МПУЭВС. Лекции. Задания / pdf_ПрилПЦиПУ / Приложение_О_ ПрограмОбрабДанных

1

Приложение О О. Программирование задач обработки данных

О.1 Ввод-вывод данных по прерываниям

Ввод цифровых отсчетов аналогового сигнала Х(t) из АЦП и вывод дан-

ных в ЦАП программа должна выполнять циклически с периодом дискретиза-

ции TS. Для этого в процессорах обычно используется механизм векторного прерывания. Источниками прерываний являются сигналы, которые поступают на вход контроллера прерываний и временно приостанавливают выполнение основной программы. Процессор, получив сигнал на входе контроллера, закан-

чивает выполнение текущей команды в произвольной точке основной програм-

мы и переходит к одной из подпрограмм обработки прерывания. В приведен-

ном на рисунке О.1 примере прерывание вызвал импульсный сигнал,

формируемый периодически с интервалом TS на входе контроллера,

встроенного в микропроцессор ADSP-2189M.

Внешний сигнал поступил на вход микросхемы в тот момент времени,

когда процессор выполнял команду n, расположенную в ячейке памяти программ РМ с адресом 0x0210. Прерывание изменяет линейный порядок выполнения программы.

После завершения текущей команды n процессор автоматически заносит в стек информацию о состоянии программы в данный момент времени, рас-

положенную в системных регистрах, для ее дальнейшего восстановления по окончании обработки прерывания. Содержимое программного счетчика сохра-

нится в стеке PC, регистры секвенсора ASTAT, MSTAT, IMASK запоминаются в блоке STATUS STACK. Затем вместо следующего адреса 0x0211, на единицу больше текущего, процессор запишет в программный счетчик адрес начала подпрограммы обработки, который определяется таблицей векторов преры-

ваний (таблице О.1).

2

Рисунок О.1 - Вызов подпрограмм контроллером прерываний ADSP-2189M

Таблица О.1 - Источники и векторы прерываний ADSP-2189M

3

Примечание: IRQ2, IRQL1, IRQL0, IRQE, IRQ1, IRQ0 – внешние сигналы,

поступающие на входы процессора. Адреса векторов записаны в16-ричной системе счисления.

Последовательность выполняемых при этом переходов: сигнал на входе контроллера → вектор на выходе контроллера → таблица → адрес начала под-

программы. Для каждого сигнала контроллера в таблице зарезервировано 4

ячейки памяти и определен вектор. Вектор – это число, соответствующее по-

рядковому номеру сигнала и передаваемое контроллером процессору по внут-

ренней шине с той целью, чтобы процессор смог определить источник преры-

вания. Прерывания могут вызываться как внешними устройствами по отноше-

нию к процессору, так и внутренними. Для определения вектора необходимо адрес, указанный в таблице, разделить на четыре (каждому источнику в памяти отведено четыре ячейки памяти).

Если, например, периодические прерывания вызывает сигнал внутренне-

го таймера, то контроллер передает процессору вектор 0х000А. Умножением на четыре процессор рассчитывает первый адрес 0х0028 четырех ячеек памяти и записывает его в программный счетчик. Поскольку разместить реальную под-

программу обработки в четырех ячейках памяти невозможно, то здесь обычно записывают команду безусловного перехода на начало подпрограммы обработ-

ки прерывания таймера. В программах пользователя на языке ассемблера призаполнении таблицы векторов указывается имя подпрограммы в строке,

соответствующей вектору 0х000А. Выполнив подпрограмму обработки

4

прерывания, процессор после команды завершения RTI автоматически восстанавливает системные регистры, читая их содержимое из стека,

записывает в программный счетчик адрес команды n+1 и продолжает выполнение основной программы с той точки, в которой произошел выход на подпрограмму. Поэтому приведенная в листинге 0 программа расчета выходного сигнала КИХ-фильтра должна находиться не в основной программе,

а в подпрограмме обработки прерывания таймера или последовательного порта,

к которому подключены АЦП и ЦАП. Регистр маскирования IMASK разрешает или запрещает прерывания индивидуально по каждому внешнему сигналу или встроенному устройству (табл. О.2). Если обнулить бит 0 регистра IMASK, то процессор прекратит выполнять подпрограмму, определенную вектором таймера 0х000А.

