DSP原理及應用考試要點[詳述]

1、通信工程 2010DSP 考試知識點詳述1 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG CHAP11 1 馮、諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的特點馮、諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的特點馮、諾依曼結(jié)構(gòu)采用單存儲空間單存儲空間，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個存儲空間，使用單一的地址和數(shù)據(jù)總線，取指令和取操作數(shù)都是通過一條總線分時進行。哈佛結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)采用雙存儲空間雙存儲空間，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，有各自獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線。改進哈佛結(jié)構(gòu)采用雙存儲空間雙存儲空間和數(shù)條數(shù)條總線，即一個程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。2 2 DSPDSP 芯片的特點（數(shù)據(jù)密集型應用）芯片的特點（數(shù)據(jù)密集型應用）采用哈佛

2、結(jié)構(gòu)采用哈佛結(jié)構(gòu)采用多總線結(jié)構(gòu)采用多總線結(jié)構(gòu)配有專用硬件乘法配有專用硬件乘法-累加器累加器快速指令周期快速指令周期采用流水線技術具有特殊的 DSP 指令硬件配置強3 3 定點定點 DSPDSP 芯片和浮點芯片和浮點 DSPDSP 芯片的區(qū)別及應用特點芯片的區(qū)別及應用特點定點定點 DSP 芯片芯片，數(shù)據(jù)以定點格式工作的 精度和范圍是不能同時兼顧的。定點 DSP 是主流主流產(chǎn)品，成本低，對存儲器要求低、耗電少，開發(fā)相對容易容易，但設計中必須考慮溢出溢出問題。用在精度要求不太高求不太高的場合。浮點浮點 DSP 芯片芯片，數(shù)據(jù)以浮點格式工作 精度高、動態(tài)范圍大，產(chǎn)品相對較少，復雜成本高。但不必考慮溢出

3、的問題。用在精度要求較高要求較高的場合。4 4 定點定點 DSPDSP 的表示（的表示（Qm.nQm.n，精度和范圍與，精度和范圍與 m m、n n 的關系）及其格式轉(zhuǎn)換的關系）及其格式轉(zhuǎn)換整數(shù)表示法整數(shù)表示法 ：最高位是符號位，0 代表正數(shù)，1 代表負數(shù) 其余位以二進制的補碼形式表示數(shù)值。通信工程 2010DSP 考試知識點詳述2 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 小數(shù)表示法：小數(shù)表示法：最高位是符號位，0 代表正數(shù)，1 代表負數(shù) 其余位以二進制二進制的補碼的補碼形式表示數(shù)值，小數(shù)點在 Dn1 位。16位 TMS320C54X 是采用的是小數(shù)點在 D15 位

4、數(shù)的定標：數(shù)的定標：對定點數(shù)而言，數(shù)值范圍與精度是一對矛盾一對矛盾 n 越大，數(shù)值范圍越小，但精度越高；相反，n 越小，數(shù)值范圍越大，但精度就越低。定點格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換定點格式數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換十進制轉(zhuǎn)換成十進制轉(zhuǎn)換成 Qm.n 形式：形式：先將數(shù)乘以 2n變成整數(shù)，再將整數(shù)轉(zhuǎn)換成相應的 Qm.n 形式。不同不同 Qm.n 形式之間的轉(zhuǎn)換：形式之間的轉(zhuǎn)換：即 n 大的數(shù)據(jù)格式向 n 小的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。5 5 TI TI 公司的三大主力系列公司的三大主力系列 DSPDSP 芯片特點及應用領域芯片特點及應用領域C2000 系列，系列，定位于控制類和運算量較小的運用，應用于各種工業(yè)控制領域。C5000 系列，

