C++Test基於CCS的單元測試

      C++Test基於DSP CCS的測試，是將C++Test與CCS一起使用，無需進行特殊的整合。C++Test事實上並非與CCS開發環境整合，而是預先配置為支援CCS的編譯器集，允許C++Test專案使用這些編譯器並且將整個CCS專案匯入C++Test工作空間。為了做好基於CCS的單元測試，有必要對DSP的開發環境進行較為深入的瞭解。

一、引言

自然界中各種訊號（如聲音）的初始形態是運動變化的，為了測量和處理它們，要用感測器把它們的特徵轉換成電訊號，這些電訊號就是模擬訊號。等到這些電訊號處理完後，再把它們轉變為我們能看見、能聽見或能利用的形態，就變成了數字訊號。數字訊號處理前後需要一些輔助電路，它們和數字訊號處理器構成一個系統，這個系統就叫做數字訊號處理系統。

二、DSP功能及特點：

DSP晶片，也稱數字訊號處理器，是一種特別適合於進行數字訊號處理運算的微處理器，其主要應用是實時快速地實現各種數字訊號處理演算法。根據數字訊號處理的要求，DSP晶片一般具有如下主要特點：

1.    在一個指令週期內可完成一次乘法和一次加法；

2.    程式和資料空間分開，可以同時訪問指令和資料；

3.    片內具有快速RAM，通常可通過獨立的資料匯流排在兩塊中同時訪問；

4.    具有低開銷或無開銷迴圈及跳轉的硬體支援；

5.    快速的中斷處理和硬體I/O支援；

6.    具有在單週期內操作的多個硬體地址產生器；

7.    可以並行執行多個操作；

8.  支援流水線操作，使取指、譯碼和執行等操作可以重疊執行。

三、DSP的應用：

近年來，數字訊號處理器(DSP)晶片已經廣泛用於自動控制、影象處理、通訊技術、網路裝置、儀器儀表和家電等領域;DSP為數字訊號處理提供了高效而可靠的硬體基礎。

自從DSP晶片誕生以來，DSP晶片得到了飛速的發展。DSP晶片高速發展，一方面得益於積體電路的發展，另一方面也得益於巨大的市場。在短短的十多年時間，DSP晶片已經在訊號處理、通訊、雷達等許多領域得到廣泛的應用。DSP晶片的應用主要有：

1.    訊號處理——如，數字濾波、自適應濾波、快速傅立葉變換、相關運算、頻譜分析、卷積等。

2.    通訊——如，調變解調器、自適應均衡、資料加密、資料壓縮、回坡抵消、多路複用、傳真、擴頻通訊、糾錯編碼、波形產生等。

3.    語音——如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音儲存等。

4.    影象/圖形——如二維和三維圖形處理、影象壓縮與傳輸、影象增強、動畫、機器人視覺等。

5.    軍事——如保密通訊、雷達處理、聲納處理、導航等。

6.    儀器儀表——如頻譜分析、函式發生、鎖相環、地震處理等。

7.    自動控制——如引擎控制、深空、自動駕駛、機器人控制、磁碟控制。

8.    醫療——如助聽、超聲裝置、診斷工具、病人監護等。

四、DSP的分類：

主要考慮處理速度、功耗、程式儲存器和資料儲存器的容量、片內的資源，如定時器的數量、I/O口數量、中斷數量、DMA通道數等。DSP的主要供商TI，ADI，Motorola,Lucent和Zilog等，其中TI佔有最大的市場份額。下面主要介紹TI的產品及分類：

1.TMS320C2000 

  TMS320C2000系列包括C24x和C28x系列。C24x系列建議使用LF24xx系列替代C24x系列，LF24xx系列的價格比C24x便宜，效能高於C24x，而且LF24xxA具有加密功能。 C28x系列主要用於大儲存裝置管理，高效能的控制場合。　　

2.TMS320C3x 

      TMS320C3x系列包括C3x和VC33，主要推薦使用VC33。C3x系列是TI浮點DSP的基礎，不可能停產，但價格不會進一步下調。　　

3.TMS320C5x

       TMS320C5x系列已不推薦使用，建議使用C24x或C5000系列替代。　　

4.TMS320C5000 

      TMS320C5000系列包括C54x和C55x系列。其中VC54xx還不斷有新的器件出現，如：TMS320VC5471（DSP＋ARM7）。 C55x系列是TI的第三代DSP，功耗為VC54xx的1/6，效能為VC54xx的5倍，是一個正在發展的系列。 C5000系列是目前TI DSP的主流DSP，它涵蓋了從低檔到中高檔的應用領域，目前也是使用者最多的系列。　

