第2章TMS320C54x數(shù)字信號(hào)處理器硬件結(jié)構(gòu)

1、第第2章章 TMS320C54x數(shù)字信號(hào)處理器硬件結(jié)構(gòu)數(shù)字信號(hào)處理器硬件結(jié)構(gòu)n2.1 TMS320C54x的特點(diǎn)和硬件組成框圖的特點(diǎn)和硬件組成框圖n2.2 TMS320C54x的總線結(jié)構(gòu)的總線結(jié)構(gòu)n2.3 TMS320C54x的存儲(chǔ)器分配的存儲(chǔ)器分配n2.4 中央處理單元（中央處理單元（CPU）n2.5 TMS320C54x片內(nèi)外設(shè)簡(jiǎn)介片內(nèi)外設(shè)簡(jiǎn)介n2.6 硬件復(fù)位操作硬件復(fù)位操作n2.7 TMS320VC5402引腳及說(shuō)明引腳及說(shuō)明2.1 TMS320C54x的特點(diǎn)和硬件組成框圖的特點(diǎn)和硬件組成框圖nTMS320C54x的主要特性如下所示：的主要特性如下所示：CPUn先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的

2、多總線結(jié)構(gòu)。n40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（ALU）。n17位位17位并行乘法器與位并行乘法器與40位專用加法器相連。位專用加法器相連。n比較、選擇、存儲(chǔ)單元（比較、選擇、存儲(chǔ)單元（CSSU）。n指數(shù)編碼器可以在單個(gè)周期內(nèi)計(jì)算指數(shù)編碼器可以在單個(gè)周期內(nèi)計(jì)算40位累加器中數(shù)值的位累加器中數(shù)值的指數(shù)。指數(shù)。n雙地址生成器包括雙地址生成器包括8個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)運(yùn)算單元（運(yùn)算單元（ARAU）。）。返回首頁(yè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器n64 K字程序存儲(chǔ)器、字程序存儲(chǔ)器、64 K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及64 K字字I/O空間。在空間。在C548、C5

3、49、C5402、C5410和和C5420中程序存儲(chǔ)器可以擴(kuò)展。中程序存儲(chǔ)器可以擴(kuò)展。指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)n單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作。單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作。n塊存儲(chǔ)器傳送指令。塊存儲(chǔ)器傳送指令。n32位長(zhǎng)操作數(shù)指令。位長(zhǎng)操作數(shù)指令。n同時(shí)讀入兩個(gè)或同時(shí)讀入兩個(gè)或3個(gè)操作數(shù)的指令。個(gè)操作數(shù)的指令。n并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令。并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令。n條件存儲(chǔ)指令。條件存儲(chǔ)指令。n從中斷快速返回指令。從中斷快速返回指令。在片外圍電路（如圖在片外圍電路（如圖2-1所示）所示）n軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器。軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器。n可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路?？删幊谭謪^(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路。n帶有內(nèi)

4、部振蕩器。帶有內(nèi)部振蕩器。n外部總線關(guān)斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地外部總線關(guān)斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號(hào)。址總線和控制信號(hào)。n數(shù)據(jù)總線具有總線保持器特性。數(shù)據(jù)總線具有總線保持器特性。n可編程定時(shí)器。并行主機(jī)接口（可編程定時(shí)器。并行主機(jī)接口（HPl）。）。 電源電源n可用可用IDLEl、IDLE2和和IDLE3指令控制功耗，以工指令控制功耗，以工作在省電方式。作在省電方式。n可以控制關(guān)斷可以控制關(guān)斷CLKOUT輸出信號(hào)。輸出信號(hào)。在片仿真接口在片仿真接口n具有符合具有符合IEEEll49.1標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口（JTAG）。）。速度速度n單周期定點(diǎn)指令的執(zhí)

