ADSP-TS101S嵌入式系统的混合编程设计

ADSP-TS101S是美国ADI公司推出的一款具有极高性能的数字信号处理器(DSP)芯片，其专为大信号处理任务和通信应用进行了结构上的优化设计，在嵌人式信号处理中得到广泛应用。ADSP-TS101S的软件设计可以采用汇编语言、高级语言(C/C )或高级语言与汇编语言混合编程。完全采用汇编编程，执行效率高，但对于复杂算法编写难度大，开发周期长，可读性和可移植性差；而完全采用C编程虽然可以弥补汇编的缺陷，但是程序的执行效率相对较低，大概只有汇编程序的10％～20％，对于实时性要求很高的处理，如雷达信号处理，很难满足要求。采用混合语言编程，用c语言构建框架，用汇编完成运算量较大的核心处理模块及硬件底层管理，就可以把两者的优点有效地结合起来。C和汇编语言的混合编程有三种形式：一是对C程序编译后形成的汇编程序进行手工修改与优化；二是直接在C代码中插入汇编语句，只需在汇编语句两边加上双引号和括号，在括号前面加上标识"asm"，如asm("汇编语句")；三是分别编写C程序和汇编程序，再独立编译成目标代码模块链接。第一种方法对程序可读性负面影响较大。第二种方法适用于C与汇编效率差异较大的情况，如进入中断的中断子程序等。第三种方法最常用，需要遵循一些规定的接口规范和标准。

1 混合编程的接口规范和标准

①在C／C 环境下，TigerSHARC定义了一套严格的寄存器规则，它分为三类：

第一类是保留寄存器，j16～j25、k16～k25、xr24～xr31、yr24～yr31，共40个，作为编译系统库函数专门使用的寄存器。编写程序时应避免使用这些寄存器，以免误改了系统库函数。若在子程序中使用到，必须在被调用时保存，调用完后释放。
第二类是堆栈专用寄存器，k26、27和j26、j27四个，这些寄存器在调用时都需要保护。
第三类是高速暂存寄存器，包括除了以上两类寄存器以外的所有寄存器。用法和汇编中的普通寄存器是一样的，使用前不需要保存寄存器内容。

在默认情况下，cjmp寄存器用作存放被调函数的返回地址，但在嵌套调用中，这个值会被修改。为了保证安全返回，一般把返回地址存放在堆栈顶偏移地址为0的地方。

函数调用有时需要参数传递，通常，若参数少于5个，则通过寄存器传递，如表1所列。



如果在C／C 调用函数中作了正确的函数返回声明，则被调用的汇编函数可使用寄存器j8、xr8和xr9返回有效值。j8用于返回整数或地址；xr9：8可提供双字结果返回。若返回值大于2个字长，则必须为它们分配存储空间，令j8为返回值，指向该空间的首地址即可。

②在C／C 中声明的全局变量及函数，汇编中加"一"前缀才能使用；在汇编中的对象必须用"一"前缀命名，并用．g10bal声明为全局变量，才可在C／C 中访问到。具体格式如表2所列。

2 混合编程的调用和中断

2.1 函数调用

C编译器对函数调用有一系列严格的规则。除了特殊的运行支持函数外．任何函数与c函数互调都必须遵循这些规则。函数调用的标准运行模式为：①调用者将参数庄人堆栈。压入时按照反序进行，即最右边的参数位于堆栈的顶部。②调用函数。③调用结束时，调用者将参数弹出堆栈并返回。整个过程离不开堆栈操作。函数调用中的堆栈结构示意图如图1所示。



ADSP-TS101S的堆栈是一个先入后出存储区(如图1)，用堆栈指针(j／k27)和帧指针(j／k26)来管理堆栈。调用函数时，编译器在运行栈中建立一个帧以存储信息，当前函数帧称为局部帧。j／k26指向当前函数的局部帧的开始，即栈底。j／k27指向栈顶，工作方式是向低地址变化。每调用一次函数，就建立一个新帧。C环境利用局部帧来实现如下功能：

①保护函数的返回地址及相关寄存器：把函数返回地址保存在j27 0的位置(栈顶)，同时设置jZ6为j27-0x40(栈底)，得到长度为64的栈区，并在栈区内保护相关寄存器。
②分配局部变量：在局部变量赋初值的时候，系统在堆栈内给它分配一个空间。
③传递函数参数：前4个参数传递给相应寄存器(见表1)，后续参数按顺序装载到堆栈j27 0xC起始的空间中。注意，如果传递的参数是结构类型，则其所有元素将入栈。例：第五个参数是两元素的结构体，则元素一放于jZ7 0xC，元素二放于j27 0xD，汇编子程序在使用参数时只需从对应的位置上读取即可。

C环境在调用C函数时自动管理这些操作，当汇编与C接口时，必须采用与C一样的方式进行操作。这个过程可用图1详细描述。特别需要注意的是，由于C编译器不提供检查堆栈溢出的任何手段，因此必须保证有足够的空间用于堆栈；否则若发生溢出现象，将破坏程序的运行环境，从而导致程序的瘫痪。

2.2 中 断

中断是DSP控制程序执行的重要方式。通常，DSP工作在包含多个外部异步事件的环境中，这些异步事件的随机发生要求DSP能中断当前的处理程序并转向执行该事件处理程序，执行完后又要求返回被中断的原程序继续处理步骤，这一过程就是中断。中断源可以来自片内或片外的设备，例如时钟、A／D等。中断的设置包含两步--①打开中断屏蔽寄存器的相应中断位，②设置中断服务程序的入口地址，这样就能实现中断的正常运行。中断服务程序是特殊的函数，不能带返回值，不能传递参数，内容须短而有效。标准运行模式为：①保存断点地址并保护所有用到的寄存器，②执行中断服务程序，③释放寄存器并返回。

ADSP-TS101s中C语言中断实现有两种方法：一种是采用interrupt(int，vuid(*func(int)))函数来设置中断矢量表，这个函数定义在signal.h头文件中。第一个参量表示需响应的中断位，在这个头文件中也有定义；第二个参数即是中断服务程序。应该引起注意的是，采用这种方法时，IMASK寄存器的异常中断位必须打开，因为interrupt()库函数要使用trap语句来产生陷阱，必须打开异常中断，陷阱才能设置成功，中断矢量表的设置才能完成，否则，中断来l临并不会进入指定的中断服务程序。另一种与汇编语言中断服务程序的实现类似。以定时器O为例，设置好IMASK后，用_builtin_sysreg_write(_ⅣTIMEROHP，(int)timer0h_isr)函数设置中断矢量表，用#pragma interrupt来标识中断服务程序即可。这种方法更简单快捷，但它只适用于Visua1DSP 3.5以上版本，而第一种方法适用于任何版本。