DSP第16讲.ppt

1、DSP技术及应用,教学课件,DSP技术及应用,第十六讲 汇编程序设计(2),汇编程序设计(2),授课内容： 1.双操作数乘法 2.长字运算和并行运算 3.小数运算 4.除法运算 5.浮点运算,汇编程序设计(2)：双操作数乘法,1.双操作数乘法 在利用MAP指令进行乘法操作中，即可应用MPY Smem,dst等单操作数形式，也可利用MPY Xmem,Ymem,dst等双操作数形式。 采用双操作数指令编程的特点是: 采间接寻址方式获得操作数 , 且辅助寄存器只能用 AR2AR5 占用的程库空间小 程序运行速度快 例如，计算y=mx+b可用两种方法实现：,双操作数乘法,单操作数乘法： LDm,T M

2、PYx,A ADDb,A STLA,y,双操作数乘法： MPY*AR2,*AR3,A ADDb,A STLA,y,双操作数乘法,在重复操作中，利用双操作数运算，可以明显提高运算效率，节约计算时间。 例如，计算乘累加式 就可采用不同的指令实现：,双操作数乘法,1).单操作数指令实现 LD#0,B STM#a,AR2 STM#x,AR3 STM#19,BRC RPTBdone-1 LD*AR2+,T MPY*AR3+,A;单操作数指令 ADDA,B;每重复一次用3个周期 Done:STHB,y STLB,y+1,双操作数乘法,2).双操作数指令实现 LD#0,B STM#a,AR2 STM#x,A

3、R3 STM#19,BRC RPTBdone-1 MPYAR2+,*AR3+,A;单操作数指令 ADDA,B;每重复一次用3个周期 Done:STHB,y STLB,y+1,双操作数乘法,利用单操作数指令进行乘法累加运算，完成N项乘积求和，需要3N个机器周期；利用双操作数指令进行相同的运算，需要2N个机器周期，共可节约N个机器周期。 充分利用DSP的丰富指令，可以对上述算法进一步优化，完成一个 N 项乘积求和的操作 , 只需要 N+2 个机器周期。 程序如下 ：,双操作数乘法,STM#x,AR2 STM#a,AR3 RPTZA,#19 MAC*AR2+,*AR3+,A;单周期指令 STHB,y

4、 STLB,y+1,汇编程序设计(2)： 长字运算和并行运算,2.长字运算和并行运算 1).长字运算 C54x中可以利用长操作数(32位)进行长字运算的指令主要有： DLDLmem,dst;dst=Lmem DSTsrc,Lmem;Lmem=src DADDLmem,src,dst;dst=src+Lmem DSUBLmem,src,dst;dst=src-Lmem DRSUB Lmem,src,dst;dst=Lmem-src,长字运算和并行运算,在长操作数指令指令中，必须注意高16位和低16位操作数在存储器中的排列问题。 指令系统中规定：按指令中给出的地址进行存取的总是高 16 位操作数。

5、这样，就有两种数据排列方法：,长字运算和并行运算,偶地址排列法： 指令中给出的地址为偶地址，即存储器中低地址存放高16位操作数。 例如： DLD*AR3+,A 指令执行前：指令执行后： A=00 0000 0000A=00 6CAC BD90 AR3=0100AR3=0102 (0100H)=6CAC(高字)(0100H)=6CAC (0101H)=BD90(低字)(0101H)=BD90,长字运算和并行运算,奇地址排列法： 指令中给出的地址为奇地址，即存储器中低地址存放低16位操作数。 例如： DLD*AR3+,A 指令执行前：指令执行后： A=00 0000 0000A=00 BD90 6

6、CAC AR3=0101AR3=0103 (0100H)=6CAC(低字)(0100H)=6CAC (0101H)=BD90(高字)(0101H)=BD90,长字运算和并行运算,例1：计算Z32=X32+Y32 标准运算实现长字运算实现 LDxhi,16,ADLDxhi ADDSxlo,ADADDyhi,A ADDyhi,16,ADSTA,zhi ADDSylo,A STHA,zhi STLA,zlo,长字运算和并行运算,2).并行运算 并行指令有 4 种 : 并行加载和乘法指令 , 并行加载和存储指令 , 并行存储和乘法指令 , 以及 并行存储和加/减法指令。所有并行指令都是单字单周期指令。

