《DSP芯片概述》ppt課件

1、Freescale(Motorola)Freescale(Motorola)1616位位DSPDSP原理及開(kāi)發(fā)技術(shù)原理及開(kāi)發(fā)技術(shù) 2. DSP芯片概述 第一部分第一部分 Freescale(Motorola)16位位DSP DSP56800引見(jiàn)引見(jiàn)模擬濾波器原理圖模擬濾波器原理圖模擬濾波器優(yōu)點(diǎn)：呼應(yīng)速度快 缺陷：精度低、放大器的線性及可處置信號(hào)的 動(dòng)態(tài)范圍有很多限制、溫度漂移大、系 統(tǒng)調(diào)試不方便等。用用DSPDSP實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)FIRFIR濾波器濾波器低通抗混疊 濾波器信號(hào)采樣與 A/D變換數(shù)字信號(hào)處置 DSPD/A轉(zhuǎn)換信號(hào)重建與 低通濾波DSPDSP芯片硬件和軟件的結(jié)合芯片硬件和軟件的結(jié)合|-DS

2、P芯片-|用DSP實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的特點(diǎn)：軟件與硬件的結(jié)合，有大量 數(shù)學(xué)運(yùn)算，穩(wěn)定可靠DSPDSP與與CPUCPU 一一 普通普通CPU與與DSP構(gòu)造上的區(qū)別構(gòu)造上的區(qū)別普通普通CPU： 采用馮采用馮.諾曼構(gòu)造程序與數(shù)據(jù)一致編址，不諾曼構(gòu)造程序與數(shù)據(jù)一致編址，不 區(qū)分存區(qū)分存儲(chǔ)器的程序空間和數(shù)據(jù)空間。儲(chǔ)器的程序空間和數(shù)據(jù)空間。 DSP： 采用哈佛構(gòu)造程序與數(shù)據(jù)空間分開(kāi)編址采用哈佛構(gòu)造程序與數(shù)據(jù)空間分開(kāi)編址即多總即多總線構(gòu)造。線構(gòu)造。 DSP56800內(nèi)核的內(nèi)部總線有內(nèi)核的內(nèi)部總線有7條：條： PAB PDB XAB1 XAB2 XDB2 CGDB PGDB 改良的哈佛構(gòu)造：程序和數(shù)據(jù)空間相互傳

3、數(shù)改良的哈佛構(gòu)造：程序和數(shù)據(jù)空間相互傳數(shù)據(jù)。據(jù)。 DSPDSP與與CPUCPU續(xù)續(xù)1單并行處置單并行處置例：例： ADD X0 ，A Y0，X:R1+N 2雙重并行處置雙重并行處置例：例： MACR X0,Y0,A X:(R0)+N,Y X:(R3)-,X0 ;二二 、由于多總線構(gòu)造，、由于多總線構(gòu)造，DSPDSP可實(shí)現(xiàn)指令的可實(shí)現(xiàn)指令的并行處置并行處置程序的流水線執(zhí)行使得讀程序的流水線執(zhí)行使得讀- -譯譯- -執(zhí)行似乎在執(zhí)行似乎在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的DSP與與CPU續(xù)續(xù)三三 DSP的多重流水線構(gòu)造的多重流水線構(gòu)造DSPDSP與與CPUCPU續(xù)續(xù) 四 運(yùn)算方面 乘加運(yùn)算 循

4、環(huán)運(yùn)算CPU 要調(diào)用相應(yīng) 每一次檢查能否 乘、加函數(shù) 循環(huán)n次DSP 在一或二個(gè)時(shí)鐘 有反復(fù)n次指令 周期內(nèi)完成乘加 REP n 運(yùn)算 ，用硬件邏輯 有循環(huán)n次指令 完成 Do loop n 如MAC指令DSPDSP與與CPUCPU續(xù)續(xù)五 CPU與DSP存儲(chǔ)器 CPU： 片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外可擴(kuò)展存儲(chǔ)器 RAM、ROMFlash) DSP: 程序Flash、程序RAM、數(shù)據(jù)Flash 、數(shù)據(jù)RAM、B00t Flash等等。 DSP的存儲(chǔ)器比單片機(jī)要復(fù)雜得多！DSPDSP與與CPUCPU續(xù)續(xù)六六 CPUCPU與與DSP56800DSP56800的中斷的中斷DSP56800DSP56800的中斷比的

