基于DSP的四则运算与相应LED灯状态的控制

1嵌入式系统技术及应用实验设计与报告基于 DSP 的四则运算与相应 LED 灯状态的控制2基于 DSP 的四则运算与相应 LED 灯状态的控制1. 课程设计目的DSP 芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用于实时快速地实现各种数字信号处理算法。数字信号具有以下优点：接口方便、编程方便、稳定性好、可重复性好、集成方便和精度高等。DSP 应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间。面向群体应用，DSP 在媒体网关、视频监控、专业音响、数字广播、激光打印等应用中表现出色；面向个人应用，DSP 在便携式数字音频和影像播放器、指纹识别和语音识别等应用中表现不俗；针对嵌入式数字控制应用，DSP 极大地满足了工业界的需求，如数字变频电力电源设备、工业缝纫机等；DSP 也极大地满足了消费电子的需求，如空调、冰箱、洗衣机等。随着 DSP 生产技术和工艺的进步，新型的 DSP 产品将会不断涌现，并得到广泛应用。通过此次课程设计，需要达到以下目的：1) 了解 DSP 的特点；2) 研究掌握嵌入式系统的特点与应用；3) 熟悉 CCS 集成开发环境，掌握工程的生成方法，熟悉 SEED-DEC6437实验环境，掌握 CCS 集成开发环境的调试方法；4) 熟悉 C 语言对外设（DSP 板）的访问（软件编程、硬件连接） ，了解TICCS 开发平台下的 C 语言设计方法和步骤，熟悉使用软件仿真方式调试程序；5) 学习在 CCS 环境中调试汇编代码。2. 嵌入式系统简介进入 21 世纪以来，一个全方位的嵌入式系统应用即将来临，随着嵌入式系统的研究和应用的进一步深入，嵌入式系统将向网络化、智能化、规范化、集成化方向发展。在与各个行业的具体应用相结合的过程中，嵌入式系统将对国民经济进行全方位的渗透，在我国国家现代化进程中发挥巨大推进作用。PC 机主要应用在办公室自动化领域，而嵌入式系统已经广泛渗透到人们的工作、生活中。据统计，嵌入式处理器的数量占分散处理器的 94%，而 PC 机用的处理器只占 6%1。根据美国嵌入式系统专业杂志 RTC 报道，21 世纪初的十年中，全球嵌入式系统市场需求量具有比 PC 市场大 10 至 100 倍的商机。1998 年在芝加哥举办的嵌入式系统会议上，与会专家一致认为，21 世纪嵌入式3系统将无所不在，它将为人类生产带来革命性的发展，实现“PCs Everywhere”的生活梦想。2.1 嵌入式系统的概念嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。用于实现对其它设备的控制、监视和管理等功能，它通常嵌入在主要设备中运行2。2.2 嵌入式系统的几个发展阶段嵌入式系统的出现至今已经有 30 多年的历史，纵观嵌入式技术的发展过程，大致经历四个阶段。第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统，具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。第二阶段是以嵌入式 CPU 为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。第四阶段是以 Internet 为标志的嵌入式系统3。综上所述，嵌入式系统技术日益完善，32 位微处理器在该系统中占主导地位，嵌入式操作系统已经从简单走向成熟，它与网络、Internet 结合日益密切，因而，嵌入式系统应用将日益广泛。2.3 嵌入式处理器嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种已有上千种之多。其中，我们最为熟悉的是 8051 和 68H结构的产品。实际上，几十年来，各种 4、8、16 和 32 位的处理器在嵌入式系统中都有广泛应用。嵌入式系统的处理器可以分为两大类：一类是采用通用计算机的 CPU 为处理器，如 X86 系列；另一类为微控制器和 DSP，微控制器具有单片化、体积小、功耗低、可靠性高、芯片上的外没资源丰富等特点，成为嵌入式系统的主流器件。