dsp实验1-基本算数运算

1、电子科技大学通信与信息工程学院标准实验报告（实验）课程名称DSP 设计与实现电子科技大学教务处制表电子科技大学实验报告一、实验室名称： DSP 实验室二、实验项目名称： 基本算术运算三、实验学时： 4四、实验原理：（1） 定点 DSP 中数据表示方法C54X是 16 位的定点DSP。一个 16 位的二进制数既可以表示一个整数，也可以表示一个小数。当它表示一个整数时，其最低位（D0）表示 20 ， D1 位表示 21 ，次高位（ D14）表示 214 。如果表示一个有符号数时，最高位（D15）为符号位， 0 表示正数， 1 表示负数。例如，07FFFH表示最大的正数32767（十进制），而 0F

2、FFFH表示最大的负数-1 （负数用2 的补码方式显示） 。当需要表示小数时，小数点的位置始终在最高位后，而最高位（D15）表示符号位。这样次高位（D14）表示 2 1 ，然后是 2 2 ，最低位（ D0）表示 2 15 。所以 04000H 表示小数 0.5 ， 01000H 表示小数 2 30.125 ，而 0001H 表示 16 位定点 DSP能表示的最小的小数（有符号）2 15 =0.000030517578125 。在后面的实验中，除非有特别说明，我们指的都是有符号数。 在 C54X中，将一个小数用16 位定点格式来表示的方法是用215 乘以该小数，然后取整。从上面的分析可以看出，在

3、DSP中一个 16 进制的数可以表示不同的十进制数，或者是整数，或者是小数（如果表示小数，必定小于1），但仅仅是在做整数乘除或小数乘除时，系统对它们的处理才是有所区别的，而在加减运算时，系统都当成整数来处理。（2） 实现 16 定点加法C54X 中提供了多条用于加法的指令，如 ADD ，ADDC ，ADDM和 ADDS 。其中 ADDS用于无符号数的加法运算，ADDC 用于带进位的加法运算 （如 32 位扩展精度加法） ，而 ADDM专用于立即数的加法。ADD指令的寻址方式很多，其详细使用说明请参考TMS320C54X实用教程。在本实验中，我们使用下列代码来说明加法运算：ldtemp1,a；将

4、变量temp1 装入寄存器Aadd temp2,a；将变量temp2 与寄存器A 相加，结果放入A 中stla,add_result；将结果（低16 位）存入变量add_result 中。注意，这里完成计算temp3=temp1+temp2 ，我们没有特意考虑temp1 和temp2 是整数还是小数，在加法和下面的减法中整数运算和定点的小数运算都是一样的。（3） 实现16 位定点减法C54X中提供了多条用于减法的指令，如SUB ， SUBB ， SUBC和SUBS 。其中SUBS用于无符号数的减法运算，SUBB用于带进位的减法运算（如32 位扩展精度的减法） ，而SUBC为移位减，DSP中的除

5、法就是用该指令来实现的。SUB指令与ADD指令一样，有许多的寻址方式，其详细使用说明请参考TMS320C54X 实用教程。在本实验中，我们使用下列代码来说明减法运算：stm #temp1,ar3；将变量 temp1 的地址装入 ar3 寄存器stm #temp3,ar2；将变量 temp3 的地址装入 ar3 寄存器sub *ar2+, *ar3,b；将变量 temp3 左移 16位同时变量 temp1 也左移16 位，然后；相减，结果放入寄存器B（高 16 位）中，同时 ar2 加 1。sth b,sub_result；将相减的结果（高 16位）存入变量 sub_result。（4） 实现

6、16 定点整数乘法在 C54X 中提供了大量的乘法运算指令，其结果都是32 位，放在A 或 B 寄存器中。乘数在 C54X 的乘法指令很灵活，可以是T 寄存器、立即数、存贮单元和A 或 B 寄存器的高16 位。有关乘法指令的详细使用说明请参考TMS320C54X实用教程。在 C54X中，一般对数据的处理都当做有符号数，如果是无符号数乘时，请使用MPYU指令。这是一条专用于无符号数乘法运算的指令，而其它指令都是有符号数的乘法。在本实验中，我们使用下列代码来说明整数乘法运算：rsbx FRCTldtemp1,Tmpy temp2,a；清 FRCT 标志，准备整数乘；将变量temp1 装入 T 寄存

