汇编 定时器DSP.doc

汇编实验报告
定时器
一． 工作原理
1.时钟部分
1.1 C55x时钟发生器的原理和配置方法
TMS320VC5509A的时钟发生器从CLKIN引脚输入，在内部修改这个信号（通过一个数字锁相环，PLL），来产生希望频率的输出时钟。时钟发生器将这个输出时钟（即CPU时钟）送给CPU、外设和其他C55的内部模块。也可以用可编程的时钟分频器对CPU时钟分频，在CLKOUT引脚上输出。
时钟发生器有一个时钟模式寄存器CLKMD，用来控制和监视时钟发生器。通过修改该寄存器可以触发两种主要的操作模式：
1） 旁路模式。
PLL被旁路掉，输出时钟的频率就等于输入时钟频率除以1、2、4。因为PLL模块关闭，因此该模式可以用来降低功耗。
2）锁定模式。
输入时钟既可以乘以或除以一个系数来获得期望的输出频率，并且输入时钟相位与输入信号锁定。本实验采用该模式。

2.定时器部分
2.1通用定时器介绍及其控制方法
2.1.1定时器的工作时钟
l DSP内部的CPU时钟，本实验采用该方式。
l 引脚TIN/TOUT
利用定时器控制寄存器（TCR）中的字段FUNC可以确定时钟源和TIN/TOUT引脚的功能。
2.1.2控制方法介绍
预定标计数寄存器（PSC）由输入时钟驱动，PSC在每个输入时钟周期减1;当其减到0时，TIM减1，当TIM减到0，定时器向CPU发送一个中断请求（TINT）或向DMA控制器发送同步事件。
定时器发送中断信号或同步事件信号的频率可用下式计算：

通过设置定时器控制寄存器（TCR）中的自动重装控制位ARB，可使定时器工作于自动重装模式:
当TIM减到0，重新将周期寄存器（TDDR，PRD）的内容复制到计数寄存器（PSC，TIM）中，继续定时。
本实验的具体设置见后面寄存器设置部分。
2.2定时器的使用
l 初始化定时器
l 停止/启动定时器
l DSP复位后定时器寄存器的值
3.中断部分
3.1中断定义
由硬件或软件驱动的信号，使DSP将当前的程序挂起，执行另一个称为中断服务子程序（ISR）的任务。
3.2 TMS320C55x的中断系统
C55x支持32个ISR。有些ISR可以由软件或硬件触发，有些只能由软件触发。
3.3 DSP处理中断的步骤
（1）接收中断请求。
软件和硬件都要求DSP将当前程序挂起
（2）响应中断请求。
CPU必须响应中断。如果是可屏蔽中断，响应必须满足某些条件。如果是不可屏蔽中断，则CPU立即响应。
（3）准备进入中断服务子程序。
CPU要执行的主要任务有：
l 完成当前指令的执行，并冲掉流水线上还未解码的指令
l 自动将某些必要的寄存器的值保存到数据堆栈和系统堆栈
l 从用户实现设置好的向量地址获取中断向量，该中断向量指向中断服务子程序
（4）执行中断服务子程序。
CPU执行用户编写的ISR。ISR以一条中断返回指令结束，自动恢复步骤（3）中自动保存的寄存器值。

3.4中断向量表

4.汇编程序
4.1链接命令文件
TMS320C55x链接器有两个功能强大的指令，即MEMORY和SECTIONS。
MEMORY指令允许用户定义一个目标系统的存储器映射，可以命名存储器的各个部分，并且指定开始地址和大小。
SECTIONS指令告诉链接器合成输入段为输出段，并且告诉链接器把这些输出段放在存储器的某个位置。
4.2中断向量表及中断程序
a) 程序中应包含中断向量表，VC5509A 默认向量表从程序区0 地址开始存放，根据IPVD 和IPVH 的值确定向量表的实际地址。
b) 向量表中每项为8 个字，存放一个跳转指令，跳转指令中的地址为相应服务程序入口地址。第一个向量表的首项为复位向量，即CPU 复位操作完成后自动进入执行的程序入口。
c) 服务程序在服务操作完成后，清除相应中断标志，返回，完成一次中断服务。
4.3汇编源程序（见后）
二． 寄存器配置
1. 时钟模式寄存器（CLKMD），I/O端口地址0x1c00
MOV #0x5467,PORT(#CLKMD)；0101 0100 0110 0111
工作在锁定模式下，输出时钟频率如下：
PLLMULT/PLLDIV*输入频率=20*20M=400M；
具体配置如下黑体部分：