7、 注意：并行运算时存储的是前面的运算结果，存储之后再进行加载或算术运算。这些 指令都工作在累加器的高位 , 且大多数并行运算指令都受 ASM(累加器移位方式) 位影响。,长字运算和并行运算,例2：计算 z=x+y 和 f=e+d 设数据如右图存放，则程序段为： (并行加载和存储指令语法) .bssx,3 .bssd,3 STM#x,AR5 STM#d,AR2 LDAR5+,16,A;x进入A高位 ADDAR5+,16,A;y与A高位相加 STA, #AR5;Z=A16 |LD *AR2+,B;e进入B高位 ADD*AR2+,16,B ;d与B高位相加 STHB,*AR2 ;f=BH,长字运算和

8、并行运算,3).64 位加法和减法运算 利用双字指令，可以实现多位字的计算。 例3：计算 Z64=W64+X64-Y64 的程序段。 本例中，W、X、Y和Z都是64位数，它们都由两个32位的双字组成。因此，多次利用长字指令就可以实现64位数的加/减法。,长字运算和并行运算,计算原理如下图所示：,长字运算和并行运算,长字运算和并行运算,3).32位乘法运算 两个32位有符号数相乘的过程如下图所示，其中S代表有符号数，U代表无符号数。,长字运算和并行运算,在运算中，涉及到三种乘法运算：U*U、S*U和S*S。因此需要用到MPYU和MACSU这两操作： 相应的程序段如下所示。,长字运算和并行运算,汇

9、编程序设计(2)： 小数运算,3.小数运算 两个 16 位整数相乘，得到一个32位整数，即乘积“向左增长” 。这就意味着多次相乘后乘积将会很快超出定点器件的数据范围。 要将 32 位乘积保存到数据存储器 , 就要开销2个机器周期以及2个字的程序和RAM单元。更坏的是 , 由于乘法器都是 16 位相乘 , 因此很难在后续的递推运算 中 , 将 32 位乘积作为乘法器的输入。,小数运算,两个小数相乘 , 得到一个32位小数，即乘积总是“向右增长” 。这就意味着超出定点器件数据范围的将是不感兴趣的部分。 在小数乘法情况下 , 既可以存储 32 位乘积 , 也可以存储高 16 位乘积 , 这就允许用较

10、少的资源保存结果 , 也可以用于递推运算。 因此，定点DSP芯片都采用小数乘法。,小数运算,小数的表示方法 C54x 采用2的补码小数 , 其最高位为符号位 , 数值范围为-1+1 。 一个 16 位 2 制码小数 (Q15 格式 ) 的每一位的权值为 : MSB LSB -1. 1/2 1/4 1/8 2-15,小数运算,一个十进制小数乘以32768之后，再将其十进制整数部分转换成十六进制数，并取其补码，就可以将这个数表示为其补码形式。 在汇编语言程序中，不能直接写入十讲制 小数。如果要定义一个系数 0.707，则可以写为： .word 32768*707/1000 而不能写成 .word

11、32768 *0.707,小数运算,符号冗余 两个带符号数相乘 时, 得到的乘积将带有2个符号位 , 造成错误的结果。 解决冗余符号位的方法是 : 在程序中设定状态寄存器 STl 中的 FRCT(小数方式)位为 1。此时，在乘法器将结果传送军累加器时就能自动地左移1 位 , 自动消去多余的符号位。 所以，在进行小数相乘时，必须首先设置FRCT位： SSBX FRCT,小数运算,例3：计算小数运算式 ai=0.1,0.2,-0.3,0.4 xi=0.8,0.6,-0.4,-0.2 .bssx,4 .word-3*32768/10 .bssa,4 .word4*32768/10 .bssy,1 .

