PROCESORY SYGNAŁOWE - LABORATORIUM

Ćwiczenie nr 01

Zajęcia wprowadzające, wprowadzenie do środowiska programistycznego

Code Composer Studio firmy Texas Instruments

1. Tworzenie nowego projektu w środowisku „Code Composer Studio”.

Każdy projekt programu w języku C składa się z wielu różnych rodzajów plików.

Najważniejsze z nich są pliki źródłowe języka C (pliki z rozszerzeniem *.c) i pliki

assemblera (pliki z rozszerzeniem *.asm). W plikach tych znajdują się definicje zmiennych

globalnych i funkcji realizujących program sterujący pracą procesora. Projekt musi zawierać

co najmniej jeden plik źródłowy, w którym znajduje się definicja funkjcji main(). Funkcja

definiuje punkt startowy programu w języku C.

Powiązania między plikami źródłowymi realizowane są poprzez pliki nagłówkowe (pliki z

rozszerzeniem *.h). W plikach nagłówkowych znajdują się deklaracje funkcji, zmiennych i

typów. Deklaracje funkcji określają nazwę funkcji, typ zwracanej wartości oraz liczbę i typy

argumentów. Deklaracje typów określają zwykle typy złożone takie jak struktury, tablice czy

wskaźniki. Deklaracje zmiennych globalnych umożliwiają dostęp do zmiennych globalnych

między modułami. W skład projektu wchodzą również pliki konfiguracyjne, które określają

parametry kompilacji i łączenia skompilowanych plików źródłowych. Ponadto zawierają

Rys. 1. Tworzenie nowego projektu – polecenie „ New CCS Project” z menu „Project”.

informację o tym, gdzie znajdują się pliki

nagłówkowe i biblioteki funkcji

dostarczonych przez Texas Instruments.

Pierwszym krokiem do wygenerowania

programu sterującego pracą procesora

TMS320C6713 jest stworzenie nowego

projektu. Należy wybrać polecenie „New

CCS Project” z menu „Project” (Rys. 1) .

Następnie w oknie nowego projektu

uzupełnić nazwę projektu i wybrać opcję

pustego projektu z plikiem źródłowym

main.c (Rys. 2). Opcje programowanego

urządzenia należy pozostawić bez zmian.

Podobnie typ wyniku budowania projektu

pozostaje „Executable”. Po naciśnięci

przycisku „Finish” nowy projekt pojawi

się w oknie głównym. W następnych

krokach można modyfikować i dodawać pliki (Rys. 3) (źródłowe, nagłówkowe) oraz

modyfikować konfiguracje kompilatora i linkera języka C (Rys. 4).

Rys. 3. Nowe pliki do projektu dodaje się wybierając polecenie „New” z menu „File”. Najczęściej

dodawane będą nowe pliki źródłowe języka C (*.c) lub assemblera (*.asm) oraz pliki nagłówkowe

języka C (*.h).

Rys. 2. Okno nowego projektu. W polu „Project

Name” wpisuje się nazwę projektu. W polu

„Project templates and examples” należy wybrać

„Empty Project (with main.c).

Pliki do projektu dodaje się korzystając z polecenia „New” z menu „File”. Po wybraniu

rodzaju pliku (źródłowy czy nagłówkowy) można podać jego nazwę wraz z rozszerzeniem.

Rys. 5. W zaawansowanych opcjach kompilatora języka C należy dodać definicję układu. Na

zajęciach właściwą wartością będzie „CHIP_6713”. Możemy ją wpisać w oknie edycyjnym

pojawiającym się po naciśnięciu plusa (na rysunku zaznaczony czerwonym kółkiem).

Rys. 4. Właściwości projektu (kompilatora i linkera języka C) są dostępne za pomocą polecenia

„Properties” z menu „Project”

Dodane pliki stają się natychmiast widoczne w panelu bocznym projektu i można rozpocząć

ich edycję.

Ustawienia konfiguracji kompilatora i linkera języka C można dokonać poprzez polecenie

„Properties” z menu „Project”. W oknie właściwości projektu należy dokonać modyfikacji

opcji kompilatora i linkera, jeżeli zamierzamy korzystać z biblioteki „Chip Support Library”

(CSL) dostarczonej przez Texas Instruments do programowania urządzeń zewnętrznych

procesora TMS320C6713. W opcjach kompilatora konieczne jest dodanie definicji symbolu

„CHIP_6713”, który pozwala na konfigurację dołączanych plików nagłówkowych (Rys. 5).

