DSPC5400硬件基礎(chǔ)

1、第二章 DSP硬件基礎(chǔ) C5400總體結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 中央處理單元（CPU） C5400總體結(jié)構(gòu) 改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu) 多套總線 獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線（取指和數(shù)據(jù)訪問(wèn)可以同時(shí)進(jìn)行）四套總線（一套程序總線，三套數(shù)據(jù)總線）（提高CPU的數(shù)據(jù)吞吐量） 具備中斷管理、重復(fù)操作及函數(shù)調(diào)用等控制機(jī)制系統(tǒng)控制接口PC,IPTR,RC,BRC,RSA,REA程序地址發(fā)生邏輯(PAGEN)PABPBCABCBDABDBEABEBARAU0,ARAU1 AR0-AR7(DAGEN)ARP,BK,DP,SP存儲(chǔ)器和外部接口外設(shè)接口EXP 編碼器MUXT 寄存器Sign ctrlTSign ctrlDAAP C D乘

2、法器(1717)定標(biāo)器A B0MUX A(40) B(40)AMUBSign ctrlSign ctrlCADBSign ctrlBACTDSALU(40)ABBarrel shifterMSW/LSWselectCOMP TRN TCALU(40) STR ROUND ZERO數(shù)據(jù)地址發(fā)生邏輯MUXMUXC5400的功能模塊 C5400總體結(jié)構(gòu)(續(xù)) 總線結(jié)構(gòu) 程序總線PB，負(fù)責(zé)讀取指令和數(shù)據(jù)表格 數(shù)據(jù)總線CB、DB和EB，CB和DB讀取數(shù)據(jù) EB存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 地址總線PAB、CAB、DAB和EAB 外設(shè)總線地址總線訪問(wèn)類型數(shù)據(jù)總線PABCABDABEABPBCBDBEB 讀長(zhǎng)數(shù)據(jù)(32bit）

3、讀程序 寫程序 讀單數(shù)據(jù) 讀雙數(shù)據(jù) 寫單數(shù)據(jù) 并行讀/寫數(shù)據(jù) Dual Read/Coeff Read 讀外設(shè) 寫外設(shè) 讀寫訪問(wèn)中的總線使用 總線結(jié)構(gòu)(續(xù)) 程序空間: 程序代碼、常系數(shù)表格 數(shù)據(jù)空間：程序處理時(shí)的數(shù)據(jù)和結(jié)果 I/O空間 ：映射為外部設(shè)備、擴(kuò)展外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)器類型 RAM（片內(nèi)或片外） ROM （片內(nèi)或片外） v DARAM (Dual Access RAM )v SARAM (Single Access RAM ) 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) （續(xù)）存儲(chǔ)器類型5415425435455465485495402540954105420ROM 程序 程序/ 數(shù)據(jù)DARAMS

4、ARAM28K20K8K 5K02K2K0 10K02K2K0 10K048K32K16K 16K048K32K16K 6K02K2K0 8K24K16K16K16K 8K24K4K4K4K 16K016K16K16K 32K016K16K0 8K56K000 32K168K常見(jiàn)的C5400系列器件的片內(nèi)存儲(chǔ)器配置 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) （續(xù)）C5400包括三個(gè)相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)空間、程序空間和I/O空間，每個(gè)空間為64K字，字長(zhǎng)為16比特C5400包含片內(nèi)存儲(chǔ)器和片外可擴(kuò)展存儲(chǔ)器，片內(nèi)存儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)包括：不需要等待狀態(tài)，可以高速訪問(wèn)比使用外部存儲(chǔ)器成本低比使用外部存儲(chǔ)器功耗低 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) （續(xù)） 存儲(chǔ)器配置

