dsp实验1-基本算数运算

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-=0.8125。

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：ld temp1,a ；将变量temp1装入寄存器Aadd temp2,a ；将变量temp2与寄存器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。

sth b,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：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=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_hstl 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（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：ssbx FRCT ；FRCT=1，准备小数乘法ld temp1,16,a ；将变量temp1装入寄存器A的高16位mpya temp2 ；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sth b,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寄存器的容为08f5f0a4H（十进制的0.857）。

如果仅保存结果的高16位08f5H（十进制的0.063）。

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：ld temp1,T ；将被除数装入T寄存器mpy temp2,A ；除数与被除数相乘，结果放入A寄存器ld temp2,B ；将除数temp2装入B寄存器的低16位abs B ；求绝对值stl B,temp2 ；将B寄存器的低16位存回temp2ld temp1,B ；将被除数temp1装入B寄存器的低16位abs B ；求绝对值rpt #15 ；重复SUBC指令16次subc temp2,b ；使用SUBC指令完成除法运算bcd div_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stl B,quot_i ；将商（B寄存器的低16位）存入变量quot_isth B,remain_i ；将余数（B寄存器的高16位）存入变量remain_ixor B ；若两数相乘的结果为负，则商也应为负。

先将B寄存器清0 sub quot_i,B ；将商反号stl B,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：ld temp1,T ；将被除数装入T寄存器mpy temp2,A ；除数与被除数相乘，结果放入A寄存器ld temp2,B ；将除数temp2装入B寄存器的低16位abs B ；求绝对值stl B,temp2 ；将B寄存器的低16位存回temp2ld temp1,16，B ；将被除数temp1装入B寄存器的高16位abs B ；求绝对值rpt #15 ；重复SUBC指令16次subc temp2,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bcd div_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stl B,-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0 subquot_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0x42dc =÷1520.52233）。