DSP-TSl01S嵌入式系統(tǒng)的混合編程
ADSP-TSl01S是美國ADI公司推出的一款具有極高性能的數(shù)字信號處理器(DSP)芯片，其專為大信號處理任務和通信應用進行了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化設計，在嵌人式信號處理中得到廣泛應用。ADSP-TSl01S的軟件設計可以采用匯編語言、高級語言(C/C++)或高級語言與匯編語言混合編程。完全采用匯編編程，執(zhí)行效率高，但對于復雜算法編寫難度大，開發(fā)周期長，可讀性和可移植性差；而完全采用C編程雖然可以彌補匯編的缺陷，但是程序的執(zhí)行效率相對較低，大概只有匯編程序的10％～20％，對于實時性要求很高的處理，如雷達信號處理，很難滿足要求。采用混合語言編程，用c語言構(gòu)建框架，用匯編完成運算量較大的核心處理模塊及硬件底層管理，就可以把兩者的優(yōu)點有效地結(jié)合起來。C和匯編語言的混合編程有三種形式：一是對C程序編譯后形成的匯編程序進行手工修改與優(yōu)化；二是直接在C代碼中插入?yún)R編語句，只需在匯編語句兩邊加上雙引號和括號，在括號前面加上標識“asm，如asm(“匯編語句”)；三是分別編寫C程序和匯編程序，再獨立編譯成目標代碼模塊鏈接。***種方法對程序可讀性負面影響較大。第二種方法適用于C與匯編效率差異較大的情況，如進入中斷的中斷子程序等。第三種方法最常用，需要遵循一些規(guī)定的接口規(guī)范和標準。
1 混合編程的接口規(guī)范和標準
①在C／C++環(huán)境下，TigerSHARC定義了一套嚴格的寄存器規(guī)則，它分為三類：
***類是保留寄存器，j16～j25、k16～k25、xr24～xr31、yr24～yr31，共40個，作為編譯系統(tǒng)庫函數(shù)專門使用的寄存器。編寫程序時應避免使用這些寄存器，以免誤改了系統(tǒng)庫函數(shù)。若在子程序中使用到，必須在被調(diào)用時保存，調(diào)用完后釋放。
第二類是堆棧專用寄存器，k26、27和j26、j27四個，這些寄存器在調(diào)用時都需要保護。
第三類是高速暫存寄存器，包括除了以上兩類寄存器以外的所有寄存器。用法和匯編中的普通寄存器是一樣的，使用前不需要保存寄存器內(nèi)容。
在默認情況下，cjmp寄存器用作存放被調(diào)函數(shù)的返回地址，但在嵌套調(diào)用中，這個值會被修改。為了保證安全返回，一般把返回地址存放在堆棧頂偏移地址為0的地方。
函數(shù)調(diào)用有時需要參數(shù)傳遞，通常，若參數(shù)少于5個，則通過寄存器傳遞，如表1所列。
如果在C／C++調(diào)用函數(shù)中作了正確的函數(shù)返回聲明，則被調(diào)用的匯編函數(shù)可使用寄存器j8、xr8和xr9返回有效值。j8用于返回整數(shù)或地址；xr9：8可提供雙字結(jié)果返回。若返回值大于2個字長，則必須為它們分配存儲空間，令j8為返回值，指向該空間的首地址即可。
②在C／C++中聲明的全局變量及函數(shù)，匯編中加“一”前綴才能使用；在匯編中的對象必須用”一”前綴命名，并用．g10bal聲明為全局變量，才可在C／C++中訪問到。具體格式如表2所列。
2 混合編程的調(diào)用和中斷
2.1 函數(shù)調(diào)用
C編譯器對函數(shù)調(diào)用有一系列嚴格的規(guī)則。除了特殊的運行支持函數(shù)外．任何函數(shù)與c函數(shù)互調(diào)都必須遵循這些規(guī)則。函數(shù)調(diào)用的標準運行模式為：①調(diào)用者將參數(shù)莊人堆棧。壓入時按照反序進行，即最右邊的參數(shù)位于堆棧的頂部。②調(diào)用函數(shù)。③調(diào)用結(jié)束時，調(diào)用者將參數(shù)彈出堆棧并返回。整個過程離不開堆棧操作。函數(shù)調(diào)用中的堆棧結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
①保護函數(shù)的返回地址及相關寄存器：把函數(shù)返回地址保存在j27+0的位置(棧頂)，同時設置jZ6為j27-0x40(棧底)，得到長度為64的棧區(qū)，并在棧區(qū)內(nèi)保護相關寄存器。
②分配局部變量：在局部變量賦初值的時候，系統(tǒng)在堆棧內(nèi)給它分配一個空間。
③傳遞函數(shù)參數(shù)：前4個參數(shù)傳遞給相應寄存器(見表1)，后續(xù)參數(shù)按順序裝載到堆棧j27+0xC起始的空間中。注意，如果傳遞的參數(shù)是結(jié)構(gòu)類型，則其所有元素將入棧。例：第五個參數(shù)是兩元素的結(jié)構(gòu)體，則元素一放于jZ7+0xC，元素二放于j27+0xD，匯編子程序在使用參數(shù)時只需從對應的位置上讀取即可。
C環(huán)境在調(diào)用C函數(shù)時自動管理這些操作，當匯編與C接口時，必須采用與C一樣的方式進行操作。這個過程可用圖1詳細描述。特別需要注意的是，由于C編譯器不提供檢查堆棧溢出的任何手段，因此必須保證有足夠的空間用于堆棧；否則若發(fā)生溢出現(xiàn)象，將破壞程序的運行環(huán)境，從而導致程序的癱瘓。
2.2 中 斷
中斷是DSP控制程序執(zhí)行的重要方式。通常，DSP工作在包含多個外部異步事件的環(huán)境中，這些異步事件的隨機發(fā)生要求DSP能中斷當前的處理程序并轉(zhuǎn)向執(zhí)行該事件處理程序，執(zhí)行完后又要求返回被中斷的原程序繼續(xù)處理步驟，這一過程就是中斷。中斷源可以來自片內(nèi)或片外的設備，例如時鐘、A／D等。中斷的設置包含兩步——①打開中斷屏蔽寄存器的相應中斷位，②設置中斷服務程序的入口地址，這樣就能實現(xiàn)中斷的正常運行。中斷服務程序是特殊的函數(shù)，不能帶返回值，不能傳遞參數(shù)，內(nèi)容須短而有效。標準運行模式為：①保存斷點地址并保護所有用到的寄存器，②執(zhí)行中斷服務程序，③釋放寄存器并返回。
3 程序優(yōu)化
程序優(yōu)化包括匯編優(yōu)化和C優(yōu)化。手寫匯編程序的優(yōu)化空間相當大，可以產(chǎn)生非常高效的程序代碼。由于許多相關書籍都有介紹，就不再贅述，這里主要介紹C程序的優(yōu)化。
一般DSP的C編譯器都會提供優(yōu)化編譯器，采用優(yōu)化編譯就可以生成效率更高的匯編代碼，在某些情況下，執(zhí)行優(yōu)化的程序代碼要快10～20倍。從某種程度上說，C程序的效率主要取決于C編譯器所能進行優(yōu)化的范圍和數(shù)量。應說明的是，TSl01S編譯器的默認設置是不使用優(yōu)化器，它可以進行以下幾個不同級別的優(yōu)化，優(yōu)化程度由低到高：
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