12、word8*32768/10 .data .word6*32768/10 table:.word1*32768/10 .word-4*32768/10 .word2*32768/10 .word-2*32768/10,小数运算,Start:SSBXFRCT STM #x,AR1 MVPDtable,*AR1 STM #x,AR2 STM#a,AR3 RPTZA,#3 MAC*AR2+,*AR3+,A STMA,y Done:Bdone,汇编程序设计(2)： 除法运算,4.除法运算 在一般的DSP芯片中，由于硬件除法器代价很高而没有硬件除法器，所以就没有专门的 除法指令。 C54x中没有专门的除

13、法指令。但是，利用条件减法指令SUBC和重复指令RPT，就可以实现两个无符号数的除法运算。,除法运算,条件减法指令的功能为 SUBC的指令实例如下所示,除法运算,除法运算,例4：编程计算0.4/(-0.8)。 .bssnum,1;分子单元 .bssden,1;分母单元 .bssquot,1 .data table: .word4*32768/10;分子 .word-8*32768/10;分母,除法运算,.text Start:STM#num,AR1; RPT#1 MVPDtable,*AR1+ LDden,16,A; 分母A MPYAnum;商符号B ABSA;取分母绝对值 STHA,den;

14、绝对值存入分母单元,除法运算,LDnum,16,A ; 分子A ABSA;取绝对值 RPT#14;重复减，实现除法 SUBCden,A XC1,BLT;判断商符号 NEGA;商取反 STLA,quot;输出商,汇编程序设计(2)： 浮点运算,5.浮点运算 在数字信号处理过程中，为了扩大数据的范围和精度，往往需要采用浮点运算。 C54x虽然是个定点DSP器件， 但却可以通过相关指令支持浮点运算。,浮点运算,浮点数的表示方法 C54x中浮点数用尾数和指数两部分组成，它与定点数的关系为 定点数 = 尾数2(指数) 例如 , 定点数 0 x2000(0.25) 用浮点数表示时 , 尾数为 0 x400

15、0(0.5) , 指数为1, 即 0.52-1=0.25 。 浮点数的尾数和指数可正可负 , 均用补码表示。指数的范围从-831 。,浮点运算,定点数浮点数 C54x 通过 3 条指令就可以将一个定点数转化成浮点数 ( 假设定点数已在累加器中)： 1). EXP A 这是一条提取指数的指令，将指数保存在暂存器 T中。若A=0，则0T ；否则，(A的冗余符号位数-8)T。 指令执行后，累加器中的内容不变。 指数的数值范围：-831 。,浮点运算,EXP指令应用实例,浮点运算,2). ST T,Exponent 该指令将T寄存器中的指数值保存到指定的数据单元Exponent中。 3). NORM

16、A 该指令中累加器A中的值按T寄存器中的内容进行左移或右移，实现规格化。 注意：NORM指令不能紧跟在EXP指令的后面。由于EXP指令并不直接将指数值送T。,浮点运算,NORM指令应用实例,浮点运算,浮点数定点数 浮点数的指数就是在规格化时左移的位数，因此，在将浮点数化为定点数时，只需按指数值将尾数右移就可以得到相应的定点数。,浮点运算,例5：编程计算浮点乘法运算0.3(-0.8)。 程序中的数据单元定义为,浮点运算,.title“float.asm” .defstart STACK:usect“STACK”,100;定义堆栈名 .bssx1,1;建立末初始化段 .bssx2,1 .bsse1

17、,1 .bssm1,1 .bsse2,1 .bssm2,1 .bssproduct,1 .bsstemp,1,浮点运算,.data Table:.word3*32768/10 .word-8*32768/10 .text Start:STM#STACK+100,SP; 设置堆栈指针 MVPDtable,x1; 操作数送至数据存储器 MVPDtable+1,x2 LDx1,16,A;x1进入A高位字规格化 EXPA STT,e1;保存x1指数 NORMA STHA,m1;保存尾数,浮点运算,LDx2,16,A;x2进入A高位字规格化 EXPA STT,e2;保存x1指数 NORMA STHA,m2;保存x1指数 CALLMULT;调用浮点乘法程序 Done:BDone;执行完毕，在此循环,浮点运算,MULT:SSBXFRCT;设置为小数方式 SSBXSXM;允许符号扩