5、行時(shí)間為單周期定點(diǎn)指令的執(zhí)行時(shí)間為25/20/15/12.5/10-ns(40 MIPS/50 MIPS/66 MIPS/80 MIPS/100 MIPS)。返回本節(jié)圖2-1 TMS320C54x DSP的內(nèi)部硬件組成框圖1圖2-1 TMS320C54x DSP的內(nèi)部硬件組成框圖22.2 TMS320C54x的總線結(jié)構(gòu)的總線結(jié)構(gòu)nTMS320C54x DSP采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)并具有八采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)并具有八組總線，其獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線允許同時(shí)組總線，其獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線允許同時(shí)讀取指令和操作數(shù)，實(shí)現(xiàn)高度的并行操作。讀取指令和操作數(shù)，實(shí)現(xiàn)高度的并行操作。n采用各自分開的數(shù)據(jù)總線分別

6、用于讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)采用各自分開的數(shù)據(jù)總線分別用于讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)，允許據(jù)，允許CPU在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行兩次讀操在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行兩次讀操作數(shù)和一次寫操作數(shù)。獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總作數(shù)和一次寫操作數(shù)。獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線允許線允許CPU同時(shí)訪問(wèn)程序指令和數(shù)據(jù)。同時(shí)訪問(wèn)程序指令和數(shù)據(jù)。 返回首頁(yè)2.3 TMS320C54x的存儲(chǔ)器分配的存儲(chǔ)器分配n2.3.1 存儲(chǔ)器空間存儲(chǔ)器空間n2.3.2 程序存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器n2.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器n2.3.4 I/O存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器返回首頁(yè)2.3.1 存儲(chǔ)器空間存儲(chǔ)器空間nTMS320C54x存儲(chǔ)器由存儲(chǔ)器由3個(gè)獨(dú)立的可選擇空間組個(gè)獨(dú)立的可選擇

7、空間組成：程序空間、數(shù)據(jù)空間和成：程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間?？臻g。n程序存儲(chǔ)器空間包括程序指令和程序中所需的常程序存儲(chǔ)器空間包括程序指令和程序中所需的常數(shù)表格；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間用于存儲(chǔ)需要程序處理數(shù)表格；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間用于存儲(chǔ)需要程序處理的數(shù)據(jù)或程序處理后的結(jié)果；的數(shù)據(jù)或程序處理后的結(jié)果；I/O空間用于與外部空間用于與外部存儲(chǔ)器映象的外設(shè)接口，也可以用于擴(kuò)展外部數(shù)存儲(chǔ)器映象的外設(shè)接口，也可以用于擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。據(jù)存儲(chǔ)空間。 保留（OVLY=1 ）外部（OVLY=0）0000H007FH0080H片內(nèi)DRAM：16K（OVLY=1）外部（OVLY=0）3FFFH4000H保留（OVLY

8、=1 ）外部（OVLY=0）0000H007FH0080H片內(nèi)DRAM：16K（OVLY=1）外部（OVLY=0）3FFFH4000H程序空間： 頁(yè)0程序空間：頁(yè)0FF7FHFF80HFFFFHFF7FHFF80HFFFFHEFFFHF000HFEFFHFF00H片外中斷矢量（外部）中斷矢量（片內(nèi)）片外片內(nèi)ROM:4K保留存儲(chǔ)器映象寄存器0000H005FH0080H片內(nèi)DRAM：16K3FFFH4000H數(shù)據(jù)空間FF7FHFF80HFFFFH片外EFFFHF000HFEFFHFF00H片內(nèi)ROM （DROM=1）外部（DROM=0） 保留（DROM=1）外部（DROM=0）0060H007F

9、H暫存器SPRAMMP/MC=1（微處理器模式）MP/MC=0（微型計(jì)算機(jī)模式）圖2-2 TMS320VC5402存儲(chǔ)器分配圖Page 064KPage1:低16K外部Page1:高48K外部1 0000H1 3FFFH1 4000H0 0000H0 FFFFH1 FFFFHPage2:低16K外部Page2:高48K外部2 0000H2 3FFFH2 4000H2 FFFFH.Page15:低16K外部Page15:高48K外部F 0000HF 3FFFHF 4000HF FFFFHXPC=0XPC=1XPC=2XPC=15圖2-3 C5402擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器圖返回本節(jié)2.3.2 程序存儲(chǔ)器程