当前，嵌入式系统处理器的发展趋势主要采用 32 位嵌入式 CPU，其主流系列有 ARM(包括 Intel 公司的 strong ARM 和 XScale)、MIPS 和 SH 三大系列。嵌入式系统 CPU 的另一类型为 DSP。当前，DSP 处理器的典型结构是单片化嵌入式 DSP，如 TI 公司的 TMS320 系列；另一类是在通用 CPU 或单片系统中增加 DSP 协处理器，如 In-tel 公司的 MCS-296 等。还有一种类型是选用嵌入式单片系统 SOC(System On a Chip)。国际上有一种新的趋4向，即可以购买 IP 知识产权核模块，即现有的 IC 电路模块的设计，在其基础上，可根据需求将多个 IP 模块组合起来或经修改，形成自己的新的设计。由此可见，半导体芯片的设计现已不难了。其中，尤以 ARM 的应用最为典型，各半导体厂商人多可生产 ARM 的衍生产品4。2.4 嵌入式实时操作系统目前嵌入式实时操作系统典型产品如下：VxWorks WindRiver 公司的高性能可扩展的实时操作系统，具有嵌入实时应用中最新一代的开发和执行环境，支持多种处理器和开发平台，并有多种开发工具，是目前世界上应用最广泛的产品。PSOS ISI 公司研发的产品，该产品推出时间较早，因此比较成熟，可以支持多种处理器，曾是国际上应用最广泛的产品，主要应用领域是远程通信、航天、信息家电和工业控制。但该公司已被 WindRiver 公司兼并，并将推出VxWorks 与 PSOS 合二为一的产品。 VRTX 是国际上最早推出的实时系统之一，比较成熟。其特点是内核紧凑，在模块化方面比原系统有重大的改善。Windows CE 是微软公司嵌入式实时应用系统，支持众多的硬件平台，其最主要特点是拥有与桌上型 Windows 家族一致的程序开发界面，因此，桌上型Windows 家族上开发的程序就能在 WinCE 上运行。但嵌入式操作系统追求高效、节省，WinCE 在这方面是笨拙的，它占用内存过大，应用程序庞大。 RT-Linux是一种提供源代码、开放式自由软件，具有嵌入式操作系统的很多特色，突出的优势是适用多种 CPU 和多种硬件平台，性能稳定，裁剪性好，开发利使用都很容易。它是发展未来嵌入式设备的绝佳资源。国内也有不少单位在 RT-Linux方面做了大量卓有成效的工作，具有广泛的应用前景5。此外，后 PC 时代的众多产品，如手持设备等，并不需要强实时性，PalmOS、JavaOS 等应运而生。而 Ossl 公司拥有的 ONX 是一种限于 X86 平台的可提供集成化开发环境的实时操作系统。OS/9 在 DVD 等产品中则有广泛应用。2.5 我国自主的嵌入式系统技术应用现状和发展趋势(1)PC 机产业目前，PC 机的架构为 Wintel 所控制、垄断，即由 Intel 的 CPU+微软的Windows 主宰了产业。在该领域，我们没有主动权，没有创新空间，无能为力，充其量只是组装机和搞计算机系统集成等，自己的软件产品和出口软件很少，中国软件企业规模太小。专家估计，1020 年内难以突破!(2)嵌入式系统需求千变万化，没有统一的架构，软硬件需要各种各样的组合，技术密5集，市场容量人，我们有无限的创新空间。当前，我们面临发展自主嵌入式操作系统的有利时机，主要是：计算环境从 PC 为中心转变为以网络为中心，涌现了各种新的信息设备(IA)，不必与 PC兼容；应用软件逐步从 PC 移到网上，不必与 Win-dows 兼容；浏览器取代Windows 成为主要的用户界面；基于 Linux 的 OS 很适合各种 IA；跨平台语言Java 被普遍采用。综上所述，在 PC 上要脱离 Windows 很难，离开了 PC，特别是在网上，就可以有所作为。其中，看好 Linux。目前，国内已有多家公司推出基于 Linux 的自主 OS：在服务器领域，特别是在网站上 Linux 已被广泛应用，如北京市电子政务项目。在 IA 领域，各种嵌入式 Linux 有很好的前景；Linux将成为我国未来的主要 OS 之一。例如中软公司推出了/中软实时嵌入式 Linux操作系统 0，并在国家的新一代开放式数控系统运行平台开发项目中得到应用6。近年来，我国在开发嵌入式 CPU 方面有所长进，有一系列有利条件：(1)市场：嵌入式 CPU 可应用于各种领域，包括各种信息家电、网络设备、工业仪器仪表等，其市场容量将远远超过 PC 产业。