位
字 段
说 明
15
Rsvd
保留
14
IAI
退出Idle状态后，决定PLL是否重新锁定
0 PLL将使用与进入Idle状态之前相同的设置进行锁定
1 PLL将重新锁定过程
13
IOB
处理失锁
0 时钟发生器不中断PLL，PLL继续输出时钟
1 时钟发生器切换到旁路模式，重新开始PLL锁相过程
12
TEST
必须保持为0
11～7
PLL MULT
锁定模式下的PLL倍频值，0~31（10100）
6～5
PLL DIV
锁定模式下的PLL分频值，0~3（01）
4
PLL ENABLE
使能或关闭PLL
0 关闭PLL，进入旁路模式
1 使能PLL，进入锁定模式
3～2
BYPASS DIV
旁路下的分频值
00 一分频
01 二分频
10或11 四分频
1
BREAKLN
PLL失锁标志
0 PLL已经失锁
1 锁定状态或有对CLKMD寄存器的写操作
0
LOCK
锁定模式标志
0 时钟发生器处于旁路模式
1 时钟发生器处于锁定模式

2. 定时器包括4个寄存器
2.1定时器预定标寄存器PRSC
MOV #0x0002,PORT(#PRSC0)；0000 0000 0000 0010
位
字 段
数 值
说 明
15～10
Rsvd
—
保留
9～6
PSC
0h～Fh
预定标计数寄存器
5～4
Rsvd
—
保留
3～0
TDDR
0h～Fh
当PSC重新装入时，将TDDR的内容复制到PSC中
2.2主计数寄存器TIM
MOV #0x0000,PORT(#TIM0)；0
位
字 段
数 值
说 明
15～0
TIM
0000h～FFFFh
主计数寄存器
2.3主周期寄存器PRD
MOV #0x1fff,PORT(#PRD0)；0001 1111 1111 1111
PRD0=0X1FFF;TDDR=0X0010;
中断信号频率：
内部时钟频率：400M
TINT频率=400M/(8M*5)=10hz;
改变该寄存器的初始值，可以改变灯亮灭快慢。
位
字 段
数 值
说 明
15～0
PRD
0000h～FFFFh
主周期寄存器。当TIM必须重新装入时，将PRD的内容复制到TIM中
2.4定时器控制寄存器TCR
设置定时器寄存器前，关闭定时器
MOV #0x04f0,PORT(#TCR0)；0000 0100 1111 0000
设置完成后，开启定时器
MOV #0x00e0,PORT(#TCR0)；0000 0000 1110 0000
具体配置如下黑体部分：

位
字 段
数 值
说 明
15
IDLEEN

0
1
定时器的Idle使能位。
定时器不能进入idle状态
如果idle状态寄存器中的PERIS=1，定时器进入idle状态
14
INTEXT

0
1
时钟源从内部切换到外部标志位
定时器没有准备好使用外部时钟源
定时器准备使用外部时钟源
13
ERRTIM

0
1
定时器错误标志
没有监测到错误或ERRTIM已被读取
出错
12～11
FUNC

FUNC=00b
FUNC=01b
FUNC=10b

FUNC=11b
定时器工作模式选择位
TIN/TOUT为高阻态，时钟源是内部CPU时钟
TIN/TOUT为定时器输出，时钟源是内部CPU时钟
TIN/TOUT为通用输出，引脚电平反映的是DATOUT位的值
TIN/TOUT为定时器输入，时钟源是外部时钟
10
TLB

0
1
定时器装载位
TIM、PSC不重新装载
将PRD、TDDR分别复制到TIM、PSC中
9
SOFT

在调试中遇到断点时定时器的处理方法
8
FREE

7～6
PWID

00
01
10
11
定时器输出脉冲的宽度
1个CPU时钟周期
2个CPU时钟周期
4个CPU时钟周期
8个CPU时钟周期
5
ARB

0
1
自动重装控制位
ARB清0
每次TIM减为0，PRD装入TIM中，TDDR装入PSC中
4
TSS

0
1
定时器停止状态位
启动定时器
停止定时器
3
C/P

0
1
定时器输出时钟/脉冲模式选择
输出脉冲。脉冲宽度由PWID定义，极性由POLAR定义
输出时钟。引脚上信号的占空比为50%。
2
POLAR

0
1
时钟输出极性位
正极性
负极性
1
DATOUT

0
1
当TIN/TOUT作为通用输出引脚，该位控制引脚上的电平
低电平
高电平
0
Rsvd
0
保留
3.中断相关寄存器
定时器中断属于可屏蔽中断需要设置以下寄存器：

因为采用定时器0中断，中断向量地址0x20h；
5000系列dsp的中断向量可以重新定位。但是它只能被重新定位Page0范围内的任何空间；（在cmd文件中给出）
3.1 IVPD(dsp向量的中断向量指针)
3.2 IVPH（主机向量的中断向量指针）
3.3 IER0（中断使能寄存器）
3.4 IEF0（中断标志寄存器）

