[分享] TMS320C6000 DSP的混合编程研究

TMS320C6xxx公共指令集：
       读取/存储类指令、算术运算类指令、逻辑与位运算类指令、搬移、跳转（程序转移）及空操作类指令等6种。
       由于C6000汇编语言的每一条指令只能在一定的功能单元执行，因此就形成了指令和功能单元之间的映射关系。一般而言，与乘法相关的指令在.M单元执行；需要产生数据存储器地址的指令在.D功能单元；算术逻辑运算大多在.S与.L单元执行。
       在书写汇编程序时可以以方括号对条件操作进行描述，方括号内是条件寄存器的名称，对C62xx/C67xx可以使用A1、A2、B0、B1和B2，而对于C64xx还可以增加使用A0寄存器作为条件寄存器。
       对C62xx/C67xx，双字节型数据的地址必须从偶数开始，即其地址最低位为0，4字节数据地址最低2位必须为0，分别称为半字、字边界。
       Little-Endian指数据的存储方式，即数据的高有效位存放在地址高位字节，低有效位存放在地址低有效位。数据存放的终结方式（EN）由芯片的相应管脚LENDIAN的电平决定，并反映在CSR寄存器的EN位。LENDIAN＝1为小终端，LENDIAN＝0为大终端。如0x0A48FE01
Table-1 Little-Endian
地址 内容
0x00000000 01
0x00000001 FE
0x00000002 48
0x00000003 0A

       如果运算结果超出了目的操作数字长所能表示数的范围，造成运算结果的高位丢失，使保存的运算结果不正确，称为溢出。
1、 寻址方式及Load/Store类指令
LDB/LD、LDBU/LDHU、STB/STH/STW，主要负责通用寄存器组与片内数据存储器之间交换数据。
2、 算术运算类指令
ADD/SUB、ADD2/SUB2、ADDU/SSUB、ADDK
3、 乘法运算类指令
SMPY/SMPYLH/SMPYHL
4、 逻辑和位域操作指令
AND/OR/XOR、NEG（求补码）、SHR/SHL（移位）、CMPEQ/CMPGT/CMPLT（比较）、
5、 搬移指令
搬移指令共有三个，MV/MVC/MVK，MV指令用于在通用寄存器之间传递数据，MVC指令用于在通用寄存器和控制寄存器之间传递数据，此条指令只能使用.S2功能单元，MVK指令用于把16位常数送入通用寄存器。在C6000指令集内，只能往寄存器送16位常数，可选择MVKH/MVKL指令向寄存器的高16位送数。
6、 程序转移指令
B .S1 LOOP
【资源对公共指令集底限制】表现在：指令在执行过程中会占用一定底资源，并行执行的指令所需资源不能冲突，在同一周期内不能有2条指令对同一寄存器执行写操作，具体编写汇编程序时要考虑到DSP的8个功能单元、2个读取数据通道（LD1、LD2）、2个通用寄存器组（A、B）、2个数据存储通路（ST1、ST2）、2个寄存器交叉通路（1X、2X）、2个数据寻址通路（DA1、DA2）相互之间的制约关系。
 
TMS320C6000流水线概述：
       对于微处理器来说，每隔一周期即可进入1条新指令，这样在同一时间内，就有多条指令交替地在不同部件内处理，这种工作方式称为“流水线”（pipeline）工作方式。即取指、译指、执行同时进行。
 
short pa[10] = {0}, pb[10] = {0};
void main()
{
       int i = 0,sum = 0;
 
