驗證平台程式開發

DSP在程式的發展上，可使用的程式語言可分為組合語言及高階C語言。一般以組合 語言來撰寫DSP 程式，執行的速度與效率較高，但對剛入門想學習的人常造成困擾。現 在許多廠商都有推出C 語言的編譯器，可以讓使用者以C 語言去設計DSP 程式。因此，

本論文以C 語言來達成主程式設計，並以簡單的組合語言設計做為輔助，所使用的程式 軟體為Code Composer Studio（CCS），利用CCS 的編譯器、組譯器及連結器來完成程式 的設計、除錯及下載的工作。[19][20][21]

4.2.1 Code Composer Studio簡介

Code Composer Studio(CCS)，為一個具有強大功能的整合發展軟體，除了可以整合、

編譯使用者的專案程式(包含C語言及組合語言)外，更可以利用DSP/BIOS的設定來加速整 個專案程式的發展。CCS功能綜整如下：

1. 整合發展環境(Code Composer)包括了編輯器、除錯器、檔案管理、剖面圖 (profile)、探查點及其他。

2. C編譯器、組譯最佳化及鏈結器(程式產生工具)。

3. 指令集模擬器。

4. 即時軟體(DSP/BIOSTM)。

5. 在Host端與目標端的資料即時交換(RTDXTM)。

6. 即時分析及資料視覺化。

下圖顯示在Code Composer Studio 的程式產生和除錯環境：

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圖 4-2：CCS 整合環境示意圖

吾人可在PC端使用DSP/BIOS API來寫程式(以 C, C++ 或者是組合語言)。藉由結構 化工具(Configuration Tool)在程式中定義物件，然後編譯或組譯而後鏈結程式。DSP/BIOS 分析工具可以從Code Composer Studio偵測目標裝置，如CPU負載、時間、紀錄、執行緒 和其它。(執行緒可以使用來參考執行，諸如：硬體中斷、軟體中斷、工作(task)、idle函 式或者是週期函式)。

4.2.2 DSP/BIOS簡介

DSP/BIOS為一可調整式的即時核心，可藉由將本核心內嵌於TI系列之DSP晶片中，

提供該晶片即時排程、同步控制、終端通訊以及建立即時監控介面等相關功能。

[22]DSP/BIOS也支援多執行緒的岔斷(preemptive)能力，DSP晶片相關參數的視覺化的物 件參數設定等工具。其特性簡述如下：

1、所有DSP/BIOS 物件可藉由結構化工具(Configuration Tool)來建立且整合於程式 執行影像檔中，有效降低程式的大小和最佳化內部資料結構。

2、模組化的API也可融入程式執行檔中。

3、將程式重新組譯成組合語言以實現最佳化的函式庫。

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4、DSP/BIOS 分析工具在背景工作下執行，並不會影響主要程式的排程。

由上述的特性可知，DSP/BIOS為一整合DSP晶片硬體特性之即時控制核心，不僅提 供了同步控制、終端通訊以及建立即時監控介面等功能，更有多執行緒即時排程及岔斷 的能力，可視其為DSP專屬之即時作業系統(Real-Time O.S.)。DSP/BIOS之結構化工具調 整介面如下圖4-3所示。

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圖 4-3：DSP/BIOS 之結構化工具調整介面 4.2.3 測試系統架構

本論文測試對照系統採用SMJ320C6701 DSP為其核心，配合Code Composer Studio軟 體開發平台，程式內容以C語言撰寫，並使用DSP/BIOS之多執行緒架構設計出一組飛行 控制平台。其中的控制律則採用本論文之穩定姿態保持比例加積分控制運算，最後以 J_TAG介面於Code Composer Studio平台上將參數各輸入及輸出值顯示出來，平台系統軟 體流程架構如圖4-3，4-4。

開機

程式下載

DSP/BIOS

中斷設定

External interface External interface

Power On

Clock

SENSOR IO

記憶體檢查

1

Multi-thread process

WatchDog BOOT

main

2 3

圖 4-4：軟體流程架構圖

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1 1

感應器處理

姿態控制

命令輸出

End

2

資料鍊處理

3

酬載處理

End End

感應器值 輸入

姿態控制值 讀出

圖 4-5：軟體流程架構圖(續)

一組完整的飛行器控制要有幾個必要模組，感測器、控制器、命令輸出以及資料鍊 處理，而大多數的飛行器亦會外加些許的酬載物(Payload)。因此採用多工方式來實現飛 控系統是不可避免的，吾人採用三組執行緒多工方式來實現整個飛行器控制架構，配合 DSP內建之TIMER提供觸發時脈，各執行緒間以分享記憶體(Share memory)來作為資料傳 輸的方式。然而由於DSP/BIOS並無提供臨界區間(Critical Section)的同步化控管，因此採 用mailbox同步控管機制，藉由mailbox的同步化來保持各執行緒的即時執行。配合賦予各 執行緒高低不同的優先權，以避免在共享記憶體時發生資料危障的情形。

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