Natomiast w opcjach linkera należy dodać nazwę pliku biblioteki ”csl6713.lib” (Rys. 6), w

której znajdują się definicje funkcji biblioteki CSL. Po modyfikacji konfiguracji można

przystąpić do tworzenia programu, który będzie sterował procesorem.

2. Eksport i import projektu

Wszystkie oceniane zajęcia laboratoryjne będą rozpoczynały się od zaimportowania

projektu programu. Projekt ten będzie w trakcie zajęć modyfikowany, a następnie będzie

eksportowany do pliku archiwalnego. Natomiast plik archiwalny będzie można wysłać pocztą

elektroniczną i samodzielnie przeanalizować.

Rys. 6. W opcjach linkera języka C należy dodać bibliotekę „Chip Support Library”. W polu „File

Search Path” naciskamy znak plus (na rysunku zaznaczony czerwonym kółkiem) i wpisujemy

nazwę ”csl6713.lib”.

Żeby wykonać import pliku archiwalnego, należy wybrać polecenie „Import Existing CCS

Eclipse Project” z menu „Project” (Rys. 7).

W oknie importu (Rys. 8) należy wybrać

plik archiwalny (*.zip albo *.tar), który

zawiera pliki importowanego projektu. Po

wybraniu pliku archiwalnego w polu

„Discovered projects” widoczne będą

dostępne w archiwum projekty. Zaznaczamy

projekt, który będzie importowany i

naciskamy przycisk „Finish”.

Jeżeli wszystkie czynności zostały

wykonane prawidłowo, to zaimportowany

projekt stanie się widoczny w panelu

bocznym projektów. Można będzie

sprawdzić czy znajdują się w nim wszystkie

pliki i rozpocząć dalszą pracę z tym

projektem (edycja istniejących plików,

dodawanie nowych, zmiana ustawień parametrów kompilatora czy linkera języka C).

Rys. 7. Import projektu do „Code Composer Studio”. Należy wybrać polecenie „Import Existing

CCS Eclipse Project” z menu „Project”

Rys. 8. Wybór archiwum, z którego będzie

importowany projekt. Po wybraniu

importowanego archiwum naciskamy przycisk

„Finish”.

Żeby na koniec zajęć wyeksportować zmodyfikowany projekt, należy prawym przyciskiem

myszy kliknąć na nazwę projektu w panelu bocznym. Z menu kontekstowego (Rys. 9)

wybieramy polecenie „Export”. Następnie w pierwszym kroku wybieramy metodę eksportu,

którą w tym wypadku jest eksport do pliku archiwalnego. Jest to metoda, w której pliki

Rys. 10. Wybór metody eksportu. Najlepiej wybrać plik archiwum („Archive file”). W drugim

kroku wybór projektu, który ma zostać wyeksportowany. Można również modyfikować listę

eksportowanych plików.

Rys. 9. Eksport całego projektu „Code Composer Studio” do pliku archiwalnego. Po kliknięciu

prawym przyciskiem myszki na eksportowanym projekcie wybieramy polecenie „Export” z menu

kontekstowego.

źródłowe i konfiguracyjne projektu są kompresowane i dodawane do archiwum tar lub zip.

Projekt w takiej postaci można łatwo przesłać za pomocą poczty elektronicznej lub innego

medium. Archiwum może być zaimportowane przez środowisko „Code Composer Studio”

lub rozpakowane przez dowolny program obsługujący archiwizację zip lub tar.

W drugim kroku wybiera się projekt do eksportu. Można również zmodyfikować listę

eksportowanych plików. Po naciśnięci przycisku „Finish” wybrany projekt jest

archiwizowany w pliku o nazwie podanej przez użytkownika.

3. Skalowalna i efektywna implementacja maszyny stanów w języku C.

Jednym z podstawowych zadań układów mikroprocesorowych jest sterowanie rożnymi

procesami. Do układu dochodzą różnego rodzaju sygnały zewnętrzne. Zadaniem procesora

jest odpowiednia reakcja na takie bodźce. Najprostszym sposobem zakodowania takiej reakcji

jest struktura instrukcji warunkowych, w których warunki zależą od stanu rejestrów urządzeń

wejścia/wyjścia i aktualnych wartości zmiennych. Złożone problemy sterowania sprawiają

jednak, że taka struktura może stać się niezwykle złożona i nieczytelna dla programisty.

