DSP56311EVM的教学实验平台设计

1 设计思想
   本系统是一种教学、课程实验及技术开发的平台，主要应用于DSP原理及应用、数字信号处理等相关课程的实验教学。它是以DSP56311EVM为核心，对系统进行的扩展，包括软件和硬件两个部分。软什部分使用C++Builder制作了“DSP56311实验平台”的平台环境，实现的用汇编语言编写的 DSP硬件驱动程序能够为C语言调用；硬件部分有效利用了芯片的资源，增强了应用于教学的功能，并留出了进一步扩展的接口。

2 系统结构
2．1 硬件部分
    硬件平台的核心是M0torola公司提供的DSP56311评估板。DSP56311EVM可外接24根数据线、18根地址线和4根地址特征状态线，对可扩展资源提供了接口；但这些接口一般不能直接与外部的设备连接，需要进行相应的扩展。硬件平台的外部电路包含：±5V、±15V、+6V的直流电源，正弦波、三角波、方波的波形发生电路模块，MIC信号放大电路， LCD显示模块等。
    图1为系统硬件平台内部结构，图中左侧为外部电路模块，右侧为DSP563llEVM评估板。这些电路模块可以产生实验测试所必需的信号，并反映程序执行情况，为DSP的程序开发和调试提供方便的硬件环境。

    硬件部分解决的问题：
    ①DSP的端口通过寄存器设置可以作为通用输入／输出端口(GPI0)或专用端口。外部电路与DSP连接时，可以有多种实现方案。在资源紧张的情况下，调配资源，实现最优。
    ②时序问题。DSP563ll的处理速度高达150 MIPS，1个指令周期大约7ns。解决时序问题，加快外围的接口芯片工作速度。LCD相对于DSP来说，是种“反应”很慢的外部设备。本课题采用定时器模块(时间中断)来控制LCD动态图形显示的刷新频率，如把LCD的刷新频率设定为2帧／s，即每0．5s向LCD传送1屏图形的数据。另外，DSP与 LcD通信接口的实现是对DSP的GPIO编程，使GPIO引脚的信号符合LCD数据传输的时序要求。由于DSP的工作频率很高，DSP与LCD间数据传输不仅要注意控制引脚上电平的高低和先后次序，而且还要插入必要的等待时间，维持信号线上的电平，使LCD可以可靠地读到控制引脚上的信号。
    图2为系统硬件原理框图。

2．2 软件部分
    软件分两部分：用C++Builder制作的DSP56311软件实验平台；用汇编语言编写的DSP硬件驱动程序。
2．2.1 DSP56311实验平台
    图3为DSP56311实验平台界面。打包好的平台可以随意安装在个人电脑上，平台包括实验说明、程序编制、程序编译、参考结果、体验实验等内容。此平台可以作为实验的指导软件，也可作为开发软件直接在平台上编写程序、编译和仿真。[page]

2.2.2 C语言与汇编语言混合编程
    本设计用汇编语言编写DSP周边外设的驱动程序和一些数字信号处理算法的子程序。用C语言编写主控程序，调用汇编语言编写的子程序完成硬件操作和信号处理工作。
(1)插入式C与汇编混合编程
    使用__asm()指令在C语言程序中插入汇编指令的混合编程方式主要应用在以下情况：需要插入的汇编程序代码较少(如一些简单的直接操作硬件指令)；在用C语言的环境中，用插入式编写的汇编子程序可以避免内存分配、寄存器使用和保护，以及参数传递和返回等方面的问题。

    关键字_ _asm()的基本语句格式：

   

    ①“asm_instrution”是指汇编语言的指令名，如move、mpy等。
    ②“=”用来区分足输入还是输出参数，表示操作数Oper0的值将传输给C语言的变量CptrO；没有“=”，表示该操作数是输入操作数，即操作数Operl的值来自C语言变量Cptrl。
    ③“M”(operande modifier)用来指定操作数的类别，例如％e用来指定操作数为累加器的MSB，即a1或bl。
    ④Oper0、Operl用来指定操作数是寄存器或内存，如“A”表示该操作数被限定为地址寄存器r0～r7，即要求编译器为该操作数指定一个空闲的地址寄存器。
(2)C程序与汇编程序混合编程
    C程序与汇编程序混合编程就是将用C语言编写的和用汇编语言编写的源程序分开编辑、编译，生成各自的目标文件，然后再链接到一起。其中，主程序在C语言环境中编写，汇编语言编写的子程序可以被调用。C程序与汇编程序混合编程由C程序编译器g563c来完成。
    C编译器g563c的命令格式为：