5.TMS320C6000 

     TMS320C6000系列包括C62xx、C67xx和C64xx。此係列是TI的高檔DSP系列。其中C62xx系列是定點的DSP，系列晶片種類較豐富，是主要的應用系列。 C67xx系列是浮點的DSP，用於需要高速浮點處理的領域。 C64xx系列是新發展，效能是C62xx的10倍。　　

6.OMAP系列

是TI專門用於多媒體領域的晶片，它是C55＋ARM9，效能卓越，非常適合於手持裝置、Internet終端等多媒體應用。

德州儀器(TI)公司現在主推四大系列DSP

1、C5000系列（定點、低功耗）：C54X，C54XX，C55X 相比其它系列的主要特點是低功耗，所以最適合個人與行動式上網以及無線通訊應用，如手機、PDA、GPS等應用。處理速度在80MIPS-- 400MIPS之間。C54XX和C55XX 一般只具有McBSP同步串列埠、HPI並行介面、定時器、DMA等外設。值得注意的是C55XX提供了EMIF外部儲存器擴充套件介面，可以直接使用 SDRAM，而C54XX則不能直接使用。兩個系列的數字IO都只有兩條。

2、C2000系列（定點、控制器）：C20X，F20X，F24X，F24XX ，C28x該系晶片具有大量外設資源，如：A/D、定時器、各種串列埠（同步和非同步），WATCHDOG、CAN匯流排/PWM發生器、數字IO腳等。是針對控制應用最佳化的DSP，在TI所有的DSP中，只有C2000有FLASH，也只有該系列有非同步串列埠可以和PC的UART相連。

3、C6000系列：C62XX，C67XX，C64X 該系列以高效能著稱，最適合寬頻網路和數字影像應用。32bit，其中：C62XX和C64X是定點系列，C67XX 是浮點系列。該系列提供EMIF擴充套件儲存器介面。該系列只提供BGA封裝，只能製作多層PCB。且功耗較大。同為浮點系列的C3X中的VC33現在雖非主流產品，但也仍在廣泛使用，但其速度較低，最高在150MIPS。

4、OMAP系列：OMAP處理器整合ARM的命令及控制功能，另外還提供DSP 的低功耗實時訊號處理能力，最適合移動上網裝置和多媒體家電。

其他系列的DSP曾經有過風光，但現在都非TI主推產品了，除了C3X系列外，其他基本處於淘汰階段，如：C3X的浮點系列：C30，C31，C32 C2X和C5X系列：C20，C25，C50

每個系列的DSP都有其主要應用領域.

五、DSP的開發：

本文仍以TI公司的產品為例，介紹DSP的開發。

1、TI DSP的硬體開發

1）根據應用所處領域選擇TI推薦的DSP型別

2）根據所選定的DSP之EVM板，DSK等原理圖，完成DSP系統的搭建（包括外擴記憶體空間、電源復位系統、各控制訊號管腳的連線、JTAG口的連線等）;

3）根據需求，選擇外圍電路的擴充套件，一般如語音、視訊、控制等領域均有成熟的電路可以從TI網站得到。外圍電路與DSP的介面可參看EVM或 DSK，以及所選外圍電路晶片的典型介面設計原理圖；最好外圍電路晶片也選擇TI的，這樣的話不管硬體介面有現成原理圖、很多連DSP與其介面的基本控制原始碼都有。

4）地址譯碼、IO擴充套件等用CPLD或者FPGA來做，將DSP的地址線、資料線、控制訊號線如IS/PS/DS等都引進去有利於除錯。

 FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的縮寫，即現場可程式設計門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可程式設計器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用積體電路（ASIC）領域中的一種半定製電路而出現的，既解決了定製電路的不足，又克服了原有可程式設計器件閘電路數有限的缺點。FPGA採用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模組CLB（ConfigurableLogic Block）、輸出輸入模組IOB（Input OutputBlock）和內部連線（Interconnect）三個部分。