Ponadto mnogość instrukcji warunkowych sprawia, że program działa wolniej (wiele

warunków do sprawdzenia zanim nastąpi reakcja).

Rozwiązaniem opisanego tu problemu jest implementacja skalowalnej i efektywnej

maszyny stanów. Taka implementacja opiera się na wskaźnikach funkcyjnych, a jej podstawą

jest typ strukturalny definiujący stan maszyny.

typedef struct _STATE { struct _STATE (*fun)();} STATE;

Maszynę określa zmienna strukturalna typu STATE, która w pętli programowej będzie

modyfikowana przez funkcje przejścia zwracające w wyniku wartość typu STATE.

Struktura zawiera tylko jedno pole, które jest wskaźnikiem na funkcję zwracającą strukturę

STATE. Zadaniem funkcji przejścia jest sprawdzanie warunku przejścia z bieżącego stanu do

stanu następnego.

Przykład kodu w którym zrealizowany jest prosty detektor ciągu znaków „123”, w ciągu

znaków odczytywanych z jakiegoś urządzenia za pomocą funkcji read().

Przykład:

typedef struct _STATE { struct _STATE (*fun)();} STATE;

#define CONDITION1 (read()==’1’)

#define CONDITION2 (read()==’2’)

#define CONDITION3 (read()==’3’)

STATE wait();

STATE state1();

STATE state2();

void state_machine()

{

STATE state={wait};

while(1) state=(state.fun());

}

STATE wait()

{

STATE ret;

if(CONDITION1)

ret.fun=state1;

else

ret.fun=wait;

return ret;

}

STATE state1()

{

STATE ret;

if(CONDITION2)

ret.fun=state2;

else

ret.fun=wait;

return ret;

}

STATE state2()

{

STATE ret;

if(CONDITION3)

{

signal();

ret.fun=wait;

}

else

ret.fun=wait;

return ret;

}

Fakt osiągnięcia sukcesu jest sygnalizowany poprzez wykonanie funkcji signal ().

W definicji tej funkcji może być kod

sygnalizujący detekcję diodami lub

wywołujący określoną sekwencję sygnałów

wyjściowych.

Zaletą tego rozwiązania jest to, że

niezwykle łatwo prześledzić działanie takiej

maszyny stanów. Przejście z danego stanu

do kolejnego odbywa się tylko w funkcji,

która te przejścia realizuje. Model maszyny Rys. 12. Diagram stanów maszyny

realizowanej przez przykładową funkcję

state_machine().

łatwo jest przedstawić graficznie i analizować jego poprawność. Jest to narzędzie bardzo

użyteczne w trakcie implementacji złożonych protokołów komunikacyjnych, dla których

maszyny stanów są jedną z najlepszych form opisujących działanie odbiornika i nadajnika.

Stosując tę technikę, implementacja danej maszyny jest prawie automatyczna.

4. Uruchamiania programu, usuwanie usterek i praca krokowa w środowisku „Code

Composer Studio”.

Aby uruchomić program znajdujący się w aktywnym projekcie Code Composer Studio,

należy wybrać polecenie „Debug” z menu „Run” (patrz Rys. 13). Można również użyć

klawisza funkcyjnego „F11”. Wówczas projekt jest budowany, wgrywany do pamięci

procesora DSP i czeka na uruchomienie.

W trybie „Debug” środowisko udostępnia dodatkowe opcje w menu „Run” (patrz. Rys.

14). Polecenie „Terminate” z tego menu powoduje zamknięcie trybu „Debug”. Polecenie

„Resume” umożliwia uruchomienie programu z obsługą pułapek. Można zatrzymać program

używając polecenia „Suspend”, które pojawia się w miejsce polecenia „Resume”, gdy

program jest uruchomiony. Podobnie jak w innych środowiskach programistycznych możliwe

jest wykonywanie programu krok po kroku z rozwijaniem i bez rozwijania funkcji. W trakcie

pracy krokowej możemy podglądać stan zmiennych lokalnych (Rys. 14f), wyrażeń

wykorzystujących zmienne lokalne i globalne (Rys. 14g) i rejestrów (Rys. 14h). Istnieje

możliwość dodawania pułapek programowych, na których program zatrzyma swoje działanie.