10、序存儲(chǔ)器n通過(guò)通過(guò)MP/和和OVLY位的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)位的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器（器（ROM、RAM）的配置，即哪些片內(nèi)存儲(chǔ)器的配置，即哪些片內(nèi)存儲(chǔ)器映象在程序存儲(chǔ)器空間。映象在程序存儲(chǔ)器空間。n器件復(fù)位時(shí)，復(fù)位、中斷和陷阱中斷的向量映象器件復(fù)位時(shí)，復(fù)位、中斷和陷阱中斷的向量映象在地址在地址FF80H開始的程序存儲(chǔ)器空間。然而，復(fù)開始的程序存儲(chǔ)器空間。然而，復(fù)位后這些向量可以被重新映象在程序存儲(chǔ)器空間位后這些向量可以被重新映象在程序存儲(chǔ)器空間任何任何128字頁(yè)的開始。這樣，可以把向量表移出字頁(yè)的開始。這樣，可以把向量表移出引導(dǎo)引導(dǎo)ROM，并重新配置其地址。并重新配置其地址。 返回

11、本節(jié)2.3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器n通過(guò)對(duì)處理器方式狀態(tài)寄存器通過(guò)對(duì)處理器方式狀態(tài)寄存器PMST的的DROM位位的設(shè)置，將片內(nèi)的設(shè)置，將片內(nèi)ROM配置在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間配置在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間（DROM=1），），這樣，可以用指令將片內(nèi)這樣，可以用指令將片內(nèi)ROM作作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)ROM來(lái)讀取。復(fù)位時(shí)，來(lái)讀取。復(fù)位時(shí)，DROM位被清位被清0。n64K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器映象寄字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器映象寄存器，存器，0000H001FH是常用的是常用的CPU寄存器地址，寄存器地址，0020H005FH是片內(nèi)外設(shè)寄存器的地址。表是片內(nèi)外設(shè)寄存器的地址。表

12、2-1 表2-1 存儲(chǔ)器映象寄存器名稱地址說(shuō)明IMR0中斷屏蔽寄存器IFR1中斷標(biāo)志寄存器STO6狀態(tài)寄存器0STl7狀態(tài)寄存器1名稱地址說(shuō)明AL8累加器A低16位AH9累加器A高16位AGAH累加器A最高8位BLBH累加器B低16位BHCH累加器B高16位BGDH累加器B最高8位TREGEH暫存器TRNFH狀態(tài)轉(zhuǎn)移寄存器AR0710H17H輔助寄存器 SP18H堆棧指針BK19H循環(huán)緩沖大小BRC1AH塊重復(fù)計(jì)數(shù)器RSA1BH塊重復(fù)起始地址寄存器名稱地址說(shuō)明REA1CH塊重復(fù)終止地址寄存器PMST1DH處理器方式狀態(tài)寄存器XPC1EH擴(kuò)展程序計(jì)數(shù)器TIM24H定時(shí)器0寄存器PRD25H定時(shí)器

13、0周期寄存器TCR26H定時(shí)器0控制寄存器 SWWSR28H軟件等待狀態(tài)寄存器BSCR29H分區(qū)轉(zhuǎn)換控制寄存器SWCR2BH軟件等待狀態(tài)控制寄存器HPIC2CH主機(jī)接口控制寄存器TIM130H定時(shí)器1寄存器PRD131H定時(shí)器1周期寄存器TCR132H定時(shí)器1控制寄存器GPIOCR3CH通用I/O控制寄存器，控制主機(jī)接口和TOUTlGPIOSR3DH通用I/O狀態(tài)寄存器，主機(jī)接口作通用I/O時(shí)有用返回本節(jié)2.3.4 I/O存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器n除程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間外，除程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間外，C54x系系列器件還提供了列器件還提供了I/O存儲(chǔ)器空間，利用存儲(chǔ)器空間，利用I/O空間