(2)技术：可允许多种结构，可有自己的创新结构。有 Linux 和其它 OS 作为支持，不必依赖 Windows。复杂性较低(百万晶体管的量级)，开发周期短。不必追求性能指标，工艺要求低。32 位嵌入式 CPU 有广泛的支持并已大量产业化，有很好的应用前景，配以国产的嵌入式实时操作系统 RT-Linux，将是作为国产嵌入式系统的一种很好的选择，可在信息终端、家用电器、工业控制、军工装备中应用。综上所述，我们可以预测：一个全方位的嵌入式系统应用即将来临，随着嵌入式系统的研究和应用的进一步深入，嵌入式系统将向网络化、智能化、规范化、集成化方向发展：随着微处理器、半导体技术、精密制造技术、高新材料技术和软件技术研究的进展，嵌入式系统向高性能、低功耗、微型化和开发平台源代码公开化方向发展7。3. 课程设计要求新建工程，通过上位机软件实现对指定定标数值的四则运算，并将结果返回到上位机软件，同时点亮相应 LED 灯来表示。4. 课程设计思路该工程的基本思路为首先通过通过上位机软件，在串口调试器中输入指定定标和相应的加减乘除算式字符串，通过程序中字符串转换为数字程序将其变为具有实际意义的算式，进入加减乘除主程序进行运算，将运算结果通过数字转换为字符串后返回到上位机，并在串口接收字符中显示出来。同时，还要实现对相应的四则运算对应的 LED 灯状态的控制。其中主要通过相应部分软件控制加、减、乘、除相应交通灯的东、西、南、北红灯点亮。 65. 课程设计.C 程序分析51 判断串口接收数据程序对于从串口输入的数据，判断其要求执行的命令。具体程序如下：for ( i = 0 ; i =0x30 /将串口得到的结果返回给上位机（计算机）if(tmp = 1)break;EVMDM6437_UART_putChar( uart1,txj); /将串口得到的结果在上位机上显示5.2 判断执行命令程序接收并判断出来自串口的命令后，执行该命令。具体程序如下：switch( TestCommand ) /运算模式对应指示灯选择/*交通灯东边红灯亮*/case ADD:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF, Add 9* (Uint32 * )0x01C6703c = 0x1FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFE;_waitusec(0x50000);break;/*交通灯西边红灯亮*/case SUB:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF,Sub * (Uint32 * )0x01C6703c = 0x3FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFE;_waitusec(0x50000);break;/*交通灯南边红灯亮*/case MUL:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF,Mul * (Uint32 * )0x01C6703c = 0x1FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFF;_waitusec(0x50000);break;/*交通灯北边红灯亮*/case DIV:DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_TRF,Div * (Uint32 * )0x01C6703c = 0x1FFFFFFE;* (Uint32 * )0x01C67064 = 0xFFFFFFFE;_waitusec(0x50000);break;default:break;105.3 其他部分程序段（1） 串口通讯初始化程序DEC6437_DTK_rset(DEC6437_DTK_ENABLE, 0x01);/* Open Uart Handle */uart1 = SEEDDEC6437_UART_open( 1, baud_9k6,data_w8,data_s1,data_