第2章TMS320C54x的硬件結(jié)構(gòu)DSP技術(shù)與應(yīng)用實例第3版

1、2.1 結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)概述2.2 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu) 2.3 中央處理器中央處理器 2.4 中央存儲器中央存儲器 2.5 片內(nèi)外圍設(shè)備片內(nèi)外圍設(shè)備2.6 復(fù)位電路復(fù)位電路第第2章章 tms320c54x的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu) 2.1 結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)概述型型 號號電電 壓壓（v）片內(nèi)存儲器片內(nèi)存儲器片內(nèi)外設(shè)片內(nèi)外設(shè)指令周期指令周期(ns)封裝形式封裝形式ram1（千字）（千字）rom（千字）（千字）串行口串行口定時器定時器主機主機接口接口引腳引腳類型類型tms320c5415.0528223125100tqpftms320lc5413.3528223120/25100tqpftms320c5425.01

2、0223125128/144tqpftms320lc5423.310224120/25100tqpftms320lc5433.310224120/25128tqpftms320lc5453.3648725120/25128tqpftms320lc545a3.3648725115/20/25100tqpftms320lc5463.3648725120/25100tqpftms320lc546a3.3648725115/20/25144bga/tqpftms320lc5483.332225115/20144tqpf/bga1. tms320c54x dsp的主要特性的主要特性2. tms320c5

3、4x的硬件結(jié)構(gòu)框圖的硬件結(jié)構(gòu)框圖 控制界面系統(tǒng)控制程序地址控制數(shù)據(jù)地址控制乘法器加法器算術(shù)邏輯運算桶形移位器程序/數(shù)據(jù)存儲器串行口并行口定時器計數(shù)器中斷i/o擴展口中央處理器比較器特殊功能寄存器存儲控制界面外設(shè)控制界面pabpbcabcbdabdbeabeb它圍繞8條總線由10大部分組成:2.2 總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)1.總線數(shù)目與作用總線數(shù)目與作用 1條程序總線(pb)： 傳送取自程序存儲器的指令代碼和立即操作數(shù) 3條數(shù)據(jù)總線(cb、db和eb)： 將內(nèi)部各單元連接在一起 4條地址總線(pab、cab、dab和eab)： 傳送執(zhí)行指令所需的地址 2. 各種方式所用到的總線各種方式所用到的總線讀讀/

4、寫方式寫方式地址總線地址總線程序總線程序總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線pabcabdabeabpbcbdbeb程序讀程序?qū)憜螖?shù)據(jù)讀雙數(shù)據(jù)讀長數(shù)據(jù)（32位）讀(hw)(lw)(hw)(lw)單數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)讀/數(shù)據(jù)寫雙數(shù)據(jù)讀/系數(shù)讀外設(shè)讀外設(shè)寫2.3 中央處理器中央處理器中央處理器（cpu）由運算部件和控制部件組成： (1)一個40位的算術(shù)邏輯單元（alu）(2)兩個40位的累加器（acca和accb）(3)一個桶形移位器(4)1717位乘法器(5)40位加法器(6)比較、選擇和存儲單元（cssu）(7)指數(shù)編碼器(8)各種cpu寄存器 cb15cb0db15db0暫存器t符號控制符號控制乘數(shù)y乘數(shù)xxy算術(shù)

5、邏輯單元(alu)累加器a累加器b乘數(shù)mac輸出移位器輸出2.3.1 運算部件1算術(shù)邏輯單元（alu）累加器a累加器b3932ag保護位3932bg保護位3116ah高階位3116bh高階位150al低階位150bl低階位2累加器累加器a和b都可分成3個部分: 累加器在cpu中的表示: 來自累加器acb15cb0db15db0符號控制桶形移位器（-1631）寫選擇msw/lsw乘法器mux來自累加器btc（測試位）cssualusxmt：-1631asm（40）：-1615指令寄存器立即數(shù)：-1615或015eb15eb03桶形移位器0來自累加器a溢出（ova/ovb）結(jié)果0（za/zb）加數(shù)