14、可空間可以擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。以擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。 I/O存儲(chǔ)器空間為存儲(chǔ)器空間為64K字字（0000hFFFFh），），有兩條指令有兩條指令PORTR和和PORTW可以對(duì)可以對(duì)I/O存儲(chǔ)器空間操作，讀寫時(shí)序與存儲(chǔ)器空間操作，讀寫時(shí)序與程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間有很大不同。程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間有很大不同。 返回本節(jié)2.4 中央處理單元（中央處理單元（CPU）nCPU的基本組成如下：的基本組成如下：nCPU狀態(tài)和控制寄存器狀態(tài)和控制寄存器n40位算術(shù)邏輯單元（位算術(shù)邏輯單元（ALU）n40位累加器位累加器A和和Bn桶形移位寄存器桶形移位寄存器n乘法器乘法器/加法器單元加法器單元n比較、選

15、擇和存儲(chǔ)單元（比較、選擇和存儲(chǔ)單元（CSSU）n 指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器返回首頁(yè)1算術(shù)邏輯單元（算術(shù)邏輯單元（ALU）和累加器和累加器nTMS320C54x使用使用40位算術(shù)邏輯單元（位算術(shù)邏輯單元（ALU）和和兩個(gè)兩個(gè)40位累加器（位累加器（ACCA和和ACCB）來(lái)完成算術(shù)來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，且大多數(shù)都是單周期指令。運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，且大多數(shù)都是單周期指令。ALU功能框圖如圖功能框圖如圖2-4所示。所示。圖2-4 ALU功能框圖2桶形移位寄存器桶形移位寄存器n如圖如圖2-5所示為桶形移位寄存器的功能框圖。桶形所示為桶形移位寄存器的功能框圖。桶形移位寄存器的輸入可以為：從移位寄存器的輸入可以

16、為：從DB獲得的獲得的16位位操作數(shù)；從操作數(shù)；從DB和和CB獲得的獲得的32位操作數(shù)；從位操作數(shù)；從累加器累加器A或或B獲得的獲得的40位操作數(shù)。桶形移位寄存位操作數(shù)。桶形移位寄存器的輸出連到器的輸出連到ALU或經(jīng)過(guò)或經(jīng)過(guò)MSW/LSW（最高有效最高有效字字/最低有效字）寫選擇單元至最低有效字）寫選擇單元至EB總線?？偩€。 圖2-5 桶形移位器的功能框圖3乘法器乘法器/加法器單元加法器單元nC54x CPU有一個(gè)有一個(gè)1717位的硬件乘法器，與位的硬件乘法器，與40位位的專用加法器相連，可以在單周期內(nèi)完成一次乘的專用加法器相連，可以在單周期內(nèi)完成一次乘法累加運(yùn)算。其功能框圖如圖法累加運(yùn)算。其

17、功能框圖如圖2-6所示。所示。乘法器的乘法器的輸出經(jīng)小數(shù)輸出經(jīng)小數(shù)/整數(shù)乘法（整數(shù)乘法（FRCT）輸入控制后加到輸入控制后加到加法器的一個(gè)輸入端，加法器的另一個(gè)輸入端來(lái)加法器的一個(gè)輸入端，加法器的另一個(gè)輸入端來(lái)自累加器自累加器A或或B。n加法器還包括零檢測(cè)器、舍入器（二進(jìn)制補(bǔ)碼）加法器還包括零檢測(cè)器、舍入器（二進(jìn)制補(bǔ)碼）及溢出及溢出/飽和邏輯電路。飽和邏輯電路。 圖2-6 乘法器/加法器單元功能框圖4比較、選擇和存儲(chǔ)單元（比較、選擇和存儲(chǔ)單元（CSSU）n比較、選擇和存儲(chǔ)單元（比較、選擇和存儲(chǔ)單元（CSSU）是專門為是專門為Viterbi算法設(shè)計(jì)的加法算法設(shè)計(jì)的加法/比較比較/選擇（選擇（AC