5、標(biāo)志位 存儲(chǔ)器空間 MP/MC位 DROM位 OVLY位v 0 片內(nèi)ROM使能并能夠訪問(wèn)v 1 表示片內(nèi)ROM無(wú)法訪問(wèn) v 0 片內(nèi)RAM只映射在數(shù)據(jù)空間 v 1 片內(nèi)RAM同時(shí)映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間 v 0 片內(nèi)ROM的不映射到數(shù)據(jù)空間 v 1 片內(nèi)ROM的一部分映射到數(shù)據(jù)空間 C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） 存儲(chǔ)器空間(續(xù)) C5402存儲(chǔ)器空間 20根地址線,最高位的4根可供擴(kuò)展程序空間 6條可對(duì)擴(kuò)展程序空間尋址的指令 專用寄存器程序指針擴(kuò)展寄存器（XPC） C5402的擴(kuò)展后的程序空間可分成16頁(yè)，每頁(yè)64K C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)）5402存儲(chǔ)器空間配置 存儲(chǔ)器空間(續(xù)) Res

6、erved(OVLY=1)orExternal(OVLY=0)On-ChipDARAM(OVLY=1)External(OVLY=0)ExternalInterrupts(External)Page 0 ProgramHex0000007F00803FFF4000FF7FFF80FFFFMP/MC=1(MicroprocessorMode)MemoryMappedRegisterOn-ChipRAM16KExternalPage 1 DataHex0000005F00603FFF4000FFFFReserved(OVLY=1)orExternal(OVLY=0)On-ChipDARAM(OVL

7、Y=1)External(OVLY=0)ExternalInterrupts(On-Chip)Page 0 ProgramHex0000007F00803FFF4000FF7FFF80FFFFMP/MC=0(MicrocomputerMode)On-ChipROM4KReservedEFFFF000FEFFFF00Scratch-PadRAM007F0080ROM(DROM=1)or External(DROM=0)EFFFF000Reserved(DROM=1)or External(DROM=0)FEFFFF00C5402擴(kuò)展程序空間(OVLY=0)Page 064KPage 164KPa

8、ge 1564K0 00001 0000F 00000 FFFF1 FFFFF FFFFXPC=0XPC=1XPC=15. 存儲(chǔ)器空間(續(xù)) C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)）C5402擴(kuò)展程序空間(OVLY=1) 存儲(chǔ)器空間(續(xù)) Page 064KPage 1Low er16KPage 1Upper48KExternal0 0 0 0 00 FFFF1 0 0 0 01 FFFF1 3 FFF1 4 0 0 0Page 1Low er16KPage 15Upper48KExternalF 0 0 0 0F FFFFF 3 FFFF 4 0 0 0. C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） 程序空間 程序空

9、間的組織主要通 過(guò)設(shè)置MP/MC、OVLY和 DROM位來(lái)實(shí)現(xiàn) 片內(nèi)ROM的安排 自 舉 程 序u 律 數(shù) 據(jù)A 律 數(shù) 據(jù)正 弦 數(shù) 據(jù)Reserved中 斷 矢 量表F800FC00FD00FE00FF00FF80 C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)空間尋址范圍64K字 特殊區(qū)間-存儲(chǔ)器映射寄存器MMR CPU寄存器、片上外設(shè)寄存器 “塊”組織形式 C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） DROM位的設(shè)置 存儲(chǔ)器映射寄存器MMR地址(HEX)名稱功 能0IMR中斷屏蔽寄存器1IFR中斷標(biāo)志寄存器25保留，用于測(cè)試6ST0狀態(tài)寄存器07ST1狀態(tài)寄存器18AL累加器A的低位字（150位）9

10、AH累加器A的高位字（3116位）AAG累加器A的保護(hù)字（3932位）BBL累加器B的低位字（150位）CBH累加器B的高位字（3116位）DBG累加器B的保護(hù)字（3932位）ET臨時(shí)寄存器FTRN轉(zhuǎn)換寄存器10AR0輔助寄存器0 C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） 存儲(chǔ)器映射寄存器MMR(續(xù)) 11AR1輔助寄存器112AR2輔助寄存器213AR3輔助寄存器314AR4輔助寄存器415AR5輔助寄存器516AR6輔助寄存器617AR7輔助寄存器718SP堆棧指針19BK循環(huán)緩沖大小寄存器1ABRC塊重復(fù)計(jì)數(shù)器1BRSA塊重復(fù)起始地址1CREA塊重復(fù)終止地址1DPMST處理器模式狀態(tài)寄存器1EXPC