   
    在混合编程时，需要注意以下几点：
    ①C程序与汇编程序混合编程的特点是，汇编语句是在汇编语言环境中编写的；而使用_asm()指令在C语言程序中插入汇编指令的混合编程方式，汇编程序的编写要遵循C语言的规则。
    ②为了确保在汇编环境中编写的汇编子程序在C语言环境中可靠地被调用执行，汇编程序需要做出如下处理：引导部分，把程序返回地址保存到堆栈，接受程序入口参数的传递；保存汇编程序将要使用的寄存器的值；汇编程序的主体；恢复第二步所保存的寄存器的值，把保存到堆栈中的寄存器的值按顺序从堆栈中取出并赋给原来的寄存器，使这些寄存器恢复到本汇编子程序被调用前的状态；结尾部分，处理程序的返回值和返回地址，c语言子程序调用可以用return命令返回一个数值，混合编程的汇编程序也可以在C环境中被调用后返回一个值。在汇编源程序中，最后把需要返回的数值存放到累加器a中，然后用汇编指令tst把参数传递给 c环境。
    ③C语言调用汇编源文件中的汇编子程序。首先在一个汇编源文件(如source，asm)中编写一个汇编子程序。一般在汇编环境中子程序的写法如下：

   
    若在C语言源文件(如proj.c)中调用汇编子程序Ftest，则可以在C语言中重新定义汇编子程序的标号。即在C语言文件头部(或调用该汇编子程序的C函数之前)定义：

    extern void ReName()__asm(“FTest”)；
    然后在C语言环境中调用ReName()子程序即可。[page]
    如果在编写汇编子程序时，在子程序的名称前加上一个大写的“F”，则在C环境中可以省略重新定义汇编子程序标号的步骤，这样C语言默认的汇编子程序的名称为去掉“F”以后的程序名。如上面的例子，在C环境中调用test()子程序，即调用source．asm中Ftest子程序。
    ④中断程序的C语言写法。编写C语言的中断程序，首先要修改crt0．asm中的中断向量表，即在中断向量表中找到某中断向量的位置，并在此处调用程序员所编写的中断响应程序。
    如把增强型同步串口0(ESSI0)设定工作在中断方式，数据的接收、发送都采用中断来执行。程序员编写的增强串口数据接收中断服务子程序为 Fssi_rx_isr。增强串口O数据接收的中断向量的地址为p：$30(p代表程序存储区)，则对crt0．asm中的中断向量表修改如下：

   
    ⑤C语言使用汇编源文件中定义的变量
    因C语言定义的变量都是映射在内存的Y区的，故C语言可以读写的在汇编源程序中定义的变量也必须是定义在Y区的。例如，在汇编程序source．asm中定义内存：

   
则C变量c_var与汇编变量test_var映射的是同一个内存物理地址。这是一种C语言与汇编语言之间数据的有效传递方式。
    g563c的局限性在于，对于g563c编译规则不十分熟悉的使用者，会常常因为汇编语言与C语言程序使用DSP资源的冲突而发生异常的错误，导致C语言程序无法可靠运行。本课题的目的也在于减少使用者在C语言环境下大量使用汇编语言的需要，从而增强了系统的可靠性。

3 主要实验项目
    本嵌入式系统目前主要是作为本科和研究生的实验平台，在设计上包括硬件基础实验和软件算法实验两部分。
    硬件实验部分包括：
    ①串行通信实验。
    ②数据存储实验。编程控制A端口对外部SRAM存储器以及外围的Flash存储器特定区域进行存取操作。
    ③语音采集存储实验。设置适当采样率，编程实现语音信号的采集。
    ④语音录放实验。
    ⑤A／D实验(简易示渡)。
    ⑥D／A实验(函数信号发生器)。
    软件实验部分包括：
    ①基本数学运算实验。
    ②FFT快速傅里叶变换。
    ③FIR有限冲激响应滤波器。
对给定时域信号进行操作，并与Matlab运算结果进行分析比较。
    下面以串行通信实验为例简述实验：
    实验内容DSP通过串行接口(RS232)与PC机进行双向通信。①把从键盘输入的字符通过串口发送给PC机，并且接收PC机发送的字符。LCD工作在文字显示模式；锁相环时钟分频器和串行通信控制器设定串行通信的波特率。②由PC机通过串口把一幅黑白图片传输给DSP并且通过LCD显示出来。LCD工作在图形显示模式。
    实验原理 利用对56311的SCI(Serial Communica-tion Interface)编程，实现DSP与上位机进行多种波特率的串行通信。
    实验使用的外部设备标准102键盘和LCD。
    实验使用的DSP内部模块锁相环时钟分频器和串行通信接口(SCI)。实验内容：DSP通过串行接口(RS232)与PC机进行双向通信。DSP把从键盘输入的字符通过串口发送给PC机，并且可以接收PC机发送的字符。
    实验结果图4为发送图片的LCD显示结果。

4 结论
    本课题实现了基于DSP563llEVM教学实验平台的研制。编写了支持C语言的DSP硬件驱动程序库文件系统，没计了DSP开发和实验所必需的信号发生电路和方便结果显示的LCD显示接口电路；建立了能够处理多个任务的主程序架构。把单独运行的信号处理程序模块化为C语言的子程序，可以在系统中随时调用执行，充分体现了DSP强大的计算能力和软件编程的灵活性。