2、TI DSP的軟體開發

瞭解目標版的電路設計，包括程式、資料、I/O空間的譯碼。DSP的CPU,memory,program memory addressing, data mem.oryaddressing的資料.熟悉以下技術的要點：

1）CCS的使用

2）CMD檔案的編寫

3）中斷向量表文件的編寫及定位

4）執行一個純simulator的程式，瞭解CCS的各個操作

5）到TI網站下載相關的原始碼，參考原始碼的結構進行程式設計

六、CCS的特點及使用：

CCS（Code Composer Studio）程式碼偵錯程式是一種合成開發環境，是TI公司推出的整合視覺化DSP軟體開發環境。它是一種針對標準TMS320偵錯程式介面的互動式方法。

CCS內部集成了以下軟體工具：

l  DSP程式生成工具（包括C編譯器、優化器、彙編器和聯結器）

l  軟體專案開發工具（包括程式碼編輯、專案建立、線上除錯、線上資料觀察等工具）

l  實時多執行緒核心DSP/BIOS（使用DSP/BIOS核心能夠開發出多執行緒應用程式）

l  RTDX元件（在程式碼中使用RTDX可以實現DSP程式和PC機之間的資料傳輸）使用CCS開發者可以對軟體進行編輯、編譯、除錯、程式碼效能測試和專案管理等工作。CCS的部分功能有：

ü  觀察和更改DSP系統儲存器和暫存器的值；

ü  用各種圖形方式描繪出DSP系統儲存器中的連續資料；

ü  設定斷點；

ü  在斷點處自動重新整理記憶體視窗和圖形視窗；

ü  在測試點處使資料在DSP系統儲存器和PC機檔案之間傳遞；

ü  程式碼效能測試，計算程式碼段執行所花的CPU時鐘週期數；

ü  反彙編顯示，即將DSP系統程式儲存器中的值轉換為對應的

CCS目前有CCS1.1， CCS1.2 和CCS2.0等早期的版本，又有CC2000 ( 針對C2XX )，CCS5000 ( 針對C54XX )和CCS6000 (針對C6X )三個不同的型號。下面以CCS50002.0版本為例說明CCS的特點。

1、TI編譯器的完全整合的環境：
CCS5000目標管理系統，內建編輯器，所有的除錯和分析能力整合在一個Windows環境中。

2、對C和DSP彙編檔案的目標管理：

目標編輯器保持對所有檔案及相關內容的跟蹤。它只對最近一次編譯中改變過的檔案重新編譯，以節省編譯時間。

3、高整合的編輯器調整C和DSP彙編程式碼：

CCS5000的內建編輯器支援C和彙編檔案的動態語法加亮顯示。使使用者能很容易地閱讀程式碼和當場發現語法錯誤。

4、編輯和除錯時的後臺編輯：

使用者在使用編譯器和彙編器時沒有必要退出系統到DOS環境中，因為CCS5000會自動將這些工具裝載在它的環境中。在其視窗中，錯誤會加亮顯示只要雙擊錯誤就可以直接到達出錯處。

5、在含有浮點並行除錯管理器(PDM)的原有的MS視窗下支援多處理器CCS5000在 Windows95和Windows-me中支援多處理。PDM允許將命令傳播給所有的或所選擇的處理器。

6、在任何演算法點觀察訊號的圖形視窗探針：

圖形顯示視窗使使用者能夠觀察時域或頻域內的訊號。對於頻域圖，FFT在主機內執行，這樣就可以觀察所感興趣的部分而無須改變它的DSP程式碼。圖顯示也可以同探針連線，當前顯示視窗被更新時，探針被指定，這樣當代碼執行到達該點時，就可以迅速地觀察到訊號。