Таблица О.2 - Регистр маскирования прерываний IMASK

Программа пользователя может разрешить обработку отдельного преры-

вания, если соответствующий бит установить (записать в него единицу), или запретить - при сброшенном бите. Допускается менять содержимое регистра в процессе выполнения программы. При включении питания или сбросе процес-

сора регистр IMASK автоматически обнуляется, т.е. все маскируемые прерыва-

ния запрещены. Запись в регистр двоичного числа 0000000001 разрешит пре-

рывания только от таймера. Чтобы разрешить прерывания от приемника последовательного порта SPORT0 (RX0) и от внешнего сигнала IRQ2

необходимо записать в регистр число 1000100000 с установленными битами в разрядах 9 и 5. Прерывания передатчика порта SPORT0 (TX0) будут запрещены.

6

Импульсный сигнал запроса 2 с более высоким приоритетом приостановил выполнение подпрограммы обработки прерывания сигнала 1.

Подпрограмма 1 будет продолжена только после того, как полностью завер-

шится подпрограмма 2. Сигнал запроса 1 не может прервать подпрограмму 2.

Если бит 4 в регистре ICNTL установлен, то вложенные прерывания раз-

решены, при сброшенном бите – запрещены. Разряд 3 в регистре не используется. Биты 0,1,2 ICNTL определяют реакцию контроллера на форму внешних сигналов IRQ0, IRQ1 и IRQ2 соответственно. При установленном бите контроллер реагирует на фронт импульса, при сброшенном бите – на уровень сигнала. Регистр управления ICNTL не обладает чувствительностью к форме сигналов встроенных устройств, подключенных к контроллеру.

Задержка между предоставлением прерывания и выполнением первой ко-

манды подпрограммы составляет 3 командных цикла и равна 40 нс для таймера,

сигналов IRQx и последовательного порта SPORT. После сброса процессора прерывания разрешены по умолчанию. Команда DIS INTS запрещает все пре-

рывания, независимо от содержимого регистра маскирования IMASK. Проти-

воположная по действию команда ENA INTS разрешает процессору выполнять все прерывания, определенные в IMASK.

Таблица векторов прерываний занимает в памяти программ РМ фиксиро-

ванную область адресов от 0х0000 до 0х002F. Программы и подпрограммы пользователя являются перемещаемыми. Начальные адреса подпрограмм в примере на рисунке О.1 могут изменяться на этапах трансляции и компоновки.

Значения 0x0050, 0x0500 и 0х0710 приведены только для наглядности и не служат правилом для определения начальных адресов. Распределение адресов памяти программ и памяти данных процессора приведено в таблице О.3.

Распределение начальных адресов в памяти программ и памяти данных выполняет автоматически операционная система на этапе трансляции и компо-

8

Рассмотрим применение циклического буфера для программной реализа-

ции фильтра с конечной импульсной характеристикой (КИХ) четвертого по-

рядка. После заполнения буфера первыми четырьмя числами Х1, Х2, Х3, Х4

рассчитывается свертка

Y = k1·X1 + k2·X2 + k3·X3 +k4·X4,

где k1, k2, k3, k4 – постоянные коэффициенты фильтра.

Чтобы выполнить свертку из четырех произведений и трех сумм в про-

грамме на языке ассемблера необходимо указать с помощью косвенной адреса-

ции номера ячеек буфера, в которых хранятся числа Х

Y = k1·x(0) + k2·x(1) + k3·x(2) + k4· x(3).

При чтении из памяти индексы массива x для расчета Y меняются в сле-

дующем порядке: 0, 1, 2, 3. Генератор адреса DAG при следующем обращении к массиву x автоматически повторит цикл перебора индексов, независимо от того,

какая будет выполняться команда в программе – чтение или запись. Сле-

дующая команда алгоритма – запись числа Х5 в ячейку памяти буфера. По-

скольку следующим индексом цикла адреса является 0, то Х5 запишется в бу-

ферный элемент массива х(0). Затем следует новый цикл расчета выходного сигнала фильтра с продолжением перебора индекса при чтении переменных из памяти

Y = k2·x(1) + k3·x(2) + k4· x(3) + k1·x(0),

т.е.