5、中斷比CPUCPU要復(fù)雜得多：要復(fù)雜得多：1 1 DSP56800DSP56800的中斷源可達(dá)的中斷源可達(dá)6464個(gè)；個(gè)；2 2 DSP56800DSP56800的中斷優(yōu)先級(jí)達(dá)的中斷優(yōu)先級(jí)達(dá)7 7級(jí)；級(jí)；3 3 DSP56800DSP56800與中斷有關(guān)的存放器多與中斷有關(guān)的存放器多, ,到到達(dá)達(dá)1414個(gè)。個(gè)。16位位MCU的運(yùn)用方法的運(yùn)用方法120MIPS的處置效的處置效率率最杰出的最杰出的MCU性能性能120MHz,120MIPS的的RAM16位的代碼密度，位的代碼密度，32位的性能位的性能兼具兼具M(jìn)CU的控制功能和的控制功能和DSP的運(yùn)算才干的運(yùn)算才干業(yè)界領(lǐng)先的平安構(gòu)造業(yè)界領(lǐng)先的平安構(gòu)

6、造第三代第三代Flash技術(shù)，技術(shù)，48KB-560KB的容量的容量范圍，范圍，EEPROM般的穩(wěn)定性般的穩(wěn)定性廣泛的溫度范圍廣泛的溫度范圍 -40C +85C -40C +105C -40C +125CDSP56800DSP56800是是MCUMCU和和DSPDSP的混合體的混合體DSP56800DSP56800內(nèi)核構(gòu)造內(nèi)核構(gòu)造56DSDDDD內(nèi)內(nèi)800 內(nèi)內(nèi)核核框框圖圖OnCEBus And BitManipulationUnitM01N+/-MODALUAGUSPR0R1R2R3ProgramControllerSRLAPCOMRLCHWSInstr. DecoderandInterru

7、pt UnitB2 B1 B0A2 A1 A0Y1 Y0LimiterMACandALUX0DataALUClock Gen.Clock & ControlPABXAB1XAB2PDBCGDBPGDBXDB2InternalProgramRAMInternalDataFlash/ROMInternalDataRAMInternalProgramFlash/ROMPeripheralsExternalAddress BusSwitchExternalData BusSwitchBusControlJTAGControlBusAddressBusData BusDSP56800DSP568

8、00的算數(shù)邏輯單元的算數(shù)邏輯單元ALUALU組成： 內(nèi)部存放器 乘/加器 MAC 極值限制器DSP56800DSP56800的算數(shù)邏輯單元的算數(shù)邏輯單元 3個(gè)16位的數(shù)據(jù)輸入存放器X0、Y0和Y1，其中Y0與Y1可 作為1個(gè)32位存放器Y 2個(gè)32位的累加存放器A和B，A=A1+A0，再加上A2成為36位 B=B1+B0，再加上B2成為36位A、B存放器是當(dāng)作36位還是當(dāng)作32 位來(lái)用，由用戶在程序中設(shè) 定，即對(duì)程序控制器中的運(yùn)轉(zhuǎn)方式存放器OMR中的CC位編程內(nèi)部存放器DSP56800DSP56800的算數(shù)邏輯單元的算數(shù)邏輯單元乘/加器 MAC 在一個(gè)周期內(nèi)可以以并行方式完成乘及加運(yùn)算,可完成

