【精品】DSP处理器原理与应用第3章DSP处理器软、硬件开发工具精品ppt课件.ppt
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1、DSP处理器原理与应用第3章 DSP处理器软、硬件开发工具2 2随着DSP处理器的功能不断强化和系统开发周期不断缩短,设计和调试DSP系统越来越依赖于DSP开发系统和开发工具。不同的DSP芯片厂家提供了多种不同的开发系统,本章介绍了DSP处理器开发所需的软、硬件工具,并且重点介绍了TI的DSP集成开发环境CCS(Code Composer Studio)。3 3虽然不同DSP芯片厂家提供了多种不同的开发调试工具,但它们的功能大体相似。图3-1为DSP处理器软件开发流程图。3.1 DSP处理器软、硬件开处理器软、硬件开发工具简介发工具简介4 4图3-1 DSP处理器软件开发流程图5 5从图3-1
2、中可以看出,DSP软件开发可以分为5个步骤,首先要根据所设计的硬件情况编写出结构文件;然后用C或者汇编语言编写源程序,源程序经过C编译器和汇编器后与结构文件以及库文件在链接器中链接成可执行代码,如果是汇编语言编写的程序则可以跳过C编译器;可执行代码可以在软件模拟器模拟运行或者通过硬件仿真器在标准的开发板或者评估板上运行调试;当软件运行达到要求后,再在用户自己制作的目标板上调试;调试成功后将可执行代码制作成EPROM码,目标板脱机运行,完成系统的测试和调试。6 67 78 8为了克服C编译器低效率,在提供标准C库函数的同时,开发系统也提供了许多针对DSP运算的高效库函数,例如FFT、FIR、II
3、R、相关、矩阵运算等,它们一般采用汇编语言来编写,带有高级语言调用/返回接口。为了得到高效编程,在系统软件开发中,关键的DSP运算程序一般都是自行手工用汇编语言编写的,按照规定的接口约定,由C程序进行调用,这样极大地提高了编程效率。(2)汇编器(Assembler)。汇编器将汇编语言原文件转变为基于公用目标文件格式的机器语言目标文件。9 9(3)链接器(Linker)。链接器将主程序、库函数和子程序等,由汇编器产生的目标文件链接在一起,产生一个可执行的模块,形成DSP目标代码。(4)软件模拟器(Simulator)。软件模拟器是脱离硬件的纯软件仿真工具。将程序代码加载后,在一个窗口工作环境中,
4、可以模拟DSP的运行程序,同时对程序进行单步执行、设置断点,对寄存器/存储器进行观察、修改,统计某段程序的执行时间等。通常在程序编写完以后,都会在软件仿真器上进行调试,以初步确定程序的可运行性。软件仿真器的主要欠缺是对外部接口的仿真不够完善。10 10(5)硬件仿真器(Emulator)。硬件仿真器是一种在线仿真工具。它用JTAG接口电缆(JTAG是一种国际标准测试协议,与IEEE 1149.1兼容,主要用于芯片内部测试。)把DSP硬件目标系统和装有仿真软件或者仿真卡的PC接口板连接起来,用PC平台对实际硬件目标系统进行调试,能真实地仿真程序在实际硬件环境下的功能。现在常用的硬件仿真器与PC机
5、的接口采用USB2.0接口。11 11(6)DSP开发系统。DSP开发系统是由厂家提供的一个包含DSP、存储器、常用接口电路的通用电路板和相应软件的软/硬件系统。通常有两种形式,一种是电路板卡的形式,插入计算机中;另一种是通过计算机控制端口(如:串口、并口或者USB接口)连接到计算机,通过计算机的控制端口来控制DSP的运行。DSP厂家或者其他的第三方公司提供DSK(DSP starter Kit)入门套件和EVM(Evaluation Module)评估模块等来帮助初学者熟悉DSP处理器的应用。同时,DSK和EVM也可以作为程序的初步运行对象,以方便调试。12 12随着DSP应用范围的扩大、处
6、理能力的加强以及DSP更新速度的加快,DSP处理系统越来越复杂,对设计者来说难度也越来越大,为此有的厂家已制订出一定标准,依据标准来设计生产电路板级DSP处理模块,同时为这种标准模块提供丰富的软件开发系统和算法库。这种模块化设计降低了硬件设计难度,减少了硬件设计时间,有利于更高效的开发DSP系统。13 13目前各DSP芯片生产厂家已经把以上所述的各种开发工具集成在一起,构成了集成开发环境。例如TI公司的CCS IDE(Code Composer Studio Integrated Development Environment)可以提供环境配置、源程序编辑、编译连接、程序调试、跟踪分析等各个环
