tms320c6000系列dsp編程工具與指南 淺談dsp編程
本文主要是關(guān)于tms320c6000的相關(guān)介紹，并著重對(duì)tms320c6000系列dsp編程工具與指南進(jìn)行了詳盡的闡述。
dspDSP（digital singnal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)，再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬(wàn)條復(fù)雜指令程序，源源超過(guò)通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。
它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱(chēng)道的兩大特色 DSP既是Digital Signal Processing的縮寫(xiě)（數(shù)字信號(hào)處理的理論和方法）或者是Digital Signal Processor（用于數(shù)字信號(hào)處理的可編程微處理器）的縮寫(xiě)。我們所說(shuō)的DSP技術(shù)，則一般指將通用的或?qū)Ｓ玫腄SP處理器用于完成數(shù)字信號(hào)處理的方法和技術(shù)。 DSP的有以下特點(diǎn)： DSP處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。 哈佛結(jié)構(gòu)就是將程序代碼和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開(kāi)，各有自己的地址和數(shù)據(jù)總線。之所以采用哈佛結(jié)構(gòu)，是為了并行進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)處理，從而可以大大地提高運(yùn)算的速度。為了進(jìn)一步提高信號(hào)處理的效率，在哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，又加以改善。使得程序代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，稱(chēng)為改善的哈佛結(jié)構(gòu)。 采用流水技術(shù)。 流水技術(shù)是將各指令的各個(gè)步驟重疊起來(lái)執(zhí)行。
DSP處理器所采用的將程序存儲(chǔ)空和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的地址與數(shù)據(jù)總線分開(kāi)的哈佛結(jié)構(gòu)，為采用流水技術(shù)提供了很大的方便。 為了提高DSP處理器的運(yùn)算速度，它們無(wú)例外地設(shè)置了硬件乘法器，以及MAC（乘并且累加）一類(lèi)的指令。 DSP處理器都為DMA單獨(dú)設(shè)置了完全獨(dú)立的總線和控制器，這是和通用的CPU很不相同，其目的是在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是完全不影響CPU及其相關(guān)總線的工作。 在DSP處理器中，設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)地址發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生所需的數(shù)據(jù)地址。數(shù)據(jù)地址的產(chǎn)生與CPU的工作是并行的，從而節(jié)省CPU的時(shí)間，提高信號(hào)的處理速度。 DSP處理器為了自身工作的需要和外部環(huán)境的協(xié)調(diào)工作。往往都設(shè)置了豐富的外設(shè)。如時(shí)鐘發(fā)生器。定時(shí)器等。
定點(diǎn)DSP處理器和浮點(diǎn)DSP處理器。定點(diǎn)DSP中經(jīng)常要考慮溢出問(wèn)題，在浮點(diǎn)DSP基本上可以不考慮。與定點(diǎn)DSP處理器相比，浮點(diǎn)DSP處理器的速度更快，尤其是作浮點(diǎn)運(yùn)算。在實(shí)時(shí)性要求很到的場(chǎng)合。往往考慮浮點(diǎn)DSP處理器。而浮點(diǎn)DSP處理器的價(jià)格比較高，開(kāi)發(fā)難度更大。 DSP的用途 2000主要用于控制：供電，光網(wǎng)絡(luò)等。5000則是通訊和靜態(tài)圖像處理：視頻產(chǎn)品，數(shù)字無(wú)線電等。而6000是數(shù)字通信和圖像處理：移動(dòng)通信，打印機(jī)，數(shù)字掃描儀等。
dsp編程1、DSP編程
對(duì)OSS驅(qū)動(dòng)聲卡的編程使用Linux文件接口函數(shù)，如圖17.5，DSP接口的操作一般包括如下幾個(gè)步驟：
?、?打開(kāi)設(shè)備文件/dev/dsp。
