1、摘要：2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理及應(yīng)用，第1章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，C55x系列處理器具有靈活的應(yīng)用和強(qiáng)大的處理能力，為開發(fā)和使用提供了良好的硬件平臺(tái)。為了使這個(gè)平臺(tái)發(fā)揮更好的作用，高效便捷的軟件設(shè)計(jì)是必不可少的。程序的主框架和實(shí)時(shí)性要求低的部分采用C/C語言，算法實(shí)現(xiàn)采用匯編語言，可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，解決可讀性和效率之間的矛盾。同時(shí)，它也提高了軟件的可移植性。軟件移植時(shí)，不需要改變程序的主框架，只需為處理器提供相應(yīng)的算法。本章主要介紹C55x處理器的基本程序結(jié)構(gòu)、C語言編程與優(yōu)化、C語言與匯編語言的混合編程以及通用目標(biāo)文件格式。最后，介紹了C55x處理器

2、的數(shù)字信號(hào)處理庫、圖像和視頻處理庫。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1 C55x處理器程序基本結(jié)構(gòu)，4.2 C語言程序開發(fā)與優(yōu)化，4.3 C語言與匯編語言混合編程，4.4通用對(duì)象文件格式，4.5 C55x處理器數(shù)字信號(hào)處理庫和圖像與視頻處理庫，2020年8月2日，TMS320C55x DSP原理與應(yīng)用；3、第4章，C55x處理器軟件設(shè)計(jì)，C55x處理器軟件開發(fā)流程；2020年8月2日，TMS320C55x數(shù)字信號(hào)處理器原理及應(yīng)用；4，第4章，C55x處理器軟件設(shè)計(jì)，匯編程序：將匯編源代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言。匯編程序：它將匯編源代碼

3、轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言。鏈接器：將多個(gè)目標(biāo)文件合并成一個(gè)可執(zhí)行文件。歸檔器：一組文件可以歸檔到庫中供用戶使用。如果用戶只用匯編語言編寫程序，他將跳過C編譯器，直接通過匯編程序生成目標(biāo)文件。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理和應(yīng)用，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，C55x處理器程序的基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)任務(wù)調(diào)度方法的不同，C55X處理器程序大致可以分為兩類：(1)由程序本身進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，運(yùn)行效率高，對(duì)硬件中斷響應(yīng)快，程序運(yùn)行穩(wěn)定，適用于單個(gè)任務(wù)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。(2)任務(wù)調(diào)度是由嵌入式操作系統(tǒng)完成的，但有必要使用嵌入式操作系統(tǒng)同時(shí)完成多個(gè)任務(wù)，因?yàn)榍度胧讲僮飨到y(tǒng)可以將應(yīng)用分解成多個(gè)任務(wù)，簡(jiǎn)化了

4、應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，更重要的是，良好的多任務(wù)設(shè)計(jì)有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理和應(yīng)用，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，以及4.1.1自調(diào)度程序的基本結(jié)構(gòu)。雖然嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但是通過程序本身來完成任務(wù)調(diào)度仍然保持著強(qiáng)大的生命力，因?yàn)檫@種方法適用于需要完成大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的順序處理的DSP。自調(diào)度器的基本結(jié)構(gòu)如下。中斷程序1；中斷程序m；主()數(shù)字信號(hào)處理器_整數(shù)()；/數(shù)字信號(hào)處理器為()初始化；)/主循環(huán)if(條件1)/判斷條件1處理模塊1；/如果滿足條件，運(yùn)行處理模塊1；如果(條件n)/判斷條件n處理模塊n；/條件滿足

5、運(yùn)行處理模塊n的要求；2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第7章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，初始化部分通常完成DSP軟硬件的初始化設(shè)置，啟動(dòng)系統(tǒng)硬件，使能DSP中斷，啟動(dòng)DMA傳輸?shù)?。主回路是程序的主要部分，它將完成?shù)據(jù)的輸入、處理和輸出。主循環(huán)由條件判斷和處理模塊組成，當(dāng)條件滿足時(shí)運(yùn)行，如果條件不滿足則自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)判斷條件。中斷器通常不處理數(shù)據(jù)，而只是設(shè)置判斷標(biāo)志來影響主回路的運(yùn)行。自調(diào)度器通常由中斷程序部分、初始化部分和主循環(huán)部分組成：4.1.1自調(diào)度器的基本結(jié)構(gòu)，TMS320C55x DSP的原理及應(yīng)用2020年8月2日8。第四章C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)。為