6、y加數(shù)xcb15cb0db15db0pb15pb0暫存器t符號控制符號控制x y乘法器（1717）小數(shù)/整數(shù)0檢測舍入 狀態(tài)加法器（40）來自累加器b溢出模式（ovm）至累加器a/b乘數(shù)乘數(shù)y乘數(shù)x4乘法器/加法器單元累加器a比較comp寫選擇msw/lsw乘法器mux累加器bcssueb15-eb0狀態(tài)移位trn測試tc桶形移位器5比較、選擇和存儲單元6指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器是用于支持單周期指令exp的專用硬件。 在exp指令中,累加器中的指數(shù)值能以二進制補碼的形式存儲在t寄存器中,范圍為831位。 指數(shù)值定義為前面的冗余位數(shù)減 8 的差值,即累加器中為消除非有效符號位所需移動的位數(shù)。 當(dāng)累加

7、器中的值超過32位時，該操作將產(chǎn)生負值。 【例】exp a ；（冗余符號位-8）t寄存器st t，exponet ；將指數(shù)值存到數(shù)據(jù)存儲器中norm a ；對累加器進行歸一化1576543210iptrmp/mcovlyavisdromclkoffsumlsst2.3.2 控制部件控制部件 控制部件是tms320c54x芯片的中樞神經(jīng)，由各種控制寄存器及流水線指令操作控制邏輯組成。 1處理器工作方式控制及寄存器pmst(1)pmst各位的定義 (2)數(shù)據(jù)存儲前的飽和處理步驟 a.根據(jù)指令要求對累加器的40位數(shù)據(jù)進行移位。b.將40位數(shù)據(jù)飽和處理成32位數(shù)據(jù)，飽和處理與sxm位有關(guān)。c.按指令要

8、求操作數(shù)據(jù)。d.在指令執(zhí)行期間，累加器的內(nèi)容不變。 1513121110980arptccovaovbdp2狀態(tài)寄存器st0st0各位的定義: 3狀態(tài)寄存器st1st1各位的定義: 1514131211109876540brafcplxfhmintm0ovmsxmc16frctcmptasmst1反映尋址要求，計算的初始狀態(tài)設(shè)置，i/o及中斷控制。 st0反映尋址要求和計算的中間運行狀態(tài)。 2.4 中央存儲器中央存儲器 tms320c54x系列片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲空間配置系列片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲空間配置存儲器類型存儲器類型541542542545546548rom（千字）程序（千字）程序/數(shù)據(jù)28

9、208220220483216483216220daram（千字）51010668saram（千字）0000024地址0000h007fh0080h3fffh4000hff7fhff80hffffh程序存儲空間0頁：ovly=1：保留ovly=0：外部存儲器ovly=1：片上daramovly=0：外部存儲器外部存儲器中斷矢量表（外部存儲器）mp/mc=1微處理器模式地址0000h007fh0080h3fffh4000hefffhf000hfeffhff00hff7fhff80hffffh程序存儲空間0頁：ovly=1：保留ovly=0：外部存儲器ovly=1：片上daramovly=0：外部

10、存儲器外部存儲器片上rom（4千字16位）保留中斷矢量表（外部存儲器）mp/mc=0微計算機模式地址0000h005fh0060h007fh0080h3fffh4000hefffhf000hfeffhff00hffffh程序存儲空間存儲器映射寄存器暫存寄存器片上daram（16千字16位）外部存儲器drom=1：片上romdrom=0：片外romdrom=1：保留drom=0：片外存儲器drom控制的數(shù)據(jù)存儲空間1. 存儲器地址、空間分配00 0000h00 ffffh第0頁0頁64千字1 0000h1 7fffh1 8000h1 ffffh第1頁低32千字（片外）第1頁高32千字（片外）f