9、有符號(hào)或無(wú)符號(hào)16位乘16位的分?jǐn)?shù)運(yùn)算,有符號(hào)16位乘16位的整數(shù)運(yùn)算。極值限制器 處置數(shù)據(jù)溢出的飽和限制器。用于處置包含擴(kuò)展存放器的36位或20位操作，使在執(zhí)行從36位到32位或從20位到16位的傳輸、運(yùn)算指令時(shí)不至于出現(xiàn)錯(cuò)誤。 (在軟件執(zhí)行時(shí)能表達(dá)其功能)DSP56800DSP56800的地址產(chǎn)生單元的地址產(chǎn)生單元AGUAGU地址指針存放器 偏移量存放器 地址域存放器堆棧指針存放器組成：DSP56800DSP56800的地址產(chǎn)生單元存放器的地址產(chǎn)生單元存放器通用地址存放器R0-R3：等效為C言語(yǔ)中的指針類型的存放器變量，用于訪問(wèn)存儲(chǔ)器。地址偏移量存放器N：常包含用于更新地址的偏移量，可為C

10、GDB所讀/寫，可作為地址運(yùn)算單元的輸入。地址域存放器M01:用于定義一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)。只需R0和R1可以與M01協(xié)作完成循環(huán)存儲(chǔ)域的運(yùn)算,R3是在存儲(chǔ)器的并行處置時(shí),用做讀/寫片內(nèi)存儲(chǔ)器的存放器。堆棧指針SP:一切push和pop指令中都必需用到的存放器，復(fù)位后要首先對(duì)SP初始化用R0存放器間接尋址一例$1000數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器XXXX$1000R0(無(wú)影響)N(無(wú)影響)M01$1000R0(無(wú)影響)N(無(wú)影響)M01150150150150150150150例例: MOVE A1,X:(R0): MOVE A1,X:(R0)$1000數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1234150執(zhí)行后執(zhí)行前 0 1 2 3 4 5 6

11、 7 8A2A015031163235A1A 0 1 2 3 4 5 6 7 8A2A015031163235A1A運(yùn)用地址產(chǎn)生單元存放器留意點(diǎn)運(yùn)用地址產(chǎn)生單元存放器留意點(diǎn)出現(xiàn)的問(wèn)題： 由于DSP并行處置和流水線構(gòu)造的特點(diǎn)，當(dāng)運(yùn)用MOVE指令和位操作指令改動(dòng)R0-R3、SP、M01這些存放器時(shí)，緊接著執(zhí)行下一條指令時(shí)，上述存放器的新值還不能起作用，要到再下一條指令時(shí)才干運(yùn)用該新值。處理思緒： 用MOVE或位操作指令改動(dòng)地址產(chǎn)生單元AGU中存放器以后，要先插入一條與該存放器無(wú)關(guān)但對(duì)程序有用的指令，當(dāng)然也可以是NOP指令，再執(zhí)行與該存放器新值相關(guān)的指令。流水線效應(yīng)流水線效應(yīng)消除流水線效應(yīng)的方法有兩

12、種 在兩條指令間插入一條 NOP 指令,或者重排近處的指令,使流水線效應(yīng)的條件不再成立。 一個(gè) AGU 流水線效應(yīng)的例子move#$4,r0moveX:(r0),b; 用的是 r0 以前的值, 不是 4movex0,y0 方法1 -在兩條指令間插入一條 NOP 指令move#$4,r0nop; 插入NOP 指令moveX:(r0),b; 運(yùn)用 r0 的新值, 4movex0,y0方法2 -重排指令,使條件不再成立move#$4,r0movex0,y0; moveX:(r0),b;運(yùn)用 r0 的新值, 4例例 設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè) FIRFIR濾波器濾波器算式：c(0) * x(n-0)y(n) =

13、 c(1) * x(n-1)c(99) * x(n-99)+ . +擴(kuò)展的等式：應(yīng)怎樣計(jì)算這個(gè)等式?-為 100 個(gè)系數(shù) (c(i) 開(kāi)辟100個(gè) 存儲(chǔ)單元 = 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器.為 100 個(gè)數(shù)據(jù)樣本 (x(i)開(kāi)辟 100個(gè)存儲(chǔ)單元 = 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器- 乘法指令- 加法指令- 傳輸指令X:000C(0)C(1)C(2)C(99)X:099X:128X:227X(n-0)X(n-1)X(n-2)X(n-99)MPYADDMOVEy n c i i0100 1*x n iclra ; 去除累加器move #0,r3 ; 為系數(shù)設(shè)置指針move #128,r0 ;為數(shù)據(jù)設(shè)置指針 move X:(r0)+

