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 20，D1 位表示 21 ，次高位（ D14）表

示 214 。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 2 1，然后是 2 2 ，最低位（ D0）表示 2 15 。所以 04000H

表 示小数 0.5 ，01000H表示小数 2 3 0.125 ，而 0001H表示 16 位定点 DSP能表示的最小的

小数（有符号） 2 15 =0.000030517578125 。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 215 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 A add 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：

；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。 ；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 内存单元来存放结果：

sth a,mpy_I_h ；将结果（高 16 位）存入变量 mpy_I_h

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

sth b,sub_result stl 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

；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 2 2 2 =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 寄存器的内容为 08f5f0a4H （十进制的 0.07000549323857 ）。如果仅保存结果的高 16 位 08f5H（十进制的 0.06997680664063 ）。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： ；将被除数装入 T 寄存器 ；除数与被除数相乘，结果放入 A 寄存器 ；将除数 temp2 装入 B 寄存器的低 16 位 ；求绝对值 ；将 B 寄存器的低 16 位存回 temp2

；将被除数 temp1 装入 B 寄存器的低 16 位 ；求绝对值 ；重复 SUBC 指令 16 次 ；使用 SUBC 指令完成除法运算 ；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 ；将商（ B 寄存器的低 16 位）存入变量 quot_i

；将余数（ B 寄存器的高 16 位）存入变量 remain_i ；若两数相乘的结果为负，则商也应为负。先将 B 寄存器清 0 ；将商反号 ；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。这与整数除法正好相反。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 temp2

ld temp1,16， B ；将被除数 temp1 装入 B 寄存器的高 16 位