dsp实验1-基本算数运算课案.docx

《dsp实验1-基本算数运算课案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《dsp实验1-基本算数运算课案.docx（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

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DSR 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0FFFFH表示最大的负数-1 （负数用2的

2、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,，然后是2二，最低位（D0）表示2,5。所以04000H表示小数0.5, 01000H表示小数2&=0.125,而0001H表示16位定点DSP能表示的最小的小数（有符号）2,5 =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

3、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中提供了多条用于力口法的指令，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：ld temp1,a ；将变量 temp1 装入寄存器 Aadd temp2,a ；将变量 temp2 与寄存

4、器 A 相加，结果放入 A 中stl a,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

5、 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,ar3stm #temp3,ar2sub *ar2+, *ar3,bsth b,sub_resulttemp1 的地址装入ar3 寄存器temp3 的地址装入ar3 寄存器temp3 左移 16 位同时变量temp1 也左移 16 位，然后B （高 16位）中，同时ar2 加 1。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

6、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 FRCT ；清 FRCT 标志，准备整数乘ld temp1,T ；将变量 temp1 装入 T 寄存器mpy temp2,a ；完成 temp2*temp1 ，结果放入 A 寄存器（ 32位）例如，当 temp1=1

7、234H （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:sth a,mpy_I_h ;将结果（高16位）存入变量 mpy_I_h stl a,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：stl a,mpy_I_l ;将结果（

8、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

9、变量temp1装入寄存器 A的图16位mpyatemp2;完成temp2乘寄存器 A的图16位，结果在 B中，同时;将temp2装入T寄存器sthb,mpy_f;将乘积结果的局16位存入义重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0.0699768066

10、4063）。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，说明如彳5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。

11、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subctem

12、p2,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

13、数tempi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

14、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,Tmpytemp2,Aldtemp2,BabsBstlB,temp2T 寄存器A 寄存器temp2 装入 B 寄存器的低 16位;求绝对值B 寄存器的低16 位存回 temp2temp1 装入 B 寄存器的高16位ldtemp1,16， B ；将被除数absB ；求绝对值rpt#15subctemp2,band#0ffffh

15、,Bbcddiv_end,agtstlB,-1 , quot_fxorBsubquot_f,BstlB,quot_f;重复SUBC指令16次;使用SUBC指令完成除法运算;将B寄存器的高16位清为0。这时余数被丢弃，仅保留商;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;将商右移一位后存入变量quot_f,右移是为了修正符号位;若两数相乘的结果为负，则商也应为负。先将B寄存器清0;将商反号;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

16、 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DS际现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

17、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load exerl.out,或单击菜单栏下面的"Load"选项，并在弹出的File Nam

18、e对话框中键入exelout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。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“ Run=F5”按钮，启动执行基本算术运算程序，程序在执行完加法 运算后自动暂停。通过“ CPU”窗口可以看到寄存器 AHL的内容为0x46,这正是加法运算 的

19、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的内容相力口，结果放在0x88单元。f.在“Memory ”窗口中用鼠标左键双击 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=F

20、5”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： -18+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和0x84单元的内容分别为 FFEE和0012, B寄存器的 内容为ffdc0000 ,而0x89的内容为ffdc （十进制-36）,这正是我们希望的 结果： -18 -18 = -36。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

21、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, 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

22、： 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）

23、 。1 .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=0.8565457（

24、0x6da3） 。n. 如果以上程序运行不正确，请检查代码是否输入正确，还可以在源代码中插入断点调试，注意对中间结果的观察。八、思考题（ 1 ）在减法操作中使用了辅助寄存器ar2 ， ar3 ，请说明在执行完减法计算后辅助寄存器ar2和 ar3 的值为多少？答：观察寄存器 ar2 ， ar3 其值均为都为 0084（ 2 ）在小数乘法中使用了置FRCT 标志为 1 的指令。如果将该语句取消，那么 B 寄存器的结果是多少？想想什么时候应该设置FRCT 标志？答：取消该语句以后结果为 FFED520000 ， FRCT 标志需要在小数乘法的时候设置。（ 3 ）如何实现无符号数的乘法？代码如下：st

25、 #1000h,temp1st #8000h,temp2rsbx FRCT1d temp1,Tmpyu temp2,aA=0008000000（ 4 ）请利用本实验程序计算以下算式的结果？0.25*0.58374=0x12adQ15st #2000h,temp3st #0x4AB7,temp40.5/0.25 = 0x7ff7 Q14st #2000h,temp1st #1000h,temp2; init temp1 & temp2,0.5/0.58374=0.8565457(0x6da3)4653/345 =0xdst #4653,temp1st #345,temp2; init temp1 & temp2,52/-18= -2(0xfffe) mod 16(0x10)0. 789687/0.876 =0x7363Q15九、实验结论：通过本实验，初步的了解到在DSP中一个16进制数的表示方法，以及如何对数进行定点运算。并且利用C54X定点DSPS行小数，整数的加、减、乘、除等基本运算，掌握了基本方法和如何使用编程语言进行计算。十、总结及心得体会： 无十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：无报告评分：指导教师签字：