14、,y0 X:(r3)+,x0 do #100,labelmac x0,y0,aX:(r0)+,y0 X:(r3)+,x0label這段代碼有什么問(wèn)題 ，會(huì)導(dǎo)致匯編錯(cuò)誤?設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè)FIRFIR濾波器濾波器設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè) FIRFIR濾波器濾波器答案： 第4條指令是一個(gè)錯(cuò)誤由于它用了 r0, r0 剛剛在指令3中初始化。處理方法： 處理方法 1:在指令后面插入一個(gè) NOP 指令 處理方法 2: (更好)將第1條指令轉(zhuǎn)移到第3條指令 后面DSP56800DSP56800的程序控制單元的程序控制單元PCUPCU主要功能：指令讀取指令譯碼硬件循環(huán)控制中斷處置存儲(chǔ)器的操作和運(yùn)用DSP56800DS

15、P56800的程序控制單元的程序控制單元PCUPCU PC： 程序計(jì)數(shù)器，提供讀取程序存儲(chǔ)空間的地址 SR： 形狀存放，包括一個(gè)8位的方式存放器MR和 一個(gè)8位的條件碼存放器CCR。 OMR：運(yùn)轉(zhuǎn)方式存放器 HWS：硬件堆棧存放器 LC： 循環(huán)次數(shù)存放器 LA： 循環(huán)地址存放器組成：一一 形狀存放器形狀存放器SR(SR(條件碼存放器條件碼存放器) ) LF-循環(huán)標(biāo)志位，LF=1，表示目前程序正執(zhí)行循環(huán)語(yǔ)句操作 I1 I0-中斷1和中斷0的屏蔽位，I1=1 關(guān)中斷，I1=0 開(kāi)中斷。 I0只能寫入1，目前沒(méi)有運(yùn)用 SZ-數(shù)值域標(biāo)志位，SZ位是b29和b30位異或的結(jié)果。 L-極值限制標(biāo)志位，復(fù)位

16、時(shí)清零；數(shù)據(jù)表達(dá)范圍超界時(shí)，極值限制標(biāo)志 置位。 E-符號(hào)擴(kuò)展標(biāo)志位，E=0表示擴(kuò)展存放器A2或B2的值沒(méi)有意義，僅僅是 符號(hào)的擴(kuò)展；E=1闡明擴(kuò)展存放器中的值是有意義的。 U-非規(guī)格化標(biāo)志，是結(jié)果的b31位和b30位“異或得到的 N-結(jié)果為負(fù)標(biāo)志 Z -結(jié)果為零標(biāo)志 V -結(jié)果溢出標(biāo)志 C -進(jìn)位、借位標(biāo)志二二 運(yùn)轉(zhuǎn)方式存放器運(yùn)轉(zhuǎn)方式存放器OMROMR作用：OMR對(duì)芯片的運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)展控制，標(biāo)識(shí)當(dāng)前芯片的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀，復(fù)位時(shí)各位均為0。組成： NL-循環(huán)嵌套標(biāo)志，NL=1表示兩個(gè)DO LOOP循環(huán)正在進(jìn)展。 CC-條件碼存放器控制位，CC=1時(shí)條件碼存放器中的C、N、V、Z形狀的變化依賴于MAC的

17、32位結(jié)果；CC=0時(shí)上述標(biāo)識(shí)變化基于MAC的36位結(jié)果 SD-快速喚醒位，置為1可使DSP從stop形狀下快速喚醒。 R-四舍五入方式位,為0和1確定不同的四舍五入方式 SA-飽和控制位。SA=1時(shí)，A2和B2不起作用；SA=0時(shí)，數(shù)值的表達(dá)范圍 擴(kuò)展到36位或20位。 EX-外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制位，EX=1 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占全部64K空間 MB、MA- 方式控制位，可定義四種方式，但在DSP5680 x系列中，這兩位一同連到外部引腳XBOOT上，所以只用兩種：00 ：?jiǎn)纹绞剑?1 ：擴(kuò)展方式三三 循環(huán)地址存放器循環(huán)地址存放器LALA、循環(huán)次數(shù)存放器、循環(huán)次數(shù)存放器LCLC、硬件堆棧存放器、