3.5 DBIER0（调试中断寄存器）
汇编指令：
MOV #0x0d00,mmap(IVPD)
MOV #0x0d00,mmap(IVPH)
MOV #0x10,mmap(IER0)
MOV #0x10,mmap(DBIER0)
MOV #0xffff,mmap(IFR0) ;中断标志寄存器清零
三． 应用举例
本实验要实现的功能是：在定时器中断到来时，改变实验板上led灯的亮灭状态，同时，在中断服务程序中，设置了一个变量，可以控制亮灭的时间长短。
实现过程：
（1）对处理器及一些寄存器的初始化，包括时钟，定时器，中断等
.def start
.global ldbs
.global ncount
lbds .set 0x400001
TIM0 .set 0x1000
PRD0 .set 0x1001
TCR0 .set 0x1002
PRSC0 .set 0x1003
CLKMD .set 0x1c00 ;时钟控制器地址
;自定义
ncount .usect "vars",1
.sect "TimerStart"
start:
;处理器初始化
BCLR C54CM
BCLR AR0LC
BCLR AR1LC
BCLR AR2LC
BCLR C54CM
.C54CM_off
BCLR ARMS
.ARMS_off
;ncount初始化
MOV #0,*(#ncount)
;灯亮 初始状态
AMAR *(#lbds),XAR3
MOV #0,*AR3
BSET INTM
;Initialization of Interrupt
MOV #0X0d00,mmap(IVPD)
MOV #0x0d00,mmap(IVPH)
MOV #0x0010,mmap(IER0)
MOV #0x0010,mmap(DBIER0)
MOV #0xffff,mmap(IFR0)
;Initialization of Clk
MOV #0 5467h,PORT(#CLKMD)
;Initialization of Timer0
MOV #0x04f0,PORT(#TCR0)
MOV #0x0000,PORT(#TIM0)
MOV #0x1fff,PORT(#PRD0)
MOV #0x0002,PORT(#PRSC0)
MOV #0x00e0,PORT(#TCR0)
loop:
B loop
.end
（2）中断服务程序的编写。
本实验只是简单地通过定时器定时长短来控制led灯的亮灭时间。在中断程序中主要完成对led等的控制，为了增加可视性，在中断程序中通过一个计数器来延长led的亮灭变化。
具体程序编写如下：
TINT0_Isr:
;ncount++
MOV *(#ncount),AR0
ADD #1,AR0
;nCount%=16
MOV #16,AR1 ;改变该数，可以控制灯亮灭快慢
RPT #(16-1)
SUBC *AR1,AC0,AC0
MOV HI(AC0),*AR3 ;AR3-->余数
BCC TINT0_Isr_end,AR3 == #0
L1: BCLR INTM ;开中断
NOP
RETI
TINT0_Isr_end:
AMAR *(#400001h),XAR3
XOR #1,*AR3
MOV #0,*(#ncount) ;商
B L1
（3）cmd文件的编写，完成对目标存储器结构的定位和各控制段的构成和地址分配。
本实验中timer.cmd文件具体安排如下：
main.obj
-o timer.out
-m timer.map

MEMORY
{
DARAM: o=0x100, l=0x07f00 /*On-chip DRAM*/
SARAM: o=0x10000, l=0x30000 /*On-chip SRAM*/
VECT : o=0x0d000, l=0x100
}

SECTIONS
{
.vars : {} > DARAM
.vectors : {} > VECT
TimerInit : {} > SARAM
TimerStart : {} > SARAM
}
在上面介绍原理及寄存器时，已经把该程序的具体硬件结构和寄存器配置详细说明，在此就不在赘述。
实验程序流程图如下：