18、S）操作操作的硬件單元，其功能框圖如圖的硬件單元，其功能框圖如圖2-7所示。所示。nCSSU支持均衡器和信道譯碼器所用的各種支持均衡器和信道譯碼器所用的各種Viterbi算法。算法。Viterbi算法示意圖如圖算法示意圖如圖2-8所示。所示。 圖2-7 比較、選擇和存儲(chǔ)單元（CSSU）功能框圖圖2-8 Viterbi算法示意圖5指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器n指數(shù)編碼器用于支持單周期指令指數(shù)編碼器用于支持單周期指令EXP的專用硬件。的專用硬件。在在EXP指令中，累加器中的指數(shù)值能以二進(jìn)制補(bǔ)指令中，累加器中的指數(shù)值能以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式碼的形式（-831）存儲(chǔ)在）存儲(chǔ)在T寄存器中。指數(shù)值定寄存器中。指數(shù)值定

19、義為前面的冗余位數(shù)減義為前面的冗余位數(shù)減8的差值，即累加器中為的差值，即累加器中為消除非有效符號(hào)位所需移動(dòng)的位數(shù)。當(dāng)累加器中消除非有效符號(hào)位所需移動(dòng)的位數(shù)。當(dāng)累加器中的值超過(guò)的值超過(guò)32位時(shí)，指數(shù)為負(fù)值。位時(shí)，指數(shù)為負(fù)值。6CPU狀態(tài)和控制寄存器狀態(tài)和控制寄存器nTMS320C54x有三個(gè)狀態(tài)和控制寄存器，分別為有三個(gè)狀態(tài)和控制寄存器，分別為狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器ST0、狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器ST1和處理器方式和處理器方式狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器PMST。ST0和和ST1包括各種工作條件包括各種工作條件和工作方式的狀態(tài)，和工作方式的狀態(tài)，PMST包括存儲(chǔ)器配置狀態(tài)包括存儲(chǔ)器配置狀態(tài)和控制信息。和控制信

20、息。n狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器ST0的位結(jié)構(gòu)如圖的位結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，表所示，表2-2所所示是示是ST0的說(shuō)明。的說(shuō)明。 圖2-9 狀態(tài)寄存器ST0位結(jié)構(gòu)1513121110980ARPTCCOVAOVBDP表2-2 狀態(tài)寄存器ST01514131211109876540BRAFCPLXFHMINTM0OVMSXMC16FRCTCMPTASM圖2-10 狀態(tài)寄存器ST1的位結(jié)構(gòu)表2-3 狀態(tài)寄存器ST1(1)表2-3 狀態(tài)寄存器ST1(2)1576543210IPTRMP/MCOVLYAVISDROMCLKOFFtSMULtSSTt圖2-11 處理器方式狀態(tài)寄存器PMST的位結(jié)構(gòu)表2-4 狀態(tài)寄

21、存器PMST返回本節(jié)2.5 TMS320C54x片內(nèi)外設(shè)簡(jiǎn)介片內(nèi)外設(shè)簡(jiǎn)介1通用通用I/O引腳引腳2定時(shí)器定時(shí)器3時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)鐘發(fā)生器4主機(jī)接口（主機(jī)接口（HPI）5串行口串行口6軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器7可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯返回首頁(yè)2.6 硬件復(fù)位操作硬件復(fù)位操作復(fù)位期間，處理器進(jìn)行以下操作：復(fù)位期間，處理器進(jìn)行以下操作：nPMST中的中斷向量指針中的中斷向量指針I(yè)PTR設(shè)置成設(shè)置成1FFH。nPMST中的中的MP/位設(shè)置成與引腳位設(shè)置成與引腳MP/狀態(tài)相同的值。狀態(tài)相同的值。nPC設(shè)置為設(shè)置為FF80H。n擴(kuò)展程序計(jì)數(shù)器擴(kuò)展程序計(jì)數(shù)器XPC清清0。n 無(wú)論無(wú)論MP