6、了滿足實(shí)時(shí)操作的要求，自調(diào)度器的主循環(huán)部分必須將處理延遲限制在最大可接受的延遲。具體來說，運(yùn)行主循環(huán)所有分支的總時(shí)間必須小于最大可接受延遲。如果不能滿足這個(gè)條件，在最壞的情況下，數(shù)據(jù)處理將是不連續(xù)的，并且不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。當(dāng)編寫的程序不滿足上述條件時(shí)，需要修改處理流程或修改處理算法以滿足條件。4.1.1自調(diào)度程序的基本結(jié)構(gòu)，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理及應(yīng)用，第9章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理器中運(yùn)行的操作系統(tǒng)必須滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)模式可分為硬實(shí)時(shí)模式和軟實(shí)時(shí)模式。在軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，任務(wù)由軟件切換，而在硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，任務(wù)根據(jù)固定的時(shí)鐘節(jié)

7、拍切換。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)使每個(gè)任務(wù)盡快運(yùn)行，而不限制一個(gè)任務(wù)能完成多長(zhǎng)時(shí)間；在硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，每個(gè)任務(wù)不僅要正確執(zhí)行，而且要準(zhǔn)時(shí)。4.1.2使用嵌入式操作系統(tǒng)，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的功能是合理地調(diào)度和分配任務(wù)，使每個(gè)任務(wù)能夠正確、及時(shí)地執(zhí)行。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第10章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，嵌入式操作系統(tǒng)的核心是操作系統(tǒng)內(nèi)核。在多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理每個(gè)任務(wù)，為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，在任務(wù)之間進(jìn)行通信和切換任務(wù)。系統(tǒng)中的每個(gè)任務(wù)根據(jù)其重要性被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，內(nèi)核將根據(jù)其優(yōu)先級(jí)來調(diào)度任務(wù)?；趦?yōu)先級(jí)的內(nèi)核可以分為兩種類型：不可剝奪的和不可剝奪的。4.

8、1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，11，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，1。不可分割的內(nèi)核，它要求每個(gè)任務(wù)自愿放棄使用中央處理器的權(quán)利。這種任務(wù)調(diào)度方法也可以稱為協(xié)同多任務(wù)，其中每個(gè)任務(wù)相互協(xié)作并共享一個(gè)中央處理器。不可分割內(nèi)核中的異步事件由中斷服務(wù)處理，中斷服務(wù)可以將高優(yōu)先級(jí)任務(wù)從掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)；但是，在服務(wù)中斷后，中央處理器的使用權(quán)返回給原來被中斷的任務(wù)，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)只有在主動(dòng)放棄中央處理器的使用權(quán)后才能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理和應(yīng)用，12，第4章，

9、C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，該內(nèi)核的優(yōu)點(diǎn)是能快速響應(yīng)中斷，不可分割的內(nèi)核允許任務(wù)使用不可重入函數(shù)。每個(gè)任務(wù)都調(diào)用不可重入的函數(shù)，而不用擔(dān)心其他任務(wù)會(huì)使用這個(gè)函數(shù)并導(dǎo)致數(shù)據(jù)破壞。當(dāng)使用不可分割的內(nèi)核時(shí)，任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間取決于最長(zhǎng)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間。在使用內(nèi)核時(shí)，很少需要使用信號(hào)量來保護(hù)共享數(shù)據(jù)，因?yàn)檫\(yùn)行的任務(wù)不必?fù)?dān)心其他任務(wù)會(huì)搶占CPU；然而，如果任務(wù)使用共享設(shè)備，它們也應(yīng)該使用互斥信號(hào)量。4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，1。不可分割的內(nèi)核，2020年8月2日，TMS320C55x數(shù)字信號(hào)處理器的原理和應(yīng)用，13。第四章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，不可分割內(nèi)核的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間不確定，并且無法確定具有最高

