MSP430程序庫(kù)十三硬件乘法器使用

1、MSP430程序庫(kù)<十三>硬件乘法器使用硬件乘法器不占用CPU周期，有硬件實(shí)現(xiàn)，速度比軟件實(shí)現(xiàn)的乘法速度快很多。msp430f14x、msp430f16x中都含有硬件乘法器模塊，方便用戶需要速度的時(shí)候使用。卜硬件介紹：在MSP430系列單片機(jī)中，硬件乘法器是外圍模塊，而不是CPU內(nèi)核的一部分；所以它的活動(dòng)與否與CPU的活動(dòng)與否無(wú)關(guān)，它的寄存器和其他的外圍寄存器一樣通過(guò)CPU指令讀寫(xiě)。硬件乘法器模塊支持一下功能：無(wú)符號(hào)乘法、有符號(hào)乘法、無(wú)符號(hào)乘加、有符號(hào)乘加；可以支持16*1616*88*168*8bits的乘法。硬件乘法器的模塊框圖如下：硬件乘法器模塊白四種操作類(lèi)型（無(wú)符號(hào)乘法、有

2、符號(hào)乘法、無(wú)符號(hào)乘加、有符號(hào)乘加）是由寫(xiě)入的第一個(gè)操作數(shù)的位置決定的。這個(gè)模塊有兩個(gè)操作數(shù)寄存器：OP1和OP2、三個(gè)結(jié)果寄存器RESLO,RESHI,和SUMEXT。RESLO寄存器存儲(chǔ)結(jié)果的低字（低16位）；RESHI寄存器存儲(chǔ)結(jié)果的高字（高16位）；SUMEXT寄存器存儲(chǔ)結(jié)果的有關(guān)信息。結(jié)果在3個(gè)時(shí)鐘周期后即可完成；寫(xiě)入OP2后的下一條指令即可讀取結(jié)果，有一種情況例外：用間接尋址方式訪問(wèn)結(jié)果。用間接尋址方式訪問(wèn)結(jié)果時(shí)，讀取結(jié)果之前需要有一條NOP指令。操作數(shù)OP1有四個(gè)地址（MPY:0130hMPYS:0132hMAC:0134hMACS:0136h）,這四個(gè)寄存器用來(lái)選擇乘法的操作模式

3、。寫(xiě)入第一個(gè)操作數(shù)寄存器決定用哪種操作：無(wú)符號(hào)用符號(hào)等，但是不啟動(dòng)相乘操作；寫(xiě)入第二個(gè)操作數(shù)寄存器啟動(dòng)相乘的操作。計(jì)算完成后結(jié)果存入寄存器RESLO,RESHI,和SUMEXT。OP1AddressRegisterName0130hMPY0132hMPYS0134hMAC（無(wú)符號(hào)乘加）0136hMACS符號(hào)乘加）操作數(shù)1的四個(gè)地址對(duì)應(yīng)的操作：OperationUnsignedmultiply（無(wú)符號(hào)乘法）Signedmultiply（有符號(hào)乘法）UnsignedmultiplyaccumulateSignedmultiplyaccumulate（有四種操作模式下高位結(jié)果寄存器的內(nèi)容如下:Mod

4、eRESHIContentsMPYUpper16-bitsoftheresultMPYSTheMSBisthesignoftheresult.Theremainingisbitsaretheupper15-bitsoftheresult.Two'scomplementnotationusedfortheresult.MACUpper16-bitsoftheresultMACSUpper16-bitsoftheresult.Two'scomplementnotationisusedfortheresult.四種操作模式SUMEXT寄存器的內(nèi)容：ModeSUMEXTMPYSUMEX

5、Tisalways0000hMPYSSUMEXTcontainstheextendedsignoftheresult00000hResultwaspositiveorzero0FFFFhResultwasnegativeMACSUMEXTcontainsthecarryoftheresult0000hNocarryforresult0001hResulthasacarryMACSSUMEXTcontainstheextendedsignoftheresult00000hResultwaspositiveorzero0FFFFhResultwasnegative連續(xù)乘法運(yùn)算時(shí)，如果操作數(shù)1不需改

6、變就可以運(yùn)算，則可以不需要重新寫(xiě)入和以保存內(nèi)容相同的數(shù)；但OP2必須重新寫(xiě)入以啟動(dòng)乘法運(yùn)算。MACSUnderflowandOverflow（MACS時(shí)的上溢和下溢）：硬件乘法器不檢測(cè)有符號(hào)乘加時(shí)運(yùn)算結(jié)果的上溢出和下溢出。結(jié)果的正數(shù)范圍：0到7FFFFFFFh;負(fù)數(shù)范圍：0FFFFFFFFh到80000000h。下溢出是兩個(gè)負(fù)數(shù)的和結(jié)果寄存器得到的是正數(shù)，上溢出是兩個(gè)正數(shù)的和結(jié)果寄存器得到的是負(fù)數(shù)。SUMEXT寄存器存儲(chǔ)有結(jié)果的符號(hào)，可以根據(jù)它判斷是否溢出（0000h負(fù)數(shù)和則上溢0FFFFh正數(shù)和則下溢）。使用時(shí)程序必須合適的檢測(cè)、處理MACS的溢出情況。程序示例（用戶指南上給出的匯編示例廣所

7、有乘數(shù)模式的例子如下。所有的8x8模式使用的寄存器的絕對(duì)地址，因?yàn)閰R編器將不允許B訪問(wèn)到字寄存器時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)定義的文件標(biāo)簽。;16x16UnsignedMultiplyMOV#01234h,&MPY;LoadfirstoperandMOV#05678h,&OP2;Loadsecondoperand;.;Processresults;8x8UnsignedMultiply.Absoluteaddressing.MOV.B#012h,&0130hMOV.B#034h,&0138h;.;Processresults;16x16SignedMultiplyMOV#0123

8、4h,&MPYSMOV#05678h,&OP2;.;Processresults;Loadfirstoperand;Load2ndoperand;Loadfirstoperand;Load2ndoperand;8x8SignedMultiply.Absoluteaddressing.MOV.B#012h,&0132h;LoadfirstoperandSXT&MPYS;SignextendfirstoperandMOV.B#034h,&0138h;Load2ndoperandSXT&OP2;Signextend2ndoperand;(trigger

9、s2ndmultiplication);.;Processresults;16x16UnsignedMultiplyAccumulateMOV#01234h,&MAC;LoadfirstoperandMOV#05678h,&OP2;Load2ndoperand;.;Processresults;8x8UnsignedMultiplyAccumulate.AbsoluteaddressingMOV.B#012h,&0134h;LoadfirstoperandMOV.B#034h,&0138h;Load2ndoperand;.;Processresults;16x1

10、6SignedMultiplyAccumulateMOV#01234h,&MACS;LoadfirstoperandMOV#05678h,&OP2;Load2ndoperand;.;Processresults;8x8SignedMultiplyAccumulate.AbsoluteaddressingMOV.B#012h,&0136h;LoadfirstoperandSXT&MACS;SignextendfirstoperandMOV.B#034h,R5;Temp.locationfor2ndoperandSXTR5;Signextend2ndoperandM

11、OVR5,&OP2;Load2ndoperand;.;Processresults上面的程序雖然和標(biāo)準(zhǔn)的匯編差異比較大，但是有一定匯編基礎(chǔ)的人還是很容易就能夠看懂。這里的程序給出了多種方式寫(xiě)入操作數(shù)寄存器。間接尋址結(jié)果寄存器時(shí)，在寫(xiě)