5、系列，低功耗高性能，定位于中等計算量的應用。主要用于便攜式的通信終端。C6000 系列，系列，定位于具有較大計算量要求的應用，主要應用于高速寬帶和圖像處理等高端應用。6 6 DSPDSP 芯片的運算速度芯片的運算速度TMS320LC549-80 在主頻為 80MHz 時的指令周期為 12.5ns，一個指令周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作，其 MAC 時間就是 12.5ns,處理能力為 80 MIPS。CHAP21 1 TMS320C54xTMS320C54x 芯片的組成（三部分，相同系列不同芯片之間的區(qū)別和聯(lián)系）芯片的組成（三部分，相同系列不同芯片之間的區(qū)別和聯(lián)系）CPU、片內(nèi)存儲器和片內(nèi)外設同系

6、列不同型號片內(nèi)存儲器和片內(nèi)外設不同通信工程 2010DSP 考試知識點詳述3 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 2 2 DSPDSP 芯片的電源引腳、芯片的電源引腳、DSPDSP 芯片的控制引腳芯片的控制引腳電源引腳電源引腳CVdd，電壓+1.8V，為 CPU 內(nèi)核提供專用電源DVdd，電壓+3.3V，為各 I/O 引腳提供的電源Vss，接地控制引腳控制引腳引腳名稱引腳序號功能說明MSTRB*24外部存儲器選通信號，總開關。RS*98復位引腳，低電平有效。在正常工作情況下，此引腳至少保持 2 個 CLKOUT 周期的低電平PS*20外部程序存儲器DS*21數(shù)據(jù)

7、存儲器IS*22I/O 空間選擇信號3 3 TMS320C54XTMS320C54X 芯片的總線組成情況，以及各總線的功能芯片的總線組成情況，以及各總線的功能1 組程序總線組程序總線 PB 傳送取自程序存儲器的指令代碼指令代碼和立即操作數(shù)立即操作數(shù)。3 組數(shù)據(jù)總線組數(shù)據(jù)總線 CB(HW)、DB(LW)用來傳送從數(shù)據(jù)存儲器讀出讀出的數(shù)據(jù)；EB 用來傳送寫入寫入存儲器的數(shù)據(jù)。4 組地址總線 PAB、CAB、DAB、EAB 用來提供執(zhí)行指令所需的地址4 4 算術邏輯單元算術邏輯單元 ALUALU 對輸入數(shù)據(jù)的符號擴展及運算結(jié)果的溢出處理對輸入數(shù)據(jù)的符號擴展及運算結(jié)果的溢出處理符號擴展符號擴展溢出處理

8、（發(fā)生溢出時）溢出處理（發(fā)生溢出時）若 OVM=0，則對 ALU 的運算結(jié)果不作任何調(diào)整，直接送入累加器若 OVM=1，則對 ALU 的運行結(jié)果進行調(diào)整。當正向溢出時，將 32 位最大正數(shù) 00 7FFF FFFFH 裝入累加器；當負向溢出時，將 32 位最小負數(shù) FF 8000 0000H 裝入累加器。狀態(tài)寄存器 ST0 中與目標累加器相關的溢出標志 OVA 或 OVB 被置 1。通信工程 2010DSP 考試知識點詳述4 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 5 5 累加器累加器 A A、B B 的組成、兩個累加器的區(qū)別、累加器內(nèi)容的保存（移位、保存）的組成、

9、兩個累加器的區(qū)別、累加器內(nèi)容的保存（移位、保存） 累加器累加器 A 和和 B 的區(qū)別是的區(qū)別是AH 可以用作乘法器的一個輸入，使用MPYA 指令。只能使用累加器 A 尋址程序空間。帶移位的累加器存儲操作帶移位的累加器存儲操作移位操作是在存儲累加器內(nèi)容的過程中同時同時完成的移位操作是在移位寄存器中完成的，累加器的內(nèi)容保持不變保持不變6 6 桶形移位器的作用、移位數(shù)的形式、桶形移位器的作用、移位數(shù)的形式、MACMAC 單元的特點單元的特點作用作用 40 位桶形移位寄存器主要用于累加器累加器或數(shù)據(jù)區(qū)操作數(shù)的定標定標移位數(shù)有移位數(shù)有 3 種形式種形式立即數(shù)，取值范圍：-16 15.狀態(tài)寄存器 ST1