10、優(yōu)先級(jí)的任務(wù)何時(shí)可以獲得使用CPU的權(quán)利。2.可剝奪內(nèi)核。當(dāng)可剝奪內(nèi)核運(yùn)行時(shí)，一旦具有最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)準(zhǔn)備就緒，它總是可以獲得使用中央處理器的權(quán)利。當(dāng)優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)，當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)將被暫停，上級(jí)任務(wù)將立即獲得CPU的使用權(quán)。，1。不可分割的內(nèi)核，4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2020年8月2日，TMS320C55x數(shù)字信號(hào)處理器的原理與應(yīng)用，14。第四章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，如果中斷服務(wù)子程序使一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)，中斷完成后，中斷的任務(wù)暫停，上級(jí)任務(wù)開始運(yùn)行。通過使用可移動(dòng)內(nèi)核，可以隨時(shí)執(zhí)行最高級(jí)別的任務(wù)，這優(yōu)化了任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。使用不可重入內(nèi)核要求應(yīng)用程序不

11、應(yīng)該直接使用不可重入函數(shù)，如果它想使用它，它應(yīng)該滿足互斥條件。4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2?？蓜儕Z內(nèi)核，2020年8月2日，TMS320C55x數(shù)字信號(hào)處理器原理與應(yīng)用，15。第四章，C55X處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，內(nèi)核的主要工作是完成任務(wù)調(diào)度，也可以稱為線程，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，并且這個(gè)程序認(rèn)為中央處理器屬于完全操作系統(tǒng)，要求系統(tǒng)要完成的工作分解成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都是應(yīng)用的一部分。任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級(jí)，并有自己的一組中央處理器寄存器和堆?？臻g。2020年8月2日，TMS320C55x DSP原理與應(yīng)用，16，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1.2，嵌

12、入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，任務(wù)是一個(gè)無限循環(huán)，必須處于以下五種狀態(tài)之一：(1)休眠狀態(tài)是任務(wù)駐留在內(nèi)存中，但沒有被系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用；就緒狀態(tài)是任務(wù)已就緒，但任務(wù)的優(yōu)先級(jí)低于正在運(yùn)行的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，因此暫時(shí)無法運(yùn)行；運(yùn)行狀態(tài)是任務(wù)有權(quán)使用中央處理器并且正在運(yùn)行；掛起狀態(tài)是指任務(wù)正在等待一個(gè)事件來結(jié)束當(dāng)前的等待(如等待外設(shè)I/O操作、等待共享資源、等待計(jì)時(shí)或超時(shí)信息等)。)；當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，中央處理器進(jìn)入中斷服務(wù)程序，但暫時(shí)不能運(yùn)行當(dāng)前任務(wù)，任務(wù)進(jìn)入中斷狀態(tài)。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理和應(yīng)用，第17章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，第4章，嵌入式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)需要在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行

13、轉(zhuǎn)換和調(diào)度，因?yàn)镃PU在某個(gè)時(shí)間只能服務(wù)一個(gè)任務(wù)，而CPU必須依次服務(wù)一系列任務(wù)。多任務(wù)處理可以最大限度地提高CPU利用率并模塊化應(yīng)用程序。多任務(wù)處理可以使程序更容易設(shè)計(jì)和維護(hù)。當(dāng)任務(wù)從當(dāng)前任務(wù)切換到另一個(gè)任務(wù)時(shí)，必須保存正在執(zhí)行的任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)。所謂“任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)”是指中央處理器寄存器中的所有內(nèi)容；這些內(nèi)容保存在任務(wù)自己的堆棧中，以便在下次執(zhí)行任務(wù)時(shí)恢復(fù)當(dāng)前狀態(tài)。保存當(dāng)前任務(wù)后，將下一個(gè)任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)加載到中央處理器寄存器中，開始下一個(gè)任務(wù)。這個(gè)過程被稱為“任務(wù)切換”。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第18章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，以及4.1.2嵌入式操作