7、节,以加速软件开发进程,提高工作效率。它把编译、汇编、链接等工具集成在一起,用一条命令即可完成全部的汇编工作。另外把软、硬件开发工具集成在其中,使程序的编写、汇编、软/硬件仿真和调试等开发工作在统一的环境中进行,给开发工作带来极大的方便。本章的后面部分将详细讲述TI公司的CCS集成开发环境。14 14TI公司针对出品的DSP芯片提供了相应的硬件仿真器以及DSK和EVM,但是由于价格较高,没有在国内普遍使用。国内的TI第三方合作伙伴,如北京合众达电子技术有限公司、北京瑞泰创新科技有限责任公司等纷纷推出自己开发的仿真器以及DSK和EVM,并且提供相应的技术支持,在国内影响较大。下面分别就硬件仿真器
8、以及DSK和EVM做一介绍。3.2 常用的常用的DSP硬件开发工具硬件开发工具15 153.2.1 硬件仿真器硬件仿真器1.ICETEK-5100USBICETEK-5100USB V2.0是北京瑞泰创新科技有限责任公司提供的TI全系列DSP硬件仿真器,如图3-2所示。16 16图3-2 ICETEK-5100USB V2.0仿真器17 17其具有如下特点:真正兼容TI全系列DSP产品;完全通用,只需更换软件就可以实现所有DSP器件的开发;USB2.0接口,仿真速度快,调试方便,携带方便;支持Code Composer Studio 集成调试环境;支持热插拔;仿真不占用任何DSP资源;支持多D
9、SP同时调试仿真;18 18 在Win 98/Win 2000/XP下均可使用。本书所介绍的硬件仿真就是使用该型号的硬件仿真器,在与CCS配合使用时需要安装相应的驱动程序。19 192.SEED-XDS560USB北京合众达电子技术有限公司推出的SEED-XDS560USB仿真器如图3-3所示,它所具有的特点和性能如表3-1所示。2020图3-3 SEED-XDS560USB仿真器21 21表表3-1 SEED-XDS560USB仿真器特点与性能仿真器特点与性能22223.2.2 EVM和和DSK 1.ICETEK-VC5509-A评估板评估板本书采用ICETEK-VC5509-A评估板作为程
10、序运行的硬件平台,由于不同厂家的评估板基本相似,只需对程序稍作修改即可在其他硬件平台上运行。ICETEK-VC5509-A评估板接口说明实物图、器件布局图、原理框图分别如图3-4、图3-5、图3-6所示。2323图3-4 ICETEK-VC5509-A评估板接口说明实物图2424图3-5 ICETEK-VC5509-A器件布局图2525图3-6 ICETEK-VC5509-A评估板原理框图2626ICETEK-VC5509-A评估板技术指标如下。主处理芯片:TMS320VC5509A,运行速度为200 MIPS;低功耗设计,比上一代C54XX 器件功耗低30%左右;处理速度更快,双核结构,晶振
11、200 MHz,处理速度400 MIPS;软件程序兼容C54XX DSP;片内存储空间128 K16 bit;大容量SDRAM设计:4 M16bit;2727 2路10 bit片上A/D接口;4路的DAC7616/7转换,100 k/S,12 bit;UART串行接口,符合RS232标准;8M bit扩展FLASH,存储大量固化程序和数据;设计有用户可以自定义的开关和测试指示灯;3U标准的DSP扩展总线,包括数据、地址、I/O、控制;4组标准扩展连接器,为用户进行二次开发提供条件;具有与IEEE1149.1相兼容的逻辑扫描电路,该电路仅用于测试和仿真;2828+5 V电源输入,内部3.3 V、
12、1.6 V电源管理;高保真语音接口设计,双路语音采集,每路48 k/S;USB 2.0接口设计;4层板设计工艺,稳定可靠;具有自启动功能设计,可以实现脱机工作;可以选配多种应用接口板,包括图像板,网络板等。TMS320VC5509和ICETEK-VC5509-A评估板的存储器映射如图3-7所示。2929图3-7 TMS320VC5509和ICETEK-VC5509-A评估板的存储器映射图3030图3-7中的标注说明如下:每一个内存块的首地址。DARAM:片内资源,双存取RAM,分为8个8 K的块,每个8 K的块每周期可以访问两次。SARAM:片内资源,单存取RAM,分为24个8 K的块,每个8
