摘　要：首先介紹并比較了 TI 5000 系列DSP的三種主要軟件開(kāi)發(fā)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了C/C⁺⁺與匯編語(yǔ)言混合編程方法的優(yōu)越性所在。之后在比較了幾種典型混合編程方法的基礎(chǔ)上，提出了一種結(jié)構(gòu)化的混合編程方法并詳細(xì)闡述了其函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則。最后給出了一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的混合編程程序，該程序?qū)�DSP軟件開(kāi)發(fā)有較大參考價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞：DSP；混合編程；函數(shù)調(diào)用規(guī)則；寄存器規(guī)則

1引言
　　TI 公司的5000系列低功耗16 b定點(diǎn)DSP，因其良好的性?xún)r(jià)比，在國(guó)內(nèi)獲得了很大的普及。如何對(duì)5000系列DSP進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)也一直是業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。5000系列DSP的軟件設(shè)計(jì)通常有3種方法。

1.1用C/C⁺⁺語(yǔ)言開(kāi)發(fā)
　　TI公司提供了用于C/C⁺⁺��語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的CCS平臺(tái)。該平臺(tái)包括優(yōu)化ANSI C/C⁺⁺ 編譯器，從而可以在源程序級(jí)進(jìn)行開(kāi)發(fā)調(diào)試。這種方法大大提高了軟件的開(kāi)發(fā)速度和可讀性，方便了軟件的修改和移植。但是，C/C⁺⁺代碼的效率還是無(wú)法與手工編寫(xiě)的匯編代碼效率相比，如FFT程序。因?yàn)榧词故亲罴训腃/C⁺⁺編譯器，也無(wú)法在所有的情況下都能合理的利用DSP芯片提供的各種資源。此外，用C/C⁺⁺語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)DSP芯片某些硬件控制也不如匯編方便，有些甚至無(wú)法用C/C⁺⁺語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。
1.2全匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)

　　TI公司提供了用于匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的針對(duì)5000系列DSP的匯編語(yǔ)言。用戶(hù)可以用他進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。這種方式可以更為合理的利用芯片提供的硬件資源，其代碼效率高，程序執(zhí)行速度快。但是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序是比較復(fù)雜的，一般來(lái)說(shuō)，不同公司的芯片匯編語(yǔ)言是不同的，即使是同一公司的芯片，由于芯片的類(lèi)型不同（如定點(diǎn)和浮點(diǎn)）、芯片的升級(jí)換代，其匯編語(yǔ)言也不同。因此，用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)基于某種芯片的產(chǎn)品周期較長(zhǎng)，并且軟件的修改和升級(jí)較困難。而且匯編語(yǔ)言的可讀性和可移植性較差。

1.3C/C⁺⁺��語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程開(kāi)發(fā)
　　為了充分利用DSP芯片的硬件資源，更好發(fā)揮C/C⁺⁺��語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，可以將兩者有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，兼顧兩者優(yōu)點(diǎn)，避免其弊端。因此，在很多情況下，采用混合編程方法能更好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