18、硬件堆棧存放器HWS HWS 作用：他們用于循環(huán)語(yǔ)句的控制。DSP56800指令集中有兩種循環(huán)控制指令：REP和DO指令。 REP指令實(shí)例： REP #5 ; ASL A ； 將ASL A指令反復(fù)執(zhí)行5次立刻數(shù)5是被鎖存在循環(huán)次數(shù)存放器LC中。REP指令只能反復(fù)緊接著的一條指令，不能實(shí)現(xiàn)多條指令的循環(huán)。三三 循環(huán)地址存放器循環(huán)地址存放器LALA、循環(huán)次數(shù)存放器、循環(huán)次數(shù)存放器LCLC、硬件堆棧存放器、硬件堆棧存放器HWSHWS續(xù)續(xù)DO指令實(shí)例：指令實(shí)例：DO指令：指令： DO #8，END ;開(kāi)場(chǎng)循環(huán)語(yǔ)句開(kāi)場(chǎng)循環(huán)語(yǔ)句 MOVE X:R0，A ; REP #3 ;REP嵌套在嵌套在DO LOOP

19、中中 ASL A MOVE A，X：(R0)+ ;循環(huán)指令的最后一條指令循環(huán)指令的最后一條指令END . ;下一條指令下一條指令 REP指令可以嵌套在指令可以嵌套在DO指令中。指令中。DSP56800DSP56800的可尋址空間的可尋址空間程序空間大小為64K字，0-$7F為中斷向量區(qū)，$80-$FFFF為程序存儲(chǔ)器區(qū)。數(shù)據(jù)空間大小為64K字，$FFC0-$FFFF為外設(shè)的I/O短尋址空間，$0-$FFBF為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)。啟動(dòng)啟動(dòng)Flash(Boot Flash)DSP56800系列各種型號(hào)芯片還有2K字的啟動(dòng) Flash(Boot Flash),可用于上電復(fù)位系統(tǒng)初始化和啟動(dòng)。DSP啟動(dòng)有多

20、種方式：片內(nèi)Flash啟動(dòng)；片外Flash啟動(dòng)；從I/O口下載一段程序到片內(nèi)程序RAM中啟動(dòng)；Boot Flash啟動(dòng)。DSP56800DSP56800系列系列DSP56800DSP56800內(nèi)核的內(nèi)部總線內(nèi)核的內(nèi)部總線程序空間地址總線程序空間地址總線PAB ：用于讀取程序：用于讀取程序程序空間數(shù)據(jù)總線程序空間數(shù)據(jù)總線PDB ：用于讀：用于讀/寫數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)地址總線數(shù)據(jù)地址總線XAB1：用于讀：用于讀/寫數(shù)據(jù)空間的存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)空間的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)地址總線數(shù)據(jù)地址總線XAB2 ：只與片內(nèi)存儲(chǔ)器相連，：只與片內(nèi)存儲(chǔ)器相連， 對(duì)外部對(duì)外部存儲(chǔ)器不起作用存儲(chǔ)器不起作用內(nèi)部全局?jǐn)?shù)據(jù)總線內(nèi)部全局?jǐn)?shù)據(jù)總線CGDB ：用于讀：用于讀/寫內(nèi)部存放器寫內(nèi)部存放器外設(shè)全局?jǐn)?shù)據(jù)總線外設(shè)全局?jǐn)?shù)據(jù)總線PGDB：用于以：用于以I/O短尋址方式讀短尋址方式讀/寫寫外設(shè)外設(shè)外部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)總線XDB2DSP56800DSP56800內(nèi)核的內(nèi)部總線內(nèi)核的內(nèi)部總線56800 內(nèi)內(nèi)核核框框圖圖OnCEBus And BitManipulationUnitM01N+/-MODALUAGUSPR0R1R2R3ProgramControllerSRLAPCOMRLCHWSInstr. DecoderandInterrupt UnitB2 B1 B0A2 A1 A0Y1 Y0