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..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02,D1位表示12,次高位(D14)表示142。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0FFFFH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12,然后是22,最低位(D0)表示152。所以04000H表示小数0.5,01000H表示小数125.023,而0001H表示16位定点DSP能表示的最小的小数(有符号)152=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152乘以该小数,然后取整。从上面的分析可以看出,在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;将变量temp1装入寄存器Aaddtemp2,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。sthb,sub_result;将相减的结果(高16位)存入变量sub_result。(4)实现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:rsbxFRCT;清FRCT标志,准备整数乘ldtemp1,T;将变量temp1装入T寄存器mpytemp2,a;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(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SUBC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。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A0,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B寄存器的高16位)。(7)实现16定点小数除法在C54X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A0,则;跳转到标号div_end,结束除法运算stlB,-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0x42dc1520.52233)。五、实验目的:用定点DSP实现16位定点加、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.BAT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loadexer1.out,或单击菜单栏下面的“Load”选项,并在弹出的FileName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“nop”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。
本文标题:dsp实验1-基本算数运算
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