7、器；完成 temp2*temp1 ，结果放入A 寄存器（32 位）例如，当 temp1=1234H （十进制的4660），temp2=9876H（十进制的 -26506），乘法的结果在 A 寄存器中为 0F8A343F8H （十进制的 -123517960 ）。这是一个 32 位的结果，需要两个内存单元来存放结果：stha,mpy_I_h；将结果（高16 位）存入变量mpy_I_hstla,mpy_I_l；将结果（低16 位）存入变量mpy_I_l当 temp1=10H （十进制的16）， temp2=05H （十进制的5），乘法结果在A 寄存器中为00000050H （十进制的80）。对于这

8、种情况，仅仅需要保存低16 位即可：stla,mpy_I_l；将结果（低16 位）存入变量mpy_I_l（5） 实现 16 定点小数乘法在 C54X 中，小数的乘法与整数乘法基本一致，只是由于两个有符号的小数相乘，其结果的小数点的位置在次高的后面，所以必须左移一位，才能得到正确的结果。C54X中提供了一个状态位FRCT ，将其设置为1 时，系统自动将乘积结果左移移位。但注意整数乘法时不能这样处理，所以上面的实验中一开始便将FRCT 清除。两个小数（16 位）相乘后结果为32 位，如果精度允许的话，可以只存高16 位，将低16 位丢弃，这样仍可得到 16 位的结果。在本实验中，我们使用下列代码来

9、说明小数乘法运算：ssbxFRCT； FRCT=1 ，准备小数乘法ldtemp1,16,a；将变量 temp1 装入寄存器 A 的高 16 位mpyatemp2；完成 temp2 乘寄存器 A 的高 16 位，结果在 B 中，同时；将 temp2 装入 T 寄存器sthb,mpy_f；将乘积结果的高 16 位存入变量 mpy_f例如，temp1=temp2=4000H （十进制的0.5 ），两数相乘后结果为20000000 （十进制的22=0.25）。再如，temp1=0ccdH （十进制的0.1），temp2=0599aH （十进制的0.7），两数相乘后 B 寄存器的内容为08f5f0a4H

10、 （十进制的0.07000549323857 ）。如果仅保存结果的高16位 08f5H（十进制的 0.06997680664063）。有时为了提高精度， 可以使用 RND 或使用 MPYR指令对低16 位做四舍五入的处理。（6） 实现 16 定点整数除法在 C54X 中没有提供专门的除法指令，一般有两种方法来完成除法。一种是用乘法来代替， 除以某个数相当于乘以其倒数，所以先求出其倒数，然后相乘。 这种方法对于除以常数特别适用。另一种方法是使用 SUBC 指令，重复 16 次减法完成除法运算。下面我们以temp1/temp2 为例，说明如何使用SUBC 指令实现整数除法。 其中变量 temp1

11、为被除数，temp2为除数，结果即商存放在变量 temp3 中。在完成整数除法时， 先判断结果的符号。 方法是将两数相乘， 保存 A 或 B 的高 16 位以便判断结果的符号。然后只做两个正数的除法， 最后修正结果的符号。为了实现两个数相除，先将被除数装入 A 或 B 的低 16 位，接着重复执行指令，用除数重复减 16 次后，除法运算的商在累加器的低 16 位，余数在高 16 位。 SUBC详细代码如下：ldtemp1,T；将被除数装入 T 寄存器mpytemp2,A；除数与被除数相乘，结果放入A 寄存器ldtemp2,B；将除数 temp2 装入 B 寄存器的低 16 位absB；求绝对值

12、stlB,temp2；将 B 寄存器的低 16 位存回 temp2ldtemp1,B；将被除数 temp1 装入 B 寄存器的低 16 位absB；求绝对值rpt#15；重复 SUBC 指令 16 次subctemp2,b；使用 SUBC 指令完成除法运算bcddiv_end,agt；延时跳转，先执行下面两条指令，然后判断A ，若 A>0 ，则；跳转到标号 div_end，结束除法运算stlB,quot_i；将商（ B 寄存器的低 16 位）存入变量 quot_isthB,remain_i；将余数（ B 寄存器的高 16 位）存入变量 remain_ixorB；若两数相乘的结果为负，则商