11、0000hf 7fffhf 8000hf ffffh第15頁低32千字（片外）第15頁高32千字（片外）擴展程序存儲器結(jié)構(gòu)圖 f800hf900hfa00hfb00hfc00hfd00hfe00hff00hff80h自動加載代碼（boot loader code）律擴展表a律擴展表sin函數(shù)表保留中斷矢量表2程序存儲器 tms320c5402可尋址1mw（兆字）的片外存儲器的存儲空間。它的片內(nèi)rom、daram、saram都可通過軟件映像到程序空間，此時cpu可以自動地按程序空間方式對它尋址。 tms320c5402有4kw片內(nèi)rom，內(nèi)容如圖：0000h0020h0040h0060h0080

12、h0100h0180h0200h0280h0300h存儲器映像cpu寄存器存儲器映像外設(shè)寄存器暫存寄存器（dp=0）daram （dp=1）daram （dp=2）daram （dp=3）daram （dp=4）daram （dp=5）daram （dp=6）3數(shù)據(jù)存儲器 根據(jù)型號的不同，其容量范圍為10200kw（千字），包括片上rom、daram、saram。當(dāng)cpu產(chǎn)生的數(shù)據(jù)地址在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器范圍內(nèi)時，便直接對片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器尋址；當(dāng)cpu產(chǎn)生的數(shù)據(jù)地址不在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器范圍內(nèi)時，cpu自動對片外數(shù)據(jù)存儲器尋址。 為了提高cpu的并行處理能力，片內(nèi)daram和數(shù)據(jù)rom細分成80h個存儲

13、單元構(gòu)成若干數(shù)據(jù)塊。用戶可在一個指令周期內(nèi)從同一塊daram或rom中取出兩個操作數(shù)，且將數(shù)據(jù)寫入另一塊daram或rom中。 右圖為daram前1kw的數(shù)據(jù)存儲器配置圖。 （1） 第一類特殊功能寄存器第一類特殊功能寄存器地址地址(hex)寄存器寄存器符符 號號寄存器名稱寄存器名稱地址地址(hex)寄存器寄存器符符 號號寄存器名稱寄存器名稱0imr中斷屏蔽寄存器11ar1輔助寄存器11ifr中斷標(biāo)志寄存器12ar2輔助寄存器225保留（用于測試）13ar3輔助寄存器36st0狀態(tài)寄存器014ar4輔助寄存器47st1狀態(tài)寄存器115ar5輔助寄存器58al累加器a低位（150 b）16ar6輔

14、助寄存器69ah累加器a高位（3116 b）17ar7輔助寄存器7aag累加器a保護位（3932 b）18sp堆棧指針寄存器bbl累加器b低位（150 b）19bk循環(huán)緩沖區(qū)大小寄存器cbh累加器b高位（3116 b）1abrc塊循環(huán)寄存器4特殊功能寄存器（2） 第二類特殊功能寄存器第二類特殊功能寄存器地址地址（hex）寄存器寄存器符符 號號寄存器名稱寄存器名稱地址地址（hex）寄存器寄存器符符 號號寄存器名稱寄存器名稱20bdrr0緩沖串口數(shù)據(jù)接收寄存器30drr1串口數(shù)據(jù)接收寄存器21bdxr0緩沖串口數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器31dxr1串口數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器22bspc0緩沖串口控制寄存器32spc1

15、串口控制寄存器23bspce0緩沖串口控制擴展寄存器3337保留24tim定時設(shè)定寄存器38axr0abu發(fā)送地址寄存器25prd定時周期寄存器39bkx0abu發(fā)送緩沖范圍寄存器26tcr定時控制寄存器3aarr0abu接收地址寄存器27保留3bbkr0abu接收緩沖范圍寄存器28swwsr軟件等待狀態(tài)寄存器3c57保留2.5 片內(nèi)外圍設(shè)備片內(nèi)外圍設(shè)備1通用i/o引腳發(fā)信號給外部設(shè)備檢測外部設(shè)備狀態(tài):xf:bio2軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器3可編程塊切換邏輯4主機接口5硬件定時器6時鐘發(fā)生器7串行通信接口2.6 復(fù)位電路復(fù)位電路1復(fù)位狀態(tài) tms320c54x復(fù)位時，cpu中的主要寄存器st0，st1，pmst的狀態(tài)分別為st0=1800h，st1