13、 K的块每周期只能访问一次。外部扩展的存储空间由CE3:0分为4个部分,每部分都可以支持同步或异步存储器类型。被减去的256 K包含DARAM/HPI访问32 K、32 K的DARAM存储器、192 K的SARAM存储器。31 31 ROM:每个块每次访问占用2个时钟周期,共有2个32 K的块。此处扩展的存储器共有4M字节,但是片选信号CE0直接连在存储器上,因此CE0空间被完全占用,不能再外扩其他设备。这部分空间设置为FLASH和SDRAM的复用空间。另外,TMS320VC5509PGE只能最多外扩16 K异步存储器(FLASH是异步存储器的一种),因此,要访问全部512K字节地址需要按照分
14、页方式访问。此部分保留给评估板,不能用来外扩其他设备。3232 当使用CE2空间外扩设备时,必须保证设备放在A13:10=2以上的地址中,A13:10=2以下的地址被评估板使用。33332.SEED TMS320VC5509 DSKTMS320VC5509 DSP初学者开发套件如图3-8、图3-9所示,其特点和性能如表3-2所示。3434图3-8 TMS320VC5509 DSP初学者开发套件实物图3535图3-9 TMS320VC5509 DSP初学者开发套件原理框图3636表表3-2 TMS320VC5509 DSP初学者开发套件特点与性能初学者开发套件特点与性能3737eXpressDS
15、P实时软件开发技术是TI公司推出的业内第一个开放的集成调试环境。该技术的目的是促使产品尽快面市,使产品更快地升级换代。eXpressDSP是一种实时DSP软件技术,它是一种DSP编程的标准,利用它可以加快开发DSP软件的速度。以往DSP软件的开发没有任何标准,不同的人写的程序一般无法连接在一起,DSP软件的调试工具也非常不方便,使得DSP软件的开发往往滞后于硬件的开发。表3-3给出了采用该技术前后的软件开发情况对比。3.3 eXpressDSP3838表表3-3 采用采用eXpressDSP前后实时软件开发情况的对比前后实时软件开发情况的对比3939eXpressDSP集成了CCS(Code
16、Composer Studio)开发平台,DSP BIOS实时软件平台,DSP算法标准和第三方支持四部分。利用该技术,可以使软件调试,软件进程管理,软件的互通及算法的获得,都变得容易。采用了该技术之后,开发效率比原有开发效率至少提高一倍(尤其指大型程序)。DSP软件也有了很好的标准,模块化好,使得用户可以对原有软件重利用,或购买第三方的标准算法。软件工程师可以更有精力做一些富有创造力的工作。4040简而言之,CCS是eXpressDSP的基础,DSP BIOS是eXpressDSP的基本平台;DSP算法标准可以保证程序能够方便的同其他利用eXpressDSP技术的程序连接在一起,同时也保证程序
17、的延续性。41 411999年TI公司推出了Code Composer Studio开发工具,简称CCS,这是一种功能强大的全面集成的开发环境(IDE)。CCS IDE提供强健、成熟的核心功能与简便易用的配置和图形可视化工具,使系统设计更快。CCS集代码生成工具和代码调试工具于一体,具有应用开发过程每一步骤所需要的众多功能。并且CCS具有开放式的架构,使TI和第三方能通过无缝插入附加专用工具扩展IDE功能。目前CCS已经历多个版本,本书介绍的是目前使用广泛的V2.21版本。3.4 CCS集成开发环境集成开发环境42423.4.1 CCS集成开发环境的特征与设置集成开发环境的特征与设置CCS包含
18、源代码编辑工具、代码调试工具、可执行代码生成工具和实时分析工具,支持设计和开发的整个流程。CCS具有可扩展的结构。其开放式插件技术不仅支持第三方Active X插件,还可以通过安装相应的驱动程序支持各种仿真器。此外,CCS提供的通用扩展语言(General Extend Language,GEL)工具允许用户编写自己的菜单,使变量配置参数的修改变得更加方便、直观。4343更为重要的是,CCS在基本代码生成工具的基础上,添加了调试和实时分析的功能。这使开发设计人员能够在不中断程序运行的情况下,检验算法正确与否,实现对硬件的实时跟踪调试,极大地提高开发效率。CCS支持如图3-10所示的开发周期的所
19、有阶段。4444图3-10 DSP软件开发周期的所有阶段45451.CCS的主要组件的主要组件 集成开发环境Code Composer,由可视化代码编辑器、调试器、项目管理器和性能分析工具等组成;代码生成工具;软件仿真器Simulator;实时的基础软件DSP BIOS;实时数据交换工具RTDX;实时分析和数据可视化工具。代码生成工具奠定了CCS所提供的开发环境的基础。图3-11是一个典型的软件开发流程图,图中阴影部分表示通常的C语言开发途径,其他部分是为了强化开发过程而设置的附加功能。4646图3-11 软件开发流程图4747图3-11中给出了开发流程中常用的工具。这些工具具体描述如下:C编