13、也应为负。先将B 寄存器清 0subquot_i,B；将商反号stlB,quot_i；存回变量 quot_i 中div_end:上面给出的是整数除法的通用程序， 在实际应用中可以根据具体情况做简化。 如正数除法可以直接将被除数 temp1 装入 B 寄存器的低 16 位，然后用 SUBC 指令循环减除数 temp2，减完后 B 寄存器中低16 位为商，高 16 位为余数，不用判断符号， 从而节省时间。 例如 temp1=10H（十进制的 16）， temp2=5，两数相除后商为 3（在 B 寄存器的低 16 位），余数为 1（在寄存器的高 16 位）。B（7） 实现 16 定点小数除法在 C5

14、4X 中实现 16 位的小数除法与前面的整数除法基本一致， 也是使用循环的 SUBC 指令来完成。但有两点需要注意：第一，小数除法的结果一定是小数（小于 1），所以被除数一定小于除数。这与整数除法正好相反。所以在执行 SUBC 指令前，应将被除数装入 A 或 B 寄存器的高 16 位，而不是低 16 位。其结果的格式与整数除法一样， A 或 B 寄存器的高 16 位为余数， 低 16 位为商。 第二，与小数乘法一样， 应考虑符号位对结果小数点的影响。所以应对商右移一位，得到正确的有符号数。其详细代码如下：ldtemp1,T；将被除数装入 T 寄存器mpytemp2,A；除数与被除数相乘，结果放

15、入A 寄存器ldtemp2,B；将除数 temp2 装入 B 寄存器的低16 位absB；求绝对值stlB,temp2；将 B 寄存器的低 16 位存回 temp2ldtemp1,16， B ；将被除数 temp1 装入 B 寄存器的高16 位absB；求绝对值rpt#15；重复 SUBC 指令 16 次subctemp2,b；使用 SUBC 指令完成除法运算and#0ffffh,B；将 B 寄存器的高 16 位清为 0。这时余数被丢弃，仅保留商bcddiv_end,agt；延时跳转，先执行下面两条指令，然后判断A ，若 A>0 ，则；跳转到标号 div_end，结束除法运算stlB,-

16、1 ，quot_f；将商右移一位后存入变量quot_f ，右移是为了修正符号位xorB；若两数相乘的结果为负，则商也应为负。先将B 寄存器清 0subquot_f,B；将商反号stlB,quot_f；存回变量 quot_f 中div_end:注意，上面的C54X 的 16 位定点有符号小数除法通用程序没有保留余数，商保存在变量temp3 中。举一个例子，当 temp1=2cccH（十进制的 0.35），temp2=55c2H （十进制的 0.67 ），两数相除的结果为 temp3=42dcH （十进制的 0x42dc 215 0.52233 ）。五、实验目的：用定点 DSP实现 16 位定点加

17、、减、乘、除运算的基本方法和编程技巧。六、实验内容：本实验需要使用C54X 汇编语言实现加、减、乘、除的基本运算，并通过DES 的存贮器显示窗口观察结果。实验分两步完成：（1） .编写实验程序代码本实验的汇编源程序代码主要分为六个部分：加法、减法、整数乘法、小数乘法、整数除法和小数除法。每个部分后面都有一条需要加断点的标志语句：nop当执行到这条加了断点的语句时，程序将自动暂停。这时你可以通过“存贮器窗口”检查计算结果。当然你看到的结果都是十六进制的数。实验源程序请参见第5 部分。（ 2） .在 simulator 上调试运行，并观察结果七、实验器材（设备、元器件） ：Windows7 系统计

18、算机， CCS 软件 3.3 版本八、实验步骤：在完成实验程序代码的输入，并使用汇编批处理ASM.BA T进行编译并连接后，就可以在simulator上调试运行。步骤如下：a. 启动simulator实验系统软件sim54Xw.exe 。b. 在调试界面的左下脚命令行栏输入load exer1.out，或单击菜单栏下面的“Load”选项，并在弹出的File Name 对话框中键入exer1.out 装入基本算术运算实验程序，这时应能在“反汇编”窗口看到程序代码。c. 用鼠标选中 “Memory ”窗口， 并在其中选择要查看的存贮器地址段：0x080 0x08e。d. 在反汇编窗口中在每个“no