       for(i=0; i< 10; i++)
       {
              sum +=pa[i]*pb[i];
       }
}
SP表示基址
80001BA0 07BD09C2                    SUB.D2        SP,0x8,SP                    指针入栈
80001BA4 01800040           MVK.D1        0,A3                            0送入通用寄存器A3
80001BA8 01BC22F5          STW.D2T1      A3,*+SP[0x1] 将A3内容送入[SP+4]=0（i = 0）
80001BAC 0200002A ||        MVK.S2        0x0000,B4             0送入通用寄存器B4
80001BB0 023C42F6           STW.D2T2      B4,*+SP[0x2] 将B4的内容送入[SP+8]=0（sum = 0）
80001BB4 00002000            NOP           2     二周期空操作
80001BB8 02000042            MVK.D2       0,B4        0送入B4
80001BBC 001148DA           CMPGT.L2     10,B4,B0 比较10和B4的大小，结果送入B0
80001BC0 30178120     [!B0]  BNOP.S1       L2,4        若B0为0，跳转到L2执行
80001BC4 023C22F6            STW.D2T2     B4,*+SP[0x1]       将B4送入内存[SP+4]=0
80001BC8          L1:
80001BC8 019018F1            OR.D1X        0,B4,A3   //B4与0“或”结果送入A3
80001BCC 0280CC2B ||        MVK.S2        0x0198,B5       //B5=0x0198
80001BD0 0200D828 ||         MVK.S1        0x01b0,A4       //A4=0x01b0
80001BD4 02389AB1            ADD.D1X       A4,DP,A4
80001BD8 02B8A842 ||         ADD.D2        DP,B5,B5
80001BDC 01906A45            LDH.D1T1      *+A4[A3],A3 //A3=pb[A3]
80001BE0 02148AC6 ||         LDH.D2T2      *+B5[B4],B4 //B4=pa[B4]
80001BE4 00002000             NOP           2
80001BE8 02BC42E6            LDW.D2T2      *+SP[0x2],B5 //去sum放入B5
80001BEC 00000000             NOP          
80001BF0 01907C80             MPY.M1X      A3,B4,A3 //
80001BF4 00002000             NOP           2
80001BF8 020CBAB2           ADD.D2X       B5,A3,B4 //sum = pa[i]*pb[is]
80001BFC 023C42F6            STW.D2T2      B4,*+SP[0x2] //结果sum存入[SP+8]
80001C00 00002000             NOP           2
80001C04 023C22E6            LDW.D2T2      *+SP[0x1],B4 //令B4 = i
80001C08 00006000             NOP           4
80001C0C 02102942            ADD.D2        B4,0x1,B4 //完成i++功能
80001C10 001148DA            CMPGT.L2     10,B4,B0//比较10和B4,大小结果放入B0
80001C14 2FF28120     [ B0]  BNOP.S1       L1,4 //若10>i继续循环L1
80001C18 023C22F6            STW.D2T2      B4,*+SP[0x1] //且i值存入[SP+4]
80001C1C          L2:
80001C1C 008C8362            BNOP.S2        B3,4
80001C20 07BD0942            ADD.D2        SP,0x8,SP //SP指针出栈
80001C24 00000000            NOP              
80001C28 00000000            NOP          
80001C2C 00000000            NOP          
80001C30 00000000            NOP          
80001C34 00000000            NOP          
80001C38 00000000            NOP          
80001C3C 00000000            NOP          
 
中断向量表设置：
用C语言编写的中断服务程序主要由以下四步组成：
（1）选择中断源并编写中断服务程序（interrupt service routine）；
（2）创建并初始化中断向量表（interrupt vectortable）；
（3）通过设置相关中断控制寄存器来使能中断；
（4）通过编写连接器命令文件（linker commandfile）来完成程序各个段的连接。
 
C程序的基本结构：
1． 主程序main.c C程序的入口点
2． 链接命令文件.cmd  
这个文件包含了DSP和目标板的存储器空间的定义，以及数据段，代码段是如何分配到这些空间的。
3． C运行库文件rst6000.lib
如果用户程序是准备写进EPROM并在上电后运行，则还要包括.asm文件，该文件的代码将作为IST（中断服务表），并且必须被.cmd文件分配在地址0。DSP在复位后首先跳转到0地址，执行复位中断，而该复位中断对应的代码要跳转到_c_int00函数，来完成诸如堆栈的初始化，全局变量等操作，接着执行用户main()函数。
       全局变量和静态变量被分配在.bss段中，并且在小模式下，.bss段要小于32k，也就是说程序成定义的全局变量和静态变量所占用的空间不能超过32k。对变量采用直接寻址，而在大模式下没有限制，对变量的访问采用间接寻址，速度较慢。
      
C程序与线性汇编的混合编程：
       在后缀名为.sa的文件中书写线性汇编程序如下：
              .global _add2             ;申明全局函数add2
_add2:     .cproc a,b                 ;.cproc与.endproc标明这之间是汇编优化器所处理的内容
              .reg sum               ;
              ADD a,b,sum          ;sum = a + b
              .return sum        ;
              .endproc               ;
C调用
int add2(int ai, int bi);
main()
{
       int c_result = add2(1,2);
       printf(“The add result = %d”, c_result);
}
 
关键字volatile的使用：
1． 汇编语言对volatile的解释
main()
{
        int nsize_t = 0;
        int nsize_l = nsize_t;
}
SUB.D2    SP,0x8,SP
MVK.D2 0,B4
STW.D2T2 B4,*+SP[0x1]
NOP        2
STW.D2T2 B4,*+SP[0x2];没有取地址操作数
NOP        2
main()
{
        volatile int nsize_t = 0;
        int nsize_l = nsize_t;
}
SUB.D2    SP,0x8,SP
MVK.D2 0,B4
STW.D2T2 B4,*+SP[0x1]
NOP        2
LDW.D2T2 *+SP[0x1],B4;取地址操作数
NOP        4
STW.D2T2 B4,*+SP[0x2]
NOP                     2