10、中的移位方式位 ASM，花計計 5 位位，取值范圍：-16 15.數(shù)據(jù)暫存器 T 中的低低 6 位位數(shù)值，取值范圍：-16 31.特點特點 MAC 單元具有強大的乘法-累加運算功能，可在一個流水線周期內(nèi)完成 1次乘法運算和 1 次加法運算7 7 CPUCPU 的的 3 3 個狀態(tài)和控制寄存器（主要位的作用及設置）個狀態(tài)和控制寄存器（主要位的作用及設置）這些寄存器都是存儲器映像寄存器，位于數(shù)據(jù)存儲器空間的第 0 頁，訪問速度最快。1) 狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 0（ST0）主要反映處理器的尋址要求尋址要求和計算機的中間運行狀態(tài)中間運行狀態(tài)通信工程 2010DSP 考試知識點詳述5 | P a g e

11、 COPYRIGHT (C) 2013 YANG 2) 狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 1 (ST1)主要用于反映處理器的尋址要求尋址要求、設置計算的初始狀態(tài)初始狀態(tài)、I/O 及中斷控制及中斷控制。3) 工作方式狀態(tài)寄存器工作方式狀態(tài)寄存器 PMST8 8 TMS320C54XTMS320C54X 芯片的可尋址存儲空間（程序、數(shù)據(jù)、芯片的可尋址存儲空間（程序、數(shù)據(jù)、I/OI/O 空間）各空間）各 64k64k 字字程序存儲空間：程序存儲空間：用來存放要執(zhí)行的指令和指令執(zhí)行中所需要的系數(shù)表(數(shù)學用表)；通信工程 2010DSP 考試知識點詳述6 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 Y

12、ANG 數(shù)據(jù)存儲空間：數(shù)據(jù)存儲空間：用來存放執(zhí)行指令所需要的數(shù)據(jù)；I/O 存儲空間：存儲空間：用來提供與外部存儲器映射的接口，可以作為外部數(shù)據(jù)存儲空間使用9 9 片內(nèi)存儲器的片內(nèi)存儲器的 3 3 種形式以及種形式以及 SARAMSARAM（單尋址（單尋址 RAMRAM） 、DARAMDARAM（雙尋址（雙尋址 RAMRAM）的特點的特點64 千字的程序存儲空間64 千字的數(shù)據(jù)存儲空間64 千字的 I/O 空間1010 3 3 個狀態(tài)位對片內(nèi)存儲器映射到程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間的作用個狀態(tài)位對片內(nèi)存儲器映射到程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間的作用最大可用程序空間程序空間：MP/MC*=0 OVLY=

13、1 DROM=0最大可用數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)空間：MP/MC*=1 OVLY=0 DROM=11111 引導程序（自舉加載程序）的作用引導程序（自舉加載程序）的作用OOTLOADER（引導程序）是一段芯片出廠時固化在在 ROM 中的程序代碼。芯片上電時，引導程序便將片外 EPROM 中的用戶代碼，引導入片內(nèi)片內(nèi) RAM 或片外快片外快速速 RAM 中執(zhí)行。1212 定時器定時時間的計算定時器定時時間的計算CLKOUT（TDDR1）（PRD1）1313 程序存儲空間的分頁擴展程序存儲空間的分頁擴展、數(shù)據(jù)存儲器的分頁管理、數(shù)據(jù)存儲器的分頁管理程序存儲空間的分頁擴展程序存儲空間的分頁擴展所有C54X 芯片的