14、系統(tǒng)的應(yīng)用，每個(gè)任務(wù)都有其優(yōu)先級(jí)，而且任務(wù)越重要，優(yōu)先級(jí)越高。如果任務(wù)的優(yōu)先級(jí)在程序執(zhí)行過程中保持不變，則稱為靜態(tài)優(yōu)先級(jí)；否則，它被稱為動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)。所謂的“任務(wù)管理”意味著任務(wù)在內(nèi)核的控制下在五種狀態(tài)之間切換。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第19章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1.2，嵌入式操作系統(tǒng)可能會(huì)在不同的任務(wù)之間使用共同的資源，當(dāng)它們同時(shí)使用共享資源時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。嵌入式操作系統(tǒng)提供了約定的信號(hào)量機(jī)制，通過它可以控制共享資源的使用權(quán)或標(biāo)記事件。信號(hào)量有兩種類型：二進(jìn)制類型和計(jì)數(shù)器類型。事實(shí)上，二進(jìn)制類型可以被視為只有一位的計(jì)數(shù)器類型信號(hào)量。2020

15、年8月2日，TMS320C55x數(shù)字信號(hào)處理器的原理和應(yīng)用，第20章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，以及4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，信號(hào)量可視為一個(gè)關(guān)鍵。當(dāng)任務(wù)要運(yùn)行時(shí)，您必須首先獲取該密鑰。如果信號(hào)量已經(jīng)被其他任務(wù)占用，任務(wù)必須暫停并等待當(dāng)前用戶釋放信號(hào)量。，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第21章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，任務(wù)中應(yīng)該使用信號(hào)量，信號(hào)量應(yīng)該先初始化。如果一個(gè)任務(wù)想要得到一個(gè)信號(hào)量，它必須首先執(zhí)行一個(gè)“等待”操作。如果信號(hào)量有效(信號(hào)量的值大于0)，信號(hào)量的大小減少1，任務(wù)可以繼續(xù)執(zhí)行。如果信號(hào)量的值為0，則等待信

16、號(hào)量的任務(wù)列在等待信號(hào)量的任務(wù)表中。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理和應(yīng)用，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，如果等待時(shí)間超過某個(gè)設(shè)定值，信號(hào)量仍然無效，等待信號(hào)量的任務(wù)將自動(dòng)進(jìn)入就緒狀態(tài)，準(zhǔn)備運(yùn)行，并向系統(tǒng)報(bào)告“超時(shí)錯(cuò)誤”消息。4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理和應(yīng)用，23，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)際上，可能有很多任務(wù)在等待這個(gè)信號(hào)量。在嵌入式操作系統(tǒng)中，通常根據(jù)優(yōu)先級(jí)來決定哪個(gè)任務(wù)獲得信號(hào)量。任務(wù)也可以釋放信號(hào)量。如果有一個(gè)任務(wù)在等待信號(hào)量，那么一個(gè)任務(wù)將進(jìn)入就緒狀態(tài)，信號(hào)量的值不會(huì)增加。如果此時(shí)沒有等待

17、信號(hào)量的任務(wù)，信號(hào)量的值將增加1。4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理及應(yīng)用，24，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，兩個(gè)任務(wù)可以通過信號(hào)量同步，信號(hào)量可以分為單向同步和雙向同步兩種類型。單向同步意味著一個(gè)任務(wù)用一個(gè)信號(hào)量觸發(fā)另一個(gè)任務(wù)。單向同步，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第25章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，當(dāng)兩個(gè)任務(wù)需要相互同步時(shí)，需要雙向同步。兩個(gè)任務(wù)的雙向同步，4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，26，第4章，C5

18、5x處理器的軟件設(shè)計(jì)，4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，任務(wù)之間的通信可以通過兩種方式：全局變量或消息。當(dāng)使用全局變量時(shí)，必須保證任務(wù)或中斷服務(wù)子程序，并且在使用該變量時(shí)，沒有其他任務(wù)或中斷服務(wù)子程序訪問該變量。此外，如果任務(wù)沒有其他機(jī)制來通知其變量已被修改，則任務(wù)只能定期查詢變量值。為避免這種情況，請(qǐng)考慮使用郵件郵箱或郵件隊(duì)列。2020年8月2日，TMS320C55x DSP的原理與應(yīng)用，第4章，C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)，以及4.1.2嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，消息郵箱是一個(gè)任務(wù)還是一個(gè)中斷程序。通過指針變量將消息(指針)放入郵箱，一個(gè)或多個(gè)任務(wù)可以通過內(nèi)核服務(wù)接收消息。內(nèi)核可以提供以下郵箱服務(wù)：初始化郵箱中的消息；將郵件放入郵箱；等待郵件進(jìn)入郵箱；從郵箱中獲取