這些塊組合成可以被DSP芯片執(zhí)行的COFF輸出模塊；其二，鏈接器為輸出塊指定存儲位置。
　　鏈接器提供兩個命令實(shí)現(xiàn)上述功能：MEMORY和SECTIONS。MEMORY命令定義目標(biāo)系統(tǒng)的存儲器，程序員可以定義每一塊存儲器并指定起始地址和長度；SECTIONS命令用來定義輸入塊的組合和輸出塊在存儲器中的存放位置。若不用MEMORY和SECTIONS命令，鏈接器采用缺省的分配算法。推薦使用這兩個命令，但要注意這兩個命令在CMD文件（鏈接器命令文件）中使用。
　　下面分析一個TMS320F240芯片的典型CMD文件。（假設(shè)文件名 EX1．CMD。）
　?。?）CMD文件的構(gòu)成及其詳細(xì)解釋
　　BOOT．OBJ /*F240的中斷矢量表，參見后面的說明*/
　　EX1．OBJ /*源程序編譯后對應(yīng)的目標(biāo)文件*/
　　/*若程序有多個目標(biāo)文件，一塊寫在這里*/
　　-STACK 0X400 /*設(shè)定系統(tǒng)堆棧*/
　　-C /*ROM初始化*/
　　-O EX1．OUT /*輸出的文件名*/
　?。璏 EX1．MAP /*輸出映像文件名*/
　　－L RTS2XX．LIB /*漣接RTS2XX．LIB庫*/
　　MEMORY /*MEMORY命令規(guī)定系統(tǒng)的存儲器配置*/
　?。?br /> 　　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
　　/*內(nèi)部RAMB2*/
　　PAGE1：RAM_B1：origin＝0300h，length=0100h
　　/*內(nèi)部RAM B1*/
　　PAGE1：RAM_B0：origin=0100h，length=0100h
　　/*內(nèi)部RAM B0*/
　　PAGE1：RAM_EX：origin=0d000h，length=2800h
　　/*外部擴(kuò)展RAM*/
　　}
　　SECTIONS /*SECTIONS命令規(guī)定了程序中塊的具體分配方法*/
　　{
　　.vectors：load＝ROM0 /*規(guī)定矢量表的存放位置*/
　　.cinit：load＝rom1 /*C初始化表的存放位置*/
　?。畉ext： load＝ROM2 /*系統(tǒng)程序的存放位置*/
　?。産SS load＝RAM＿B0 /*未初始化數(shù)據(jù)的存放位置*/
　　.const load＝RAM_B1 *已初始化數(shù)據(jù)的存放位置*/
　　｝
　?。?）TMS320F240鏈接時所需的中斷矢量表文件
　　TMS320F240的目標(biāo)文件在鏈接時要用到中斷矢量表。中斷矢量表用匯編語言編寫，和具體的DSP芯片有關(guān)。假設(shè)TMS320F240的中斷矢量表對應(yīng)的匯編程序?yàn)锽OOT．ASM，匯編后的文件名為BOOT．OBJ。
　　下面是一個典型的矢量表文件。（假設(shè)程序名為BOOT．ASM。）
　　．port /*定義中斷函數(shù)的名字*/
　　.globl＿c_int0 /*中斷0對應(yīng)的函數(shù)名*/
　?。甮lobl_c_int1 /*中斷1對應(yīng)的函數(shù)名，以下語句的意義相同*/
　?。甮lobl＿c＿int2 /*可以將中斷函數(shù)名看作中斷入口地址*/
　?。甮lobl_c_int3 /*矢量表的存放不需程序員干預(yù)*/
　?。甮lobl_c_int4
　?。甮lobl_c_int5
　?。甮lobl_c_int6
　?。甮lobl_c_int7
　?。甮lobl_c_int8
　　·sect“.vectors”/*用.sect命令自定義一個塊，用于存放中斷矢量表*/
　　RSVE CT B _c_int0 /*中斷0發(fā)生后，程序的跳轉(zhuǎn)目的地址*/
　　INT1 B _c_int1 /*中斷1發(fā)生后，則跳到c_int1（）函數(shù)處*/
　　INT2 B _c_int2 /*意義同上，下同*/
　　INT3 B _c_int3
　　INT4 B _c_int4
　　INT5 B _c_int5
　　INT6 B _c_int6
　　用匯編器匯編該程序，命令形式：DSPABOOT．ASM－V2XX生成BOOT．OBJ文件供鏈接器使用。這樣，就可以按如下形式在C源程序中編寫中斷函數(shù)：
　　voidc_inx（） /*x為1~8中之一*/
　?。?br /> 　　中斷程序的C語句系列；
　　｝
　　注意事項(xiàng)：c_int0（）是系統(tǒng)入口函數(shù)，用戶不能編寫。