采用何種模式對(duì)聲卡進(jìn)行操作也必須在打開(kāi)設(shè)備時(shí)指定，對(duì)于不支持全雙工的聲卡來(lái)說(shuō)，應(yīng)該使用只讀或者只寫(xiě)的方式打開(kāi)，只有那些支持全雙工的聲卡，才能以讀 寫(xiě)的方式打開(kāi)，這還依賴(lài)于驅(qū)動(dòng)程序的具體實(shí)現(xiàn)。Linux允許應(yīng)用程序多次打開(kāi)或者關(guān)閉與聲卡對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件，從而能夠很方便地在放音狀態(tài)和錄音狀態(tài)之間 進(jìn)行切換。
② 如果有需要，設(shè)置緩沖區(qū)大小。
運(yùn)行在Linux內(nèi)核中的聲卡驅(qū)動(dòng)程序?qū)ｉT(mén)維護(hù)了一個(gè)緩沖區(qū)，其大小會(huì)影響到放音和錄音時(shí)的效果，使用ioctl（）系統(tǒng)調(diào)用可以對(duì)它的尺寸進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè) 置。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)程序中緩沖區(qū)大小的操作不是必須的，如果沒(méi)有特殊的要求，一般采用默認(rèn)的緩沖區(qū)大小也就可以了。如果想設(shè)置緩沖區(qū)的大小，則通常應(yīng)緊跟在設(shè)備 文件打開(kāi)之后，這是因?yàn)閷?duì)聲卡的其它操作有可能會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法再修改其緩沖區(qū)的大小。
?、?設(shè)置聲道（channel）數(shù)量。
根據(jù)硬件設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序的具體情況，可以設(shè)置為單聲道或者立體聲。
④ 設(shè)置采樣格式和采樣頻率
采樣格式包括AFMT_U8（無(wú)符號(hào)8位）、AFMT_S8（有符號(hào)8位）、AFMT_U16_LE（小端模式，無(wú)符號(hào)16位）、 AFMT_U16_BE（大端模式，無(wú)符號(hào)16位）、AFMT_MPEG、AFMT_AC3等。使用SNDCTL_DSP_SETFMT IO控制命令可以設(shè)置采樣格式。
對(duì)于大多數(shù)聲卡來(lái)說(shuō)，其支持的采樣頻率范圍一般為5kHz到44.1kHz或者48kHz，但并不意味著該范圍內(nèi)的所有連續(xù)頻率都會(huì)被硬件支持，在 Linux下進(jìn)行音頻編程時(shí)最常用到的幾種采樣頻率是11025Hz、16000Hz、22050Hz、32000Hz 和44100Hz。使用SNDCTL_DSP_SPEED IO控制命令可以設(shè)置采樣頻率。
?、?讀寫(xiě)/dev/dsp實(shí)現(xiàn)播放或錄音。
圖17.5 OSS dsp接口用戶(hù)空間操作流程
代碼清單17.3的程序?qū)崿F(xiàn)了利用/dev/dsp接口進(jìn)行聲音錄制和播放的過(guò)程，它的功能是先錄制幾秒鐘音頻數(shù)據(jù)，將其存放在內(nèi)存緩沖區(qū)中，然后再進(jìn)行放音。
代碼清單17.3 OSS DSP接口應(yīng)用編程范例
1 #include
2 #include
3 #include
4 #include
5 #include
6 #include
7 #include
8 #define LENGTH 3 /* 存儲(chǔ)秒數(shù) */
9 #define RATE 8000 /* 采樣頻率 */
10 #define SIZE 8 /* 量化位數(shù) */
11 #define CHANNELS 1 /* 聲道數(shù)目 */
12 /* 用于保存數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的內(nèi)存緩沖區(qū) */
13 unsigned char buf［LENGTH *RATE * SIZE * CHANNELS / 8］;
14 int main（）
15 {
16 int fd; /* 聲音設(shè)備的文件描述符 */
17 int arg; /* 用于ioctl調(diào)用的參數(shù) */
18 int status; /* 系統(tǒng)調(diào)用的返回值 */
19 /* 打開(kāi)聲音設(shè)備 */
20 fd = open（“/dev/dsp”， O_RDWR）;
21 if （fd 《 0）
22 {
23 perror（“open of /dev/dsp failed”）;
24 exit（1）;
25 }
26 /* 設(shè)置采樣時(shí)的量化位數(shù) */
27 arg = SIZE;
28 status = ioctl（fd， SOUND_PCM_WRITE_BITS， &arg）;
29 if （status == - 1）
30 perror（“SOUND_PCM_WRITE_BITS ioctl failed”）;
31 if （arg ！= SIZE）
32 perror（“unable to set sample size”）;
33 /* 設(shè)置采樣時(shí)的通道數(shù)目 */
34 arg = CHANNELS;