19、p”指令处都设一个断点，方法有两种：1.用鼠标单击该指令将其点亮即可。2.在菜单栏中选择“Break” ”Add”,然后在弹出的对话框中键入欲加断点的地址即可。e. 单击菜单栏下的“运算后自动暂停。通过“Run=F5 ”按钮，启动执行基本算术运算程序，程序在执行完加法CPU”窗口可以看到寄存器AHL的内容为0x46 ，这正是加法运算的 结 果 。 同 样 ， 在 “ Memory” 窗 口 中 ， 可 以 看 到0x81,0x82,0x88的内容为分别为0012,0034,0x46 。执行加法运算后，将0x81和0x82 的内容相加，结果放在0x88 单元。f. 在“ Memory ”窗口中用

20、鼠标左键双击0x81单元，这时可以修改该内存单元的内容。输入新的数据0x0ffee （十进制的-18），编辑内容时请直接输入FFEE （十六进制），然后回车确认，便完成对0x81 单元的修改。g. 在“ CPU ” 窗口中修改PC 值，方法也是鼠标左键双击PC 寄存器的内容，输入新的 PC 值 0x1805 （编辑内容时直接输入1805），并用回车键确认。h. 单击菜单栏下的 “ Run=F5 ”按钮，程序从当前PC 继续运行， 重新计算0x81 和 0x82的和，结果在0x88 中。当程序再次暂停时，可以看到AHL寄存器和0x88 的内容为0x22（十进制的34），这正是我们希望的结果：-1

21、8+52=34 。i. 单击“Run=F5 ”按钮，程序从当前PC 继续运行，完成减法运算。当程序再次暂时（断点位于0x1813 ），可以看到0x83内容 为ffdc0000 ， 而0x89的内容和 为0x84 单元的内容分别为FFEE 和 0012，Bffdc （十进制-36 ），这正是我们希望的寄存器的结果：181836 。注意，该减法操作使用了辅助寄存器寻址，所以计算结果在B 寄存器的高16位。j. 单击“ Run=F5 ”按钮，程序从当前PC 继续运行，完成整数乘法运算。当程序再次暂时（断点位于 0x181d），可以看到 0x81 和 0x82单元的内容分别为0012 和 0034，

22、A寄存器的内容为 000003A8 ，这正是我们希望的结果：18*52=936(0x3a8) 。这时我们可以用1 个16 位的内容单元来保存结果，如将 A 寄存器的低16 位存入 0x8b 单元。 但如果将 0x81 的内容修改为 0x2000（十进制的8192），在“ CPU 窗口”中将 PC 修改为1818，然后继续运行，重新计算乘法。当程序完成乘法暂停时，可以看到A 寄存器的内容为00068000，这也是一个正确的结果：8192*52=425984 （ 0x68000）。此时将无法用一个16 位的存贮单元来保存A寄存器中的结果。k. 单击“ Run=F5 ”按钮，程序从当前 PC 继续运

23、行，完成小数乘法运算。当程序再次暂停时（断点位于0x1826），可以看到0x83 和0x84单元的内容分别为4000 和b548，A寄存器的内容为40000000，乘法的结果在B 寄存器中为daa40000，这正是我们希望的结果：0.5*(-0.58374)=-0.29187(0x0daa4)。对于小数乘法，一般情况都可以用1个16位的内容单元将 B 寄存器的高16 保存（如存入0x8c单元）。l. 单击“ Run=F5 ”按钮，程序从当前PC 继续运行，完成整数除法运算。当程序再次暂时（断点位于0x183b），可以看到 0x81,0x82,0x8d 和 0x8e 单元的内容分别为0034,0012,FFFE和 0010，这正是我们希望的结果：52 除以 -18，商为 -2(0xfffe)，余数为 16(0x10) 。m. 单击“ Run=F5”按钮，程序从当前 PC 继续运行，完成小数除法运算。当程序再次暂停时（断点位于0x1852 ），可以看到 0x81,0x82 和 0x8f 单元的内容分别为4000,4ab8 和 6da3，这正是我们希望的结果：0.5/0.58374=0.8