Y = k2·X2 + k3·X3 +k4·X4 + k1·Х5.

Самый старый отсчет Х1 из буфера удален, три значения Х2, Х3 и Х4 со-

хранились без изменения. Порядок перебора индексов 1, 2, 3, 0 при расчете Y

отличается от того, который был ранее. После записи Х6 в ячейку х(1) расчет выходного сигнала выполняется с перебором индексов 2, 3, 0, 1

9

Y = k3·x(2) + k4· x(3) + k1·x(0) + k2·x(1) = k3·X3+k4·X4 + k1·Х5 + k2·X6.

Этот способ применяется при любом числе звеньев фильтра. При такойадресации ячеек памяти генератор адреса должен выдавать лишь последовательные значения адресов, вне зависимости от того, какая операция с памятью – чтение или запись – осуществляется в настоящий момент. Буфер такого типа называется циклическим, потому что когда при записи или чтении достигается последняя ячейка, указатель памяти автоматически устанавливается на начало буфера.

Выборка коэффициентов из памяти осуществляется одновременно с вы-

боркой данных. При рассмотренной схеме адресации самые старые отсчеты из-

влекаются из памяти первыми. Поэтому порядок выборки коэффициентов должен соответствовать очередности выбираемых данных. Для расчета фильтра в программе необходимо организовать два циклических буфера – один для дан-

ных Х, другой – для коэффициентов k.

Одновременная выборка двух операндов k и Х в сигнальном процессоре осуществляется по двум независимым шинам: шине данных памяти программ и шине данных памяти данных. Кроме того, имеются отдельные шина адреса па-

мяти программ и шина адреса памяти данных. Таким образом, МАС может по-

лучать входные данные по каждой шине данных одновременно. Для задания длины циклического буфера в программе можно использовать только регистры

L0 – L7, указателя адреса – регистры I0 – I7, шага изменения адреса – реги-

стры М0 – М7.

В листинге 6 приведен фрагмент программы вычисления одного значе-

ния выходного сигнала КИХ-фильтра N-го порядка по следующему алгоритму:

-выборка коэффициента из циклического буфера коэффициентов;

-обновление указателя адреса буфера коэффициентов;

-выборка отсчета из циклического буфера входного сигнала;

-обновление указателя адреса буфера входного сигнала;

10

-умножение коэффициента на отсчет;

-добавление нового слагаемого к промежуточному результату;

-переход в начало цикла программы, если просуммированы не все произ-

ведения.

Листинг 5

Расчет фильтра с циклической буферизацией

ADSP – 21xx Пример ассемблерного кода:

М1, М5 = 1 ;

L0, L4 = N ;

MR = 0, MX0 = DM (I0, M1), MY0 = PM (I4, M5) ;

CNTR = N – 1 ;

DO convolution UNTIL CE ;

Convolution :

MR = MR + MX0 * MY0 (SS), MX0 = DM (I0, M1), MY0 = PM (I4, M5) ;

MR = MR + MX0 * MY0 (RND) ;

IF MV SAT MR ;

Буфер коэффициентов использует память программ (РМ), буфер входного сигнала – память данных (DM). Перед выполнением программы коэффициенты и отсчеты входного сигнала должны находиться в ячейках РМ и DM

соответственно. Указателем адреса памяти циклического буфера коэффициентов является регистр I4, циклического буфера входного сигнала –

I0. Область адресов памяти для организации буферов в программе определять не нужно, так как эту задачу решает операционная система пакета проектирования Visual DSP++ на этапе компоновки (Linker). Первые команды во второй и третьей строках листинга задают параметры буферов.

Модификаторы адреса М1 и М5 равны единице (шаг изменения адреса). В

регистрах L0, L4 задается длина буфера, равная порядку фильтра (L0 =N, L4 = N). Команды четвертой строки очищают регистр MR и заполняют первым