四． 系统演示及调试
4.1实验调试及结果
l 指示灯在定时器的定时中断中按照设计定时闪烁。通过改变ncount以及定时器的定时时间可以控制闪烁。
l 在对程序编译时，总出现“Remarks”错误，这是CCS中最轻级别的提示，不影响程序的正常运行。
l 在汇编语言中写入.mmregs语句后，就可以省去对存储器映射寄存器的定义，而且在TI的文档中也有寄存器名和对应地址的表，用的时候直接用即可。
l 出现如下错误：Illegal directive or mnemonic（非法指令）
l 汇编指令不能直接顶头写，需要与行首有一定间隔。
l 用途1：使用定时器和中断服务程序可以完成许多需要定时完成的任务，比如DSP 定时启动A/D 转换，日常生活中的计时器计数、空调的定时启动和关闭等。
l 用途2：在调试程序时，有时需要指示程序工作的状态，可以利用指示灯的闪烁来达到，指示灯灵活的闪烁方式可表达多种状态信息。
4.2 对实验的扩展
l SIN信号发生器的实现
1）采用查表法，从AD输出任意幅度，任意频率的正弦波与余弦波。
在中断中，写查表变换函数：
C程序如下：中断服务程序)
uiData = SIN_Table[Table_Index]; //读表
uiData = uiData<<6; //移位
*P_DAC1 = uiData&0xffc0;
Table_Index+=uiStep; //加上步进值
if(Table_Index>=256)Table_Index-=256; //索引溢出
*P_INT_Clear = 0x0400; //清中断标志
2）正弦表的产生
l 数的定标
许多DSP芯片只支持整数运算，如果现在这些芯片上进行小数运算的话，定点小数运算应该是最佳选择了，此外即使芯片支持浮点数，定点小数运算也是最佳的速度选择。
在DSP 世界中，由于DSP芯片的限制,经常使用定点小数运算。所谓定点小数，实际上就是用整数来进行小数运算。下面先介绍定点小数的一些理论知识，然后以C语言为例，介绍一下定点小数运算的方法。在TI C5000 DSP系列中使用16比特为最小的储存单位，所以我们就用16比特的整数来进行定点小数运算。
现在进入二进制。我们的定点小数用16位二进制表达，最高位是符号位，那么有效位就是15位。小数点之后可以有0 - 15位。我们把小数点之后有n位叫做Qn，例如小数点之后有12位叫做Q12格式的定点小数，而Q0就是我们所说的整数。
Q12 的正数的最大值是 0 111 . 111111111111，第一个0是符号位，后面的数都是1，那么这个数是十进制的多少呢，很好运算，就是 0x7fff / 2^12 = 7.999755859375。对于Qn格式的定点小数的表达的数值就它的整数值除以2^n。在计算机中还是以整数来运算，我们把它想象成实际所表达的值的时候，进行这个运算。
反过来把一个实际所要表达的值x转换Qn型的定点小数的时候，就是x*2^n了。例如 0.2的Q12型定点小数为：0.2*2^12 = 819.2，由于这个数要用整数储存，所以是819 即 0x0333。因为舍弃了小数部分，所以0x0333不是精确的0.2，实际上它是819/2^12 =0.199951171875。
l 下面是MATLAB产生cos表的过程：
>> pi=3.1415926;
>> aa=1:256;
>> bb=cos(pi/256*aa);
>> BB=[1,bb];
>> CC=BB*2^15;%共257个数据 Q15

将MATLAB产生的数据导出，存放在SIN_Table中。
3）DA转换原理
利用专用的数模转换芯片，可以实现将数字信号转换成模拟量输出的功能。在ICETEK–VC5509-A 板上，使用的是TLV7528 数模芯片，它可以实现同时转换四路模拟信号输出，并有10 位精度，转换时间0.1μs。其控制方式较为简单：首先将需要转换的数值通过数据
总线传送到TLV7528 上相应寄存器，再发送转换信号，经过一个时间延迟，转换后的模拟量就从TLV7528 输出引脚输出。
2．TLV7528 与TMS320VC5509A 的连接：
由于TMS320VC5509A DSP 没有数模转换输出设备，采用外扩数模转换芯片的方法。在ICETEK–VC5509-A 板上选用的是TLV7528。TLV7528 的转换寄存器被映射到了DSP的I/O 空间，地址是0-3，控制转换由I/O 端口4 的写信号控制，这部分在硬件上由译码电路（GAL 芯片）完成。在TLV7528 的输出端，为了增加输出功率，经过一级运放再输出到板上插座上。
4）汇编程序大致编写步骤如下：
（1） 变量初始化
.ref SIN_Table
DA_DATA_1 .set 0x400006
Table_Index .int 1
uiStep .int 1
（2） 中断服务程序
.sect "TimerInit"
.ref index ;在main中定义，在该模块中使用的变量
.def TINT0_Isr ;定义中断程序标识，方便其它模块（中断向量表）调用
.ref COSOFF
.ref uiStep
TINT0_Isr:
MOV *(#index),AR0 ;更新index
ADD #uiStep,AR0
MOV AR0,T0
AMAR *(#0x400006),XAR3 ;启动da转换
MOV T0,*AR3 ;取表中数送到da口
AND #0X100,AR3 ;判断索引溢出
BCC TINT0_Isr_end,AR3==#0
L1: BCLR INTM ;开中断
NOP
RETI
TINT0_Isr_end:
MOV #0,*(#uiStep) ;索引溢出，清零
B L1
.end
上述程序由于时间原因，暂时写到这里，在不断改进中。
5)预期实验结果可通过示波器或模拟示波器观察：