11、程序計(jì)數(shù)擴(kuò)展寄存器1F5F保留地址(HEX)名稱功 能 C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） I/O空間 I/O空間尋址范圍64K字 兩條I/O空間操作指令PORTR、PORTW C5400的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（續(xù)） 中央處理單元（CPU） CPU狀態(tài)和控制寄存器 算術(shù)邏輯單元(ALU) 累加器 桶形移位器 乘加器 比較選擇和存儲(chǔ)單元 (CSSU) 指數(shù)編碼器 CPU狀態(tài)和控制寄存器 狀態(tài)寄存器ST0ARPTCCOVAOVBDP1513121110980 狀態(tài)寄存器ST1BRAF CPLXFHM INTM0OVM SXMC16 FRCTCMPT ASM1514131211109876540 CPU狀態(tài)和控制寄

12、存器(續(xù)) 處理器模式狀態(tài)寄存器PMST IPTRMP/MCOVLYAVISDROM CLKOFFSMULSST1576543210 算術(shù)邏輯單元(ALU) 40位長(zhǎng) 輸入數(shù)據(jù)擴(kuò)展 v 數(shù)據(jù)輸入至高/低16位 v 符號(hào)擴(kuò)展位SXM 利用ST1中的C16位可實(shí)現(xiàn)多精度算術(shù)運(yùn)算 支持常規(guī)32位數(shù)運(yùn)算或雙16位算術(shù)模式 取決于 利用ST1的OVM位具有溢出處理功能 算術(shù)邏輯單元(續(xù))ALU結(jié)構(gòu)框圖MUXMUXSign ctrSign ctrYX ALU A BMUXCB15CB0DB15DB0TABCTSDSXMSXMOVMC16COVA/OVBZA/ZBTC4040404040ACCAM UBMA

13、CoutputShifter output(40)ABCTUDMST累加器 A累加器 BCB數(shù)據(jù)總線算術(shù)邏輯單元 ALUDB數(shù)據(jù)總線MAC單元桶形移位器T 寄存器 累加器 雙累加器：A、B 累加器結(jié)構(gòu) 累加器A和B之間唯一區(qū)別 累加器相關(guān)指令 AG AHAL39-3231-1615-0 BGBHBL39-3231-1615-0 桶形移位器 桶形移位器功能 桶形移位器結(jié)構(gòu)v 數(shù)據(jù)定標(biāo) DB15-DB0 CB15-CB0 MUX 符號(hào)控制 桶形移位器 （16 至 31） MSW/LSW 寫信號(hào)選擇 EB15-EB0 SXM T：16 至 31 指令寄存器立即數(shù)： 從16 至 15或從 15 至 0

14、 ASM（40）：16 至 15 TC（測(cè)試位） CSSU ALU 16 40 40 40 16 16 A B A B D C 圖中：A累加器 A B累加器 B C數(shù)據(jù)總線 CB D數(shù)據(jù)總線 DB TT 寄存器 桶形移位器(續(xù)) 桶形移位器的移位數(shù)v 指令操作數(shù)中立即數(shù)，范圍為-16至15 v 用ASM字段的值作為移位數(shù) v 用寄存器T的低6位值作為移位數(shù)add A，4，B； 累加器A右移4位后加到累加器Bnorm A； 歸一化累加器A add A，ASM，B ；累加器按ASM所指定的位數(shù)移位后， 加到累加器B中 乘加器 一個(gè)1717位乘法器 + 一個(gè)40位加法器 乘法器完成乘法運(yùn)算 加法器可以完成累加、取整、飽和等操作 累加器A的高位可作為乘數(shù)以加速迭代運(yùn)算 臨時(shí)寄存器T可作為乘數(shù)以方便矢量與標(biāo)量相乘X MUXY MUXMUXC CB B1 15 5- -C CB B0 0D DB B1 15 5- -D DB B0 0P PB B1 15 5- -P PB B0 0TSign ctrSign ctr XM YM 乘法器FRCTintXA YA 加法器ZeroDetec