提高DSP代碼運(yùn)行性能的研究

1 引言
隨著微控制器技術(shù)的發(fā)展，以TI公司TMS320C2000系列為代表的DCS型數(shù)字信號處理器DSP應(yīng)用廣泛。該類型DSP內(nèi)部集成Flash存儲器，可將二進(jìn)制代碼同化到其內(nèi)部的Flash存儲器直接運(yùn)行。這種運(yùn)行方式在傳統(tǒng)嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)中很有效，但在一些算法比較復(fù)雜、系統(tǒng)響應(yīng)要求快速、通訊任務(wù)比較繁重的嵌入式應(yīng)用中，這種運(yùn)行方式會導(dǎo)致控制系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常、I／O操作緩慢等問題。針對這些情況，提出一種新的解決方案，來提高DSP代碼運(yùn)行性能。

2 問題分析及設(shè)計(jì)方案
由于應(yīng)用程序在Flash中運(yùn)行速度遠(yuǎn)低于在RAM中，因此在復(fù)雜嵌入式應(yīng)用中會出現(xiàn)控制系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常、I/O操作緩慢等問題。為了避免這些問題，只能讓程序在RAM中運(yùn)行。TI公司的TMS320C2000系列DSP有2種工作模式：微處理器模式和微控制器模式。當(dāng)DSP處于微控制器模式時(shí)，在RAM中程序運(yùn)行速度達(dá)到峰值，但掉電后程序丟失，系統(tǒng)無法重新自動(dòng)運(yùn)行，因此這種程序運(yùn)行方式僅適用于仿真調(diào)試階段。因此，DSP必須工作在微處理器模式下，使用片內(nèi)Flash作為運(yùn)行程序的存儲和運(yùn)行介質(zhì)，才能保證系統(tǒng)上電后自動(dòng)運(yùn)行。但其程序運(yùn)行效率低。因此必須把這2種工作模式相結(jié)合：首先將應(yīng)用程序固化到片內(nèi)Flash存儲器，當(dāng)系統(tǒng)上電后由專門設(shè)計(jì)的裝載器(Bootloader) 負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序南Flash搬移到RAM，然后Bootloader將DSP控制權(quán)交給應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)DSP運(yùn)行速度最高和上電后應(yīng)用程序自動(dòng)運(yùn)行，解決了因程序在不同介質(zhì)的不同效率所導(dǎo)致的系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常、I／O操作緩慢等問題。
以TMS320LF2407 DSP為例進(jìn)行說明：該DSP具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲空間和數(shù)據(jù)總線，以及程序存儲空間和程序總線。只有程序空間的程序才能被DSP視為是可執(zhí)行程序，數(shù)據(jù)空間上的程序?qū)⒈籇SP視為操作數(shù)據(jù)，因此將應(yīng)用程序直接從片內(nèi)Flash拷貝到數(shù)據(jù)空間的RAM后應(yīng)用程序是不能運(yùn)行的。若使拷貝后的應(yīng)用程序能夠被 DSP視為可執(zhí)行程序還必須做一些輔助工作。
通過對TMS320LF2407的存儲映射結(jié)構(gòu)分析可發(fā)現(xiàn)：程序空間和數(shù)據(jù)空間的擴(kuò)展區(qū)域有部分地址可配置成相同存儲介質(zhì)(Flash或者RAM)，通過某種辦法可以實(shí)現(xiàn)共享，也就是說DSP可以將從Flash中拷貝到共享RAM的應(yīng)用程序視為可執(zhí)行代碼。

3 設(shè)計(jì)方案實(shí)施
3．1 TMS320LF2407存儲空間配置及CMD文件編寫
為實(shí)現(xiàn)程序空間與數(shù)據(jù)空間共享RAM的存儲器配置方案，首先要熟悉C語言7個(gè)存儲段對存儲介質(zhì)的要求，其具體要求如表1所示。

從表1可以看出：“．bss”、“．sysmem”、“．stack”段的存儲介質(zhì)必須是RAM，且使用數(shù)據(jù)空間地址；而“．text”、“． swtich”、“．cinit”段的存儲介質(zhì)可以是RAM或ROM，但必須使用程序空間地址?！埃畉ext”是用來存放應(yīng)用程序的可執(zhí)行代碼的專用段，它既可運(yùn)行在RAM中，也可在Flash中，該段的運(yùn)行介質(zhì)決定應(yīng)用程序是否能夠達(dá)到最大性能。根據(jù)DSP命令鏈接文件(CMD文件)對匯編段的管理方式可知，“．text”可配置成裝載與運(yùn)行分離的工作模式。這種模式可以使應(yīng)用程序存儲在Flash中，運(yùn)行在RAM中從而實(shí)現(xiàn)DSP上電后全速運(yùn)行。