35 status = ioctl（fd， SOUND_PCM_WRITE_CHANNELS， &arg）;
36 if （status == - 1）
37 perror（“SOUND_PCM_WRITE_CHANNELS ioctl failed”）;
38 if （arg ！= CHANNELS）
39 perror（“unable to set number of channels”）;
40 /* 設(shè)置采樣率 */
41 arg = RATE;
42 status = ioctl（fd， SOUND_PCM_WRITE_RATE， &arg）;
43 if （status == - 1）
44 perror（“SOUND_PCM_WRITE_WRITE ioctl failed”）;
45 /* 循環(huán)，直到按下Control-C */
46 while （1）
47 {
48 printf（“Say something：\n”）;
49 status = read（fd， buf， sizeof（buf））; /* 錄音 */
50 if （status ！= sizeof（buf））
51 perror（“read wrong number of bytes”）;
52 printf（“You said：\n”）;
53 status = write（fd， buf， sizeof（buf））; /* 放音 */
54 if （status ！= sizeof（buf））
55 perror（“wrote wrong number of bytes”）;
56 /* 在繼續(xù)錄音前等待放音結(jié)束 */
57 status = ioctl（fd， SOUND_PCM_SYNC， 0）;
58 if （status == - 1）
59 perror（“SOUND_PCM_SYNC ioctl failed”）;
60 }
61 }
tms320c6000系列dsp編程工具與指南1. Why process signals digitally？
?。?）模擬電路由模擬組件構(gòu)成：電阻、電容及電感等，這些組件隨著電壓、溫度或機(jī)械結(jié)構(gòu)的改變會(huì)動(dòng)態(tài)影響到模擬電路的效果；
?。?）數(shù)字電路具有好的噪聲抑制能力，少的開(kāi)發(fā)時(shí)間和功耗
雖然數(shù)字電路有那么多優(yōu)點(diǎn)，在有些情況下還必須使用模擬電路：非常高頻的信號(hào)（》100MHz）。原因有2點(diǎn)：（1）ADC轉(zhuǎn)換的限制；（2）使用數(shù)字電路很難實(shí)時(shí)處理非常高頻的信號(hào)。
2. Why use DSP？
DSP是Digital Siginal Processor的簡(jiǎn)稱(chēng)。
?。?）相對(duì)于PC等上的高端處理器，具有更低的功耗
?。?）相對(duì)于PC等上的高端處理器，具有更低的價(jià)格
因此，在考慮價(jià)格、機(jī)械尺寸、低功耗以及“高頻”處理時(shí)使用DSP是較好的選擇。
相對(duì)于嵌入式ARM而言，DSP在信號(hào)處理上具有更大的優(yōu)勢(shì)，ARM偏向于控制。
3. Tipically DSP Algorithms？
在大部分的DSP算法中，乘積和（sum of product， SOP）是最基本的單元。
DSP對(duì)乘法和加法做了優(yōu)化，乘法與加法在DSP上一般在一個(gè)指令周期內(nèi)完成，這也是為什么DSP適用于做信號(hào)處理的原因。
4. Choose a DSP
通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)，列表比較兩者參數(shù)，比如
浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP的使用場(chǎng)合對(duì)比：
浮點(diǎn)DSP一般用于高精度、寬的動(dòng)態(tài)范圍、高信噪比，一般比較容易使用。定點(diǎn)DSP具有更低的功耗，更便宜，相對(duì)尺寸更小。
5. DSP 與 ASIC（專(zhuān)用集成電路）
ASIC聽(tīng)起來(lái)更高端，但使用場(chǎng)合較少，主要因?yàn)锳SIC開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)（至少1年左右），靈活性差（一旦生成流片則不可更改），耗資大。除非自己經(jīng)常使用的模塊做成流片重用，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中一般不使用ASIC。
6. TMS320系列DSP
TI C6000系列主要分為C64x，C62x，C67x三個(gè)子系列，C62x與C64x都是定點(diǎn)DSP，C67系列為浮點(diǎn)DSP。
結(jié)語(yǔ)關(guān)于tms320c6000的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。
相關(guān)閱讀推薦：編寫(xiě)一個(gè)以匯編（ASM）語(yǔ)言為基礎(chǔ)的DSP程序
相關(guān)閱讀推薦：dsp28335如何入門(mén)：程序設(shè)計(jì)步驟