7、檔案探針在演算法處通過檔案提取或加入訊號或資料：

CCS5000允許使用者從PC機讀或寫訊號流。而不是實時的讀訊號，這就可以用已知的例子來模擬演算法。

8、圖形分析：

CCS5000的圖形分析能力在其環境中是整合的。

在後臺(系統命令)執行使用者的DOS程式：

使用者可以執行CCS5000中的DOS程式，並將其輸出以流水方式送到CCS5000的輸出視窗。且允許使用者將應用程式整合到CCS5000。

9、技術狀態觀察視窗：

CCS5000的可視視窗允許使用者進入C表示式及相關變數。結構、陣列、指標都能很簡單地遞迴擴充套件和減少，以便進入複雜結構。

10、代數分解視窗：

允許使用者選擇檢視寫成代數表示式的C格式，提高可讀性。

11、目標DSP上的幫助：

DSP結構和暫存器上的線上幫助可以使使用者不必檢視技術手冊。

12、使用者擴充套件：

擴充套件語言(GEL)使得使用者可以將自己的選單項加到CCS5000的選單欄中。

七、CCS專案簡介：

將所有原始檔新增到專案中後，就可以對整個專案進行編譯、彙編和連結，最終生成能夠被DSP晶片執行的DSP程式（*.out）。

      DSP可執行的*.out檔案只能在DSP平臺上執行，該DSP平臺可以是真實的硬體電路板上的DSP晶片（需要模擬器來連線PC機和硬體電路板，CCS應配置為相應的Emulator模式），也可以是CCS軟體在PC機上模擬出的DSP環境（不需要模擬器和硬體電路，CCS應配置為相應的Simulator模式）。不論是哪種情況，在執行程式之前，都需要將DSP程式（*.out檔案）裝載到真實的或虛擬的DSP平臺中，然後讓真實的或虛擬的DSP去執行它。

對程式中的資料段和程式碼段的存放地址是自己編寫*.cmd檔案來確定的。我們可以通過檢視*.cmd檔案來獲得全域性資料在DSP資料儲存器開專案構建後生成的*.map檔案（在Debug目錄下）來檢視程式中所有全域性變數的存放地址。

CCS提供了多種圖形顯示方式:Time/Fre的quency（時域/頻域圖）、Constellation（星座圖）、Eye Diagram（眼圖）、Image（二維影象），使用圖形方式觀察DSP儲存器中的資料。

八、C++Test基於DSP CCS3.X的單元測試

對CCS專案進行單元測試，選擇測試工具時，必須瞭解測試工具對CCS和晶片不同版本的支援程度，以C++Test為例，針對不同的CCS版本，C++Test也提供不同的安裝包。如果CCS是3.3以下版本（包含3.3），需要安裝C++Test的獨立版，如果是CCS是3.3以上版本，則需要安裝C++Test外掛版，外掛版可以整合到CCS開發環境中（作為一個選單項），使用方法跟獨立版基本相同。C++Test對TI晶片的支援環境如下：

獨立版支援下面的編譯器/環境版本:

·        德州儀器的 Code Composer 3.1 和 3.3 (Windows 宿主端)

·        TMS320C6x C/C++ 編譯器 v6.0.8andv5.1.0

·        TMS320C2000 C/C++ 編譯器 v4.1.0 (僅支援靜態分析)

C++Test外掛版支援下面的編譯器/環境版本:

·    德州儀器 Code Composer Studio 4

·     TMS320C6xC/C++ 編譯器 v6.1.x

·     TMS320C2000C/C++ 編譯器 v5.2.x

·     MSP430 C/C++ 編譯器v3.2.x  

安裝完成後，開始匯入專案，匯入步驟如下：

1. 選擇 File(檔案)> New(新建)> Project(專案)，選擇 Import CodeComposer Studio projects(匯入 Code Composer Studio 專案)，然後單擊下一步。

2. 輸入 (或瀏覽到) 到適當專案/工作空間檔案或目錄的路徑。

3. 單擊重新整理，選擇要匯入的專案，然後單擊下一步。

4. 設定匯入目的地，專案內容，和使用預設專案配置，然後單擊完成。

如下圖所示：

一旦專案被匯入，開始建立測試配置，複製“內建”中“嵌入式系統”下Run TI CCS 3.xTests” ，可以如下修改用於編譯器/連結器選項源的原始的 CCS 專案配置名稱 Project Properties(專案屬性)>Parasoft> C++test> Build Settings(構建設定)。如下圖所示：

在C++Test中執行“單元測試”：選擇一個被測試物件，可以是一個原始檔，也可以是幾個原始檔，也可以是整C++Test個工程，使其高亮，然後，選擇工具條中的“”，下拉 >> 選擇“測試執行”>>  “使用者自定義”>>  “Run TI CCS 3.x Tests”

執行成功後，即可檢視結果。(若有問題導致單元測試執行不成功，則通過“控制檯”下的輸出資訊分析出錯原因，查找出錯原因。)