2　C/C⁺⁺語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程方法討論
　　C/C⁺⁺語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程的具體方法有以下幾種：
　　（1）獨(dú)立編寫(xiě)C/C⁺⁺程序和匯編程序，分開(kāi)編譯或匯編形成各自的目標(biāo)模塊，再用鏈接器將C/C⁺⁺模塊和匯編模塊鏈接起來(lái)，這是一種靈活性較大的方法。但用戶(hù)必須自己維護(hù)各匯編模塊的入口和出口代碼，自己計(jì)算傳遞參數(shù)在堆棧中的偏移量，工作量稍大，但能做到對(duì)程序的絕對(duì)控制，也能滿(mǎn)足軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化的要求。這是本文主要講述的方法。
　　（2）在C/C⁺⁺程序中使用匯編程序中定義的變量和常量。
　　（3）在C/C⁺⁺程序中直接內(nèi)嵌匯編語(yǔ)句。這種方法可以在C/C⁺⁺程序中實(shí)現(xiàn)C/C⁺⁺語(yǔ)言無(wú)法實(shí)現(xiàn)的硬件控制功能，如修改中斷控制寄存器、中斷標(biāo)志寄存器等。
　　（4）在C/C⁺⁺源程序中使用內(nèi)部函數(shù)直接調(diào)用匯編語(yǔ)言語(yǔ)句。
　　后3種方法由于在C/C⁺⁺語(yǔ)言中直接嵌入了匯編語(yǔ)言的成分，容易造成程序混亂，C/C⁺⁺環(huán)境被破壞，甚至導(dǎo)致程序崩潰，而編程者又很難對(duì)不良結(jié)果進(jìn)行預(yù)期和有效控制。而如果采用第一種方法，只要遵循有關(guān)C/C⁺⁺語(yǔ)言函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則，就能預(yù)見(jiàn)到程序運(yùn)行的結(jié)果，保證程序正確。下面分別講述函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器規(guī)則，最后給出編程實(shí)例。

3函數(shù)調(diào)用規(guī)則
　　C/C⁺⁺編譯器對(duì)函數(shù)調(diào)用強(qiáng)加了一組嚴(yán)格的原則。除了特殊的運(yùn)行時(shí)間支持庫(kù)函數(shù)外，任何調(diào)用函數(shù)和被C/C^＋＋函數(shù)調(diào)用的函數(shù)都必須遵守這些原則。不遵守這些原則可能破壞C/C⁺⁺環(huán)境并導(dǎo)致程序失敗。

　　圖1說(shuō)明了典型的函數(shù)調(diào)用。在這個(gè)例子中，參數(shù)被傳遞到堆棧中調(diào)用者的參數(shù)塊，函數(shù)再使用這些參數(shù)調(diào)用被調(diào)用函數(shù)。注意，第一個(gè)參數(shù)是在A累加器中傳遞的。這個(gè)例子還說(shuō)明了匯編器對(duì)被調(diào)用函數(shù)的局部幀的分配。局部幀包括局部變量塊和局部參數(shù)塊兩部分，其中局部參數(shù)塊是局部幀中用來(lái)傳遞參數(shù)到其他函數(shù)的部分。如果被調(diào)用函數(shù)沒(méi)有局部變量并且不再調(diào)用其他函數(shù)或需要調(diào)用的函數(shù)沒(méi)有參數(shù)，則不分配局部幀。對(duì)于混合編程而言，由于被調(diào)用函數(shù)是手工編寫(xiě)的匯編程序，則局部幀由編程者自己完成分配，也不需要在堆棧中進(jìn)行，而編譯器分配局部幀。

