0.3 4. サンプルプログラムの課題と実行

　サンプルプログラムがユーザ i00200 のホームディレクトリの c6711dsk ディレクトリ以下に置いてある。各プログラムは、プロジェクト(コンパイル単位)ごとに別ディレクトリに分かれており、複数のファイルから構成されているので、ファイルサーバにログインして以下のコマンド例によりディレクトリごとコピーしておく。 cp -r ~i00200/c6711dsk ~/ 上記の例では、 N:\c6711dsk 以下にコピーされる。最初は、サンプルプログラムに手を加えずに実行し、動作確認を行う。 まずDSPボードをパソコンに正しく接続し、電源も入れておくこと。

スルー入出力プログラム

　DSPボードを動作させるプログラムとして、最もシンプルなプログラムである[3]。入力信号をサンプリング(A/D変換)し、何も処理をしないでそのまま出力する(D/A変換)プログラムである。DSPボードの入力端子に発振器からの信号を加えてプログラムを動作させれば、出力端子に入力信号がそのまま出力される。A/D・D/A変換に伴う処理遅延があるので、出力信号は入力より遅れて出力される(入出力間に位相差がある)。

　このサンプルプログラムをコンパイル・リンク・ロード・実行する手順を以下に示す。

(1)ファイル構成の確認

• C6xdsk.h, c6xinterrupts.h

  DSKおよびDSPチップ関連のヘッダファイル(TI社)

• C6xdskinit.c, c6xdskinit.h

  DSKのA/D・D/A変換器や通信ポートの初期化用コード

• Through.c

  main( )関数が含まれたソースコード、利用者はこれを編集

• C6xdsk.cmd

  DSKのメモリ構成の指定／Cコンパイラが生成するセクションをどの メモリ領域に置くかなどの指定がなされている設定ファイル(CCS環境での固有のファイル)

• Vectors_11.asm

  リセットや割り込みに対応した処理を書いたアセンブリコード

• Through.pjt

  以上のファイル群をコンパイル・リンクする設定を記憶しているプロジェクトファイル。テキストファイルではあるが、このファイルを直接編集してはいけない。

(2)開発環境(ccs)の起動

(3)プロジェクトファイルのロード

(4)コンパイル・リンク

(5)プログラムのロード

(6)実行

(7)終了

スループログラムでの課題

• スループログラム動作時の振幅特性を測定し、グラフにまとめよ。(横軸：周波数、縦軸：[dB])
• 周波数1[kHz]における無歪最大出力電圧を測定せよ。
• through.c を変更し、入力電圧が約0.5倍されて出力されるようにせよ。また、動作確認を行うこと。

　 に課題実行時の開発環境画面例を示す。 through.c の中の c_int11( ) 関数を変更すれば、上記 3.を実現できる。 c_int11( ) は１サンプリング周期に１回割り込み処理として実行される関数である。

c_int11( ) 関数の内部では、 input_sample( ) 関数の戻り値を代入している変数 sample_data に16bitのデータとしてA/D変換されたサンプル値が格納されている。元のサンプルプログラムでは、 sample_data に格納されたデータをそのまま output_sampe( ) 関数に渡すことでスルー入出力処理を実現している。したがって、 sample_data の値を0.5倍してから output_sample( ) に渡すように変更すれば、上記の3.を実現できる。ただし、データの型変換やキャストを厳密に明示してコードを書かないと、意図した通りにプログラムが動作しない場合がある。

• short に 0.5 を乗ずると、実数型データになる。
• 実数型になったデータは、明示的にキャストして short に変換すること。
• short 型データを2分の1倍にするには、0.5を乗ずるのではなくビットシフトするという方法も考えられる。こちらのほうが効率はよい。
• プログラムを修正した場合、コンパイル・リンク・ロードを再度行う必要がある。

Firフィルタプログラム

　サンプルコードは、 N:\c6711\fir_float にコピーされている。このプログラムは、32bit浮動小数点演算によりFIR(Finite Impulse Response)フィルタ処理を行うサンプルプログラムである。 以下の手順を参考に、さきほどと同じくこのプログラムを実行せよ。

• プロジェクトファイル Fir.pjt を開く
• Project - Build Options を選択する。 に示すように、 Opt. Level (最適化レベル)が Register(-o0) になっていることを確認しておく。 (-o0) は、コンパイル時にレベル0の最適化を行うことを意味している。
• プログラムをコンパイル・リンクし、 Fir.out をDSPボードにロードして実行する。このプログラムはフィルタ長101のFIRフィルタの実装であり、約400～800[Hz]の周波数範囲の信号のみを通過させるBPF(Bnad Pass Filter)の特性を有している。オシロスコープなどで動作確認をしておく。

Firフィルタプログラムでの所要サイクル数の測定

　DSPプログラムでは、演算処理に必要なサイクル数(クロック数)が重要である。所要サイクル数が少なければ、より複雑な処理を実装してシステム全体の性能上昇を図ったり、より省電力な動作モードを選択したりする余地が生まれてくることになるからである。FirFil( )関数の所要サイクル数の測定(プロファイリング)を行う手順を以下に示す。

• Debug - Reset CPU 、 File - Reload program を選択する。
• Profiler - Start New Session を選択する。 に示すように、プロファイルセッション名に FirFil と入力しOKを押す。
• fir.c のエディタ画面を前面に表示して、 FirFil( ) の開始行にカーソルを置いておく(重要)。
• に示すアイコン Create Profile Area (上から4つめ)をクリック。 に示した Add Profile Area に記入し、 FirFil( ) 関数を所要サイクル数の測定(プロファイリング)の対象と指定する。
• Debug - Run によりプログラムを実行せよ。 のようにサイクル数測定結果が刻々と表示される。適当なところで Debug - Halt によりプログラムを停止せよ。

　 の結果は、 FirFil( ) 関数のコードサイズが160バイトであることや、10回の測定において所要サイクル数の最大値および最小値がそれぞれ4276サイクルおよび4176サイクルであること、平均所要サイクル数が4186サイクルであることを示している。最大値と最小値が異なるのは、キャッシュメモリの効果であると考えられる。１回目の実行では実行コードがキャッシュに書き込まれていないためキャッシュ・ミスを生じ所要サイクル数が多くなり、２回目以降はキャッシュにヒットするので実行時間が短くなる[4]。このプログラム例では、２回目以降の実行サイクル数は4176サイクルとなる。

　以上の結果から、FIRフィルタ処理に要した処理時間を求めておく。DSPコアのクロック周波数150[MHz]より、101タップFIRフィルタ処理に要した処理時間は次式となる。

1サンプリング周期125[μs]( =8[kHz]の逆数) よりも処理時間が短いので、リアルタイム処理が充分に可能であることがわかる（後の課題で実行するように、最適化レベルの変更やプログラムの改善により、 FirFil( ) の所要サイクル数は上記の1/10～1/20倍程度にまで低減できる）。

　所要サイクル数の測定中（プロファイリング作業中）には、原則としてDSPでの実時間処理ができない。サイクル数測定が終了したら、図９に示すように右クリックしてコンテキストメニューを表示し、 Close をクリックしてプロファイル画面を閉じておく。 Debug - Reset CPU 、 File - Reload program によりサイクル数測定前の状態に復帰する。

Firフィルタのサンプルプログラムでの課題

(1)フィルタの振幅特性の計算と測定

(2)最適化レベルと所要サイクル数の変化の測定

(3)リアルタイム処理可能な最大フィルタ長の確認