20、译器(C compiler):产生汇编语言源代码。其细节参见TMS320C55X最优化C编译器用户指南。汇编器(assembler):把汇编语言源文件翻译成机器语言目标文件,机器语言格式为公用目标格式(COFF)。其细节参见TMS320C55X汇编语言工具用户指南。4848 链接器(linker):把多个目标文件组合成单个可执行目标模块。它一边创建可执行模块,一边完成重定位以及决定外部参考。链接器的输入是可重定位的目标文件和目标库文件。有关链接器的细节参见TMS320C55X最优化C编译器用户指南和汇编语言工具用户指南。归档器(archiver):可将一组文件收集到一个归档文件中。也可通过删除
21、、替换、提取或添加文件来调整库。其细节参见TMS320C55X汇编语言工具用户指南。4949 助记符到代数汇编语言转换公用程序(mnimonic_to_algebric assembly translator utility):可把含有助记符指令的汇编语言源文件转换成含有代数指令的汇编语言源文件。其细节参见TMS320C55X汇编语言工具用户指南。建库程序(library_build utility):可以满足客户及开发者要求的“运行支持库”。其细节参见TMS320C55X最优化C编译器用户指南。5050 运行支持库(run_time_support libraries):包括C编译器所支持的
22、ANSI标准运行支持函数、编译器公用程序函数、浮点运算函数和C编译器支持的I/O函数。其细节参见TMS320C55X最优化C编译器用户指南。十六进制转换公用程序(hex conversion utility):它把COFF目标文件转换成TI-Tagged、ASCII-hex、Intel、Motorola-S、或Tektronix等目标格式,并可以把转换好的文件下载到EPROM编程器中。其细节参见TMS320C55X汇编语言工具用户指南。51 51 交叉引用列表器(cross_reference lister):它用目标文件产生参照列表文件,可显示符号及其定义,以及符号所在的源文件。其细节参见T
23、MS320C55X汇编语言工具用户指南。绝对列表器(absolute lister):它输入目标文件,输出.abs文件,通过汇编.abs文件可产生含有绝对地址的列表文件。如果没有绝对列表器,这些操作将需要冗长乏味的手工操作才能完成。52522.CCS的主要特征的主要特征 开发环境可将所有工具紧密集成到单个简便易用的应用中;实时分析工具在不影响处理器性能的情况下可实现监控程序交互作用;支持TI的高性能C64X DSP与低功率C55X DSP;业界领先的C编译程序;可扩展的实时核心(DSP BIOS核心);基于优化调试的编译器(Profile-Based Compiler)(C6000 DSP)用
24、于优化代码长度与性能;5353 可视化的链接器(Visual Linker),用于在内存中以图形化的方式安排程序代码与数据;数据显示用于以多种图形格式显示信号;开放式的插入式结构使你能够集成专用的第三方工具;利用仿真器对TI DSP进行基于JTAG扫描的实时仿真;可轻松管理大型的多用户、多站点以及多处理器的项目;5454 快速模拟器可提供深度视图,能迅速而准确地解决问题;分析套件利用新的工具提高性能并简化繁琐的判断工作;增强的流水线分析工具可提供详细的流水线视图。55553.4.2 CCS软件的安装与设置软件的安装与设置CCS是一个开放的环境,通过设置不同的驱动可完成对不同环境的支持,下面以T
25、MS320C55XXDSP开发系统(ICETEK-VC5509-A-USB-EDU教学实验系统)为例来介绍CCS软件的安装、设置、启动及退出。56561安装安装CCS软件软件本书假定用户将CCS安装在默认目录C:TI中,同时也建议用户按照默认安装目录安装。具体步骤如下:(1)在硬盘上建立一个临时目录,如:C:install。(2)将含有CCS安装程序的光盘插入计算机光盘驱动器。(3)用鼠标右键单击文件CCS5000.exe,选择“用WinRAR打开”,在打开的窗口中选择将所有文件解压缩到第(1)步建立的临时文件夹中,然后关闭WinRAR窗口。(4)打开第(1)步建立的临时文件夹,双击其中的“S
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