　　（1）函數(shù)如何調(diào)用
　　函數(shù)（調(diào)用者）在調(diào)用被調(diào)用函數(shù)時(shí)執(zhí)行以下任務(wù)。
　　①調(diào)用者將第一個(gè)（最左邊）的參數(shù)值放進(jìn)累加器A。調(diào)用者將剩下的參數(shù)按相反的順序傳進(jìn)參數(shù)塊，剩下的最左邊的參數(shù)在最低的地址。
　　②若函數(shù)返回一個(gè)結(jié)構(gòu)，則調(diào)用者為該結(jié)構(gòu)分配空間，然后用累加器A傳遞返回空間的地址給調(diào)用的函數(shù)。
　　③調(diào)用者調(diào)用函數(shù)。
　　（2）被調(diào)用函數(shù)如何響應(yīng)。
　　被調(diào)用函數(shù)執(zhí)行以下任務(wù)：
　　注意：如果被調(diào)用函數(shù)是C/C⁺⁺函數(shù)，則下面步驟都是由匯編器自動(dòng)完成。如果是混合編程，則如下步驟都是由編程者在被調(diào)用的匯編函數(shù)中完成的。
　　①若被調(diào)用函數(shù)修改AR1，AR2或AR7，則將他們壓入堆棧。
　　②被調(diào)用函數(shù)通過(guò)從SP減去一個(gè)常數(shù)，為局部變量塊和局部參數(shù)塊分配存儲(chǔ)器。該常數(shù)按以下公式計(jì)算，即：
　　局部變量塊的大小＋局部參數(shù)塊的大小＋padding
　　padding值是為了保證SP對(duì)準(zhǔn)偶數(shù)邊界而可能要求補(bǔ)充的一個(gè)字。之所以SP要對(duì)準(zhǔn)偶數(shù)邊界，是因?yàn)?000系列DSP指令可一次讀寫(xiě)存儲(chǔ)器的32 b，例如DLD，DADD等。這樣，編譯器必須保證所有32 b的目標(biāo)都駐留在偶數(shù)邊界。
　　對(duì)于混合編程而言可以在匯編函數(shù)中，按本步驟的方法在堆棧中分配局部幀，但本方法相對(duì)比較麻煩，尤其該匯編函數(shù)還要調(diào)用其他函數(shù)時(shí)，所以，一般而言編程者通常用其他方法分配局部幀，比如用bss偽指令定義局部變量供函數(shù)使用。
　　③被調(diào)用函數(shù)為調(diào)用函數(shù)執(zhí)行代碼。
　　④若函數(shù)返回一個(gè)值，則被調(diào)用函數(shù)將該值放在累加器A中；若函數(shù)返回一個(gè)結(jié)構(gòu)，則被 調(diào)用函數(shù)將該結(jié)構(gòu)復(fù)制到累加器A指到的存儲(chǔ)器塊；若調(diào)用者不返回函數(shù)值，則A被置0。
　　⑤被調(diào)用函數(shù)給SP上加上第二步計(jì)算的常數(shù)，釋放為局部變量和局部參數(shù)分配的存儲(chǔ)空間。對(duì)混合編程而言，如果編程者沒(méi)有在堆棧中分配局部幀，則本步驟省略。
　　⑥被調(diào)用函數(shù)恢復(fù)所有保存的寄存器。
　　⑦被調(diào)用函數(shù)執(zhí)行返回。

4寄存器規(guī)則
　　（1）必須保存任何被函數(shù)修正的專(zhuān)用寄存器。專(zhuān)用寄存器包括：
　　①AR1，AR6，AR7
　　②堆棧指針（SP）
　　若對(duì)SP正常使用，不需要明顯的保存。換句話(huà)說(shuō)，只要任何壓入堆棧的東西在函數(shù)返回之 前被彈回（因而保存了SP），匯編函數(shù)就可以自由的使用堆棧。任何非專(zhuān)用的寄存器都可以自由地使用而無(wú)需將他們保存。
　　（2）中斷函數(shù)必須保存他使用的所有寄存器。
　　（3）ARP在函數(shù)進(jìn)入和返回時(shí)，必須為0，即當(dāng)前輔助寄存器為AR0。函數(shù)執(zhí)行時(shí)可以為其 他值。
　　（4）在默認(rèn)的情況下，編譯器總是認(rèn)為OVM為0。因此，若在匯編程序中將OVM置為1，則返回C/C⁺⁺環(huán)境時(shí)，必須將其恢復(fù)為0。
　　（5）在默認(rèn)的情況下，編譯器總是認(rèn)為CPL為1。因此，若在匯編程序中將CPL清0，則在返回C/C⁺⁺環(huán)境時(shí)，必須將其恢復(fù)為1。
　　（6）長(zhǎng)整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的方法是最高有效字在低位地址。
　　（7）函數(shù)必須按前面有關(guān)被調(diào)用函數(shù)響應(yīng)中所述的方法返回值。
　　（8）除了全局變量的初始化外，匯編語(yǔ)言模塊不能以任何目的使用cinit段。在boot�� asm中的C/C⁺⁺啟動(dòng)程序假定cinit段完全由初始化表組成。將其他的信息放入cin it中將使初始化表產(chǎn)生混亂，并將產(chǎn)生不可預(yù)期的結(jié)果。
　　（9）在匯編語(yǔ)言模塊中，對(duì)可以從C/C⁺⁺中訪問(wèn)的變量和函數(shù)名需加上前綴“_”。對(duì)于僅用于匯編語(yǔ)言模塊中的標(biāo)識(shí)符，應(yīng)不得用下劃線開(kāi)始。
　　（10）任何在匯編語(yǔ)言模塊中聲明的將要從C/C⁺⁺訪問(wèn)或調(diào)用的對(duì)象或函數(shù)，都必須在匯編語(yǔ)言中用��global偽指令聲明為全局變量。