Aby dodać taką pułapkę, wystarczy kliknąć dwa razy myszką na numer linii, w której chcemy

Rys. 13. Uruchomienie programu i usuwanie usterek – polecenie „Debug” z menu „Run”

wstawić pułapkę. Pułapka jest wtedy widoczna w zakładce pułapek (Rys.14i) i może być

usunięta lub edytowana.

5. Cel ćwiczenia i opis zadania do wykonania

Celem zajęć laboratoryjnych będzie uruchomienie, modyfikacja i kontrola poprawności

działania programu realizującego maszynę stanów odbiornika wiadomości tekstowych.

Maszyna stanów będzie odczytywała wiadomości z wykorzystaniem funkcji read(). Funkcja

ta jest specjalnie przygotowaną atrapą, której zadaniem jest symulacja danych pochodzących

z rzeczywistego urządzenia. Tego typu rozwiązania stosuje się w modnej współcześnie

technice tworzenia oprogramowania o nazwie Test Driven Development (TDD). Maszyna

stanów wykorzystuje funkcję read() do odczytania znaków (wartości typu char). Odczytana

sekwencja znaków spełnia zasady protokołu komunikacyjnego, którego specyfikacja jest

podana poniżej:

1. Wiadomość składa się z dowolnego ciągu znaków

2. Początek ramki danych rozpoczyna się znakiem ‘1’

3. Koniec ramki danych jest sygnalizowany znakiem ‘0’

4. Jeżeli w ciągu wczytywanych danych pojawi się znak ‘1’ lub ‘0’, to musi on zostać

poprzedzony znakiem ‘\’.

Rys. 14. Podstawowe możliwości i polecenia trybu „Debug”: (a) uruchomienie programu lub

zatrzymanie jego działania, (b) wyjście z trybu „Debug”, (c) praca krokowa z rozwijaniem funkcji,

(d) praca krokowa bez rozwijania funkcji, (e) praca krokowa wyjście poziom wyżej z funkcji, (f)

zakładka z możliwością podglądu zmiennych lokalnych funkcji, (g) zakładka, w której można

wpisywać wyrażenia z użyciem zmiennym globalnych i lokalnych dostępnych na danym poziomie

programu, (h) zakładka do podglądu zawartości rejestrów procesora, (i) zakładka do obsługi

pułapek programowych (breakpoints).

5. Jeżeli znak ‘\’ stanowi daną do przesłania, to musi zostać powtórzony.

6. Jeżeli w trakcie odbierania danych pojawi się znak początku ramki, to dotychczas

odbierane dane są pomijane i odbiór ramki rozpoczyna się od początku

Poprawnie odczytane wiadomości powinny zostać przekazane do funkcji write(), która

zapisze je do specjalnego bufora wyjściowego, którego zawartość można podglądać, z

wykorzystaniem narzędzi diagnostycznych środowiska programistycznego.

Poniżej pokazano przykłady poprawnych wiadomości:

„1Ala ma kota0”, „1Mam \0 lat0”,”1Zajalem \1 miejsce w zawodach0”, „1TAK\\NIE0”.

Maszyna stanów odbiór każdej wiadomości sygnalizuje diodami LED za pomocą

makrodefinicji LED(). Argument makrodefinicji jest liczbą, która w kodzie binarnym

wskazuje, która z diod ma zostać zapalona (0xf- wszystkie diody świecą, 0x1 pierwsza dioda

świeci,0x3 dwie pierwsze diody świecą).

Na stronie internetowej laboratorium udostępniany jest projekt programu realizujący

podstawową wersję maszyny stanów odbiornika wiadomości zgodnych z przedstawionym

protokołem komunikacyjnym. W czasie zajęć należy na podstawie programu StateMachine

narysować diagram stanów. Następnie zaproponować diagram stanów dla maszyny, która

będzie odporna na pakiety o długości powyżej 16 znaków (nie licząc znaków początku i

końca ramki oraz znaku ‘\’).

W kolejnym kroku należy taką maszynę zaimplementować, korzystając z techniki

omówionej w rozdziale 3. Po modyfikacji programu należy wykorzystać możliwości

środowiska programistycznego w zakresie wsparcia usuwania usterek oprogramowania (praca

krokowa, podgląd stanu zmiennych, tablic itp.) do przetestowania nowego rozwiązania.

Deklaracje i definicje funkcji, opis parametrów i zwracanych wartości znajduje się w formie

komentarzy w projekcie StateMachine dostępnym na stronie laboratorium.