实验二基本算数运算

实验二基本算数运算

2.1 实验目的和要求

加、减、乘、除是数字信号处理中最基本的算术运算。DSP 中提供了大量的指令来实现这些功能。本实验学习使用定点DSP 实现16 位定点加、减、乘、除运算的基本方法和编程技巧。本实验的演示文件为exer1.out。

2.2 实验原理

1) 定点 DSP 中的数据表示方法

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 位定点加法

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。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。

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。

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ar2 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 位定点整数乘法

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。

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

5) 实现 16 位定点小数乘法

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一位。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。

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

6) 实现 16 位定点整数除法

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。

7) 实现 16 位定点小数除法

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

2.3 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： nopDES320PP-U 数字信号处理仿真/教学实验系统使用与实验指导 32当执行到这条加了断点的语句时，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。实验源程序请参见附录。

2) 用 ccs simulator 调试运行并观察结果

在完成实验程序代码的输入，并使用 ccs 进行编译并连接，得到out 文件后，就可以在simulator 上调试运行。步骤如下：

a. 启动 ccs simulator。

b. 点击 file ->load program，找到exer1.out 并装入。这时可在反汇编窗口看到程序代码。

c. 打开“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.用鼠标双击该

指令将其点亮即可。2.在菜单栏中选择debugbreakpoint，然后在弹出的对话框中

键入欲加断点的地址即可（注意地址的格式）。

e. 单击 Run 快捷键（或者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register window 窗口可以看到寄存器A

的内容为0x46，这正

是加法运算的结果。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 的内容相加，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 register window 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0x1085（编辑内容时直接输入1805），并用回车键确认。

h. 单击 Run 快捷键（或者F5 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A 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。当程序再次暂停

时（断点位于0x1093），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0xffdc（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 寄存器的高16 位。

j. 单击 Run 快捷键（或者F5 按钮），程序从当前PC 继续运行，完成整数乘法运算。

DES320PP-U 数字信号处理仿真/教学实验系统使用与实验指导

33

当程序再次暂时（断点位于0x109d），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register window 中

将PC 修改为1098，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：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 快捷键或者（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0x10A6），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）。

l. 单击 Run 快捷键（或者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0x10bb），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 快捷键（或者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0x10d2），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(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。

2.4 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？

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？

3) 如何实现无符号数的乘法？

4) 请利用本实验程序计算以下算式的结果

0.25*0.58374 0.5/0.25 4653/345 0.789687/0.876