5編程實(shí)例
　　以32 b乘法運(yùn)算為例。雖然用C/C⁺⁺語(yǔ)言表達(dá)32 b乘法運(yùn)算較為方便和明了，但由于C/C⁺⁺語(yǔ)言無(wú)法很好利用DSP匯編語(yǔ)言為實(shí)現(xiàn)各種乘法運(yùn)算而提供的指令，而使得C/C⁺⁺程序效率低下。所以這里用匯編語(yǔ)言完成32 b乘法運(yùn)算，再用C/C⁺⁺程序調(diào)用他。

5.1算法簡(jiǎn)介
　　由于16 b定點(diǎn)DSP中沒(méi)有32 b乘法指令，所以一定要用幾種16 b乘法指令結(jié)合一定算法來(lái)進(jìn)行32 b乘法運(yùn)算。一個(gè)32 b數(shù)在存儲(chǔ)器中是分開(kāi)存儲(chǔ)的。高16位存放在低地址，他在進(jìn)行乘法運(yùn)算是可以看作一個(gè)16 b有符號(hào)數(shù)；低16位存放在相鄰的低地址，他進(jìn)行乘法運(yùn)算時(shí)可以看作一個(gè)16 b無(wú)符號(hào)數(shù)。于是算式如下：  
　　
其中：S代表符號(hào)數(shù)；U代表無(wú)符號(hào)數(shù)。
　　由上算式可見(jiàn)，在32 b乘法運(yùn)算中，實(shí)際上包含了3種乘法運(yùn)算：U*U，S*U和S*S 。一般的乘法運(yùn)算指令都是兩個(gè)帶符號(hào)數(shù)相乘，即S*S。所以在編程時(shí)，還要用到以下兩條乘法指令：
　
5.2C語(yǔ)言主程序


　　在主程序中進(jìn)行MPY32函數(shù)調(diào)用時(shí)，函數(shù)傳遞情形如圖2所示。

　　從圖2可以看出，函數(shù)MPY32的第一參數(shù)存放在A累加器中，第二個(gè)參數(shù)在堆棧中，高16位在堆棧中的低地址，低16位在堆棧中的高地址。由于MPY32是匯編語(yǔ)言函數(shù)，所以編譯器不為其分配局部幀，局部幀的分配在匯編程序中進(jìn)行。

5.3匯編程序
　　可以看出，在匯編程序中至少要為局部幀分配8個(gè)單元，其中4個(gè)單元用來(lái)存放參數(shù)值，4個(gè)單元用來(lái)存放運(yùn)算結(jié)果，如圖3所示。
　　匯編函數(shù)：
　
　
　
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6結(jié)語(yǔ)
　　本文介紹的混合編程方法不但適用于TI 5000系列DSP，同樣也適用于TI其他系列的DSP，如2000系列、6000系列，甚至對(duì)其他芯片，如51系列單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)混合編程也有很大參考價(jià)值。值得注意的是，為了使混合編程不破壞C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)性，在匯編語(yǔ)言中不要設(shè)置除函數(shù)名之外的任何全局變量。��