14、數(shù)據(jù)空間和 I/0 空間的尋址范圍都是 64K，程序空間的通信工程 2010DSP 考試知識點詳述7 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 尋址能力根據(jù)地址線的不同而不同。地址線數(shù)目為 16、20、23，則相應的程序存儲器尋址空間為 64K、1M、8M。為了實現(xiàn)分頁擴展，增加程序計數(shù)器擴展寄存器 XPC 來保存頁地址（即A16AX) ，頁內(nèi)地址（64K 內(nèi)）用程序計數(shù)器 PC 保存。數(shù)據(jù)存儲器包括數(shù)據(jù)存儲器包括CPU 寄存器特殊功能寄存器(OOOOH OO1FH)片內(nèi)外設寄存器(0020H OO5FH)32 字暫存器 SPRAM(0060H 007FH)896 字

15、 DARAM（0080H 03FFH）CHAP31 1 各種尋址方式特點及其應用，重在尋址方式的判斷，注意有時一個語句可能各種尋址方式特點及其應用，重在尋址方式的判斷，注意有時一個語句可能用到多種尋址方式用到多種尋址方式立即尋址立即尋址 LD #80H,*A特點：特點：指令中含有一個固定的立即數(shù)，運行速度較快，但需占用程序存儲空間，并且數(shù)值不能改變。用途：用途：用于表示常數(shù)或?qū)拇嫫鞒跏蓟?。絕對尋址絕對尋址 MVKD EXAM1,*AR5 | MVPD TABLE,*AR2 PORTR FIFO,*AR5 |LD *(PN),A特點：特點：指令中包含一個固定的 16 位地址，能尋址所有數(shù)據(jù)存儲

16、空間，但運行速度慢，需要較大的存儲空間。用途：用途：用于對速度要求較低的場合。累加器尋址累加器尋址 READA Smem | WRITA Smem特點：特點：將累加器的內(nèi)容作為地址去訪問程序存儲單元，即將累加器中的內(nèi)容作為地址，用來對存放數(shù)據(jù)的程序存儲器尋址。 用途：用途：用于完成程序存儲空間與數(shù)據(jù)存儲空間之間的數(shù)據(jù)傳輸。直接尋址直接尋址特點是數(shù)據(jù)存儲器地址由基地址（數(shù)據(jù)頁指針 DP 或堆棧指針 SP）和領銜通信工程 2010DSP 考試知識點詳述8 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 地址共同構(gòu)成，共 16 位。特點特點直接尋址的優(yōu)點：每條指令只需要一個字?？?/p>

17、在單周期尋址 128 個單元；尋址速度快，能進行流水線并行操作。用途：用途：主要用于要求運算速度較快的場合。間接尋址間接尋址特點：特點：通過輔助寄存器和輔助寄存器指針來尋址數(shù)據(jù)空間存儲單元，并自動實現(xiàn)增量、減量、變址尋址、循環(huán)尋址，共有 16 種修正地址的方式。 用途：用途：用于需要按固定步長尋址的場合。存儲器映像寄存器尋址存儲器映像寄存器尋址用途：用途：主要用于不改變 DP、SP 的情況下，修改 MMR 中的內(nèi)容。 堆棧尋址堆棧尋址用途：用途：當發(fā)生中斷或子程序調(diào)用時，用來自動保存 PC 內(nèi)容以及保護現(xiàn)場或傳送參數(shù)。2 2 直接尋址（地址的確定，直接尋址（地址的確定，DPDP 賦初值）賦初值

18、） 、倒序?qū)ぶ罚ǖ刂返拇_定）、倒序?qū)ぶ罚ǖ刂返拇_定） 、循環(huán)緩沖區(qū)、循環(huán)緩沖區(qū)的建立（首尾地址的確定）的建立（首尾地址的確定）15 8 7 6 0 操 作 碼 I = 0 數(shù)據(jù)存儲器地址(dmad) I=0，表示指令使用的尋址方式為直接尋址。通信工程 2010DSP 考試知識點詳述9 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 通信工程 2010DSP 考試知識點詳述10 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 位倒序?qū)ぶ肺坏剐驅(qū)ぶ烽g接尋址中*ARi+0B/-0B 表示位倒序?qū)ぶ?。AR0=N/2，用于快速傅氏變換算法 FFT。在這種尋址方式中

19、，AR0 存放的整數(shù) N 是 FFT 點數(shù)的一半。另一個輔助寄存器指向數(shù)據(jù)存放的物理單元。當使用位倒序?qū)ぶ钒?AR0 加到輔助寄存器中時，地址以位倒序的方式產(chǎn)生，即進位是從左向右從左向右，而不是從右向左。循環(huán)緩沖區(qū)的建立循環(huán)緩沖區(qū)的建立長度為 R 的緩沖區(qū)必須從 N 位地址的邊界開始，即循環(huán)緩沖區(qū)基地址的 N個最低有效位必須為 0。N 應滿足：2NR 的最小整數(shù)。例如：例如：緩沖區(qū)長度 R=32, 若 2N32, 則 N=6。緩沖區(qū)開始的地址：xxxx xxxx xx00 0000B循環(huán)緩沖區(qū)的尾基地址(EOB)是通過用 BK 的低 N 代替 ARx 的低 N 位得到 緩沖區(qū)長度 R=32 裝

20、入循環(huán)緩沖長度寄存器 BK 中。 3 3 加法（進位）指令、減法（借位）指令、條件減法指令（實現(xiàn)除法）加法（進位）指令、減法（借位）指令、條件減法指令（實現(xiàn)除法） ，乘法、，乘法、乘累加指令的操作數(shù)來源、分支轉(zhuǎn)移指令、重復操作指令乘累加指令的操作數(shù)來源、分支轉(zhuǎn)移指令、重復操作指令(RPT)(RPT)、濾波指令、濾波指令（FIRSFIRS MACMAC）加法指令加法指令ADD Smem, srcsrc = src + Smem操作數(shù)加到 ACC 中ADDC Smem, srcsrc = src + Smem + C帶有進位的加法ADDS Smem, srcsrc = src + uns(Smem

21、)與 ACC 進行不帶符號擴展的加法減法指令減法指令SUB Smem , srcsrc=src-Smem從累加器中減去操作數(shù)SUBB Smem , srcsrc=src-Smem-C累加器與操作數(shù)帶借位減操作通信工程 2010DSP 考試知識點詳述11 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG 乘法指令乘法指令分支轉(zhuǎn)移指令分支轉(zhuǎn)移指令分 類 指 令 說 明 BD 用該指令指定的地址加載 PC 無條件分支轉(zhuǎn)移 BACCD 用累加器的低 16 位指定的地址加載 PC BCD 若滿足指令給定條件，用該指令指定的地址加載PC 條 件分支轉(zhuǎn)移 BANZD 若當前選擇輔助寄存器不

22、等于 0，用該指令指定的地址加載 PC FBD 用該指令指定的地址加載 PC 和 XPC 遠 程分支轉(zhuǎn)移 FBACCD 用累加器的低 23 位指定的地址加載 PC 和 XPC 最小均方運算 LMS，自適應濾波。Viterbi 譯碼指令 DADST、DSADT、CMPSSUBC Smem , srcIf(src-Smem0,src=(src-Smem15)1+1Else src=src FILE I/O - FILE INPUT - ADD FILE將探測點與文件關聯(lián)后，CCS 給出”FILE I/O”控制窗口。附，部分題目附，部分題目1 1 編程實現(xiàn)將程序存儲器從地址編程實現(xiàn)將程序存儲器從地址

23、 1000H1000H 到到 1080H1080H 區(qū)間的內(nèi)容復制到數(shù)據(jù)存儲器區(qū)間的內(nèi)容復制到數(shù)據(jù)存儲器空間空間 2000H2000H 開始的地址空間。開始的地址空間。 STM #2000H，AR2通信工程 2010DSP 考試知識點詳述22 | P a g e COPYRIGHT (C) 2013 YANG STM #1000 H ，AR3 RPT #80 MVPD *AR3+, *AR2+2 2 編程編程 y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4 .title “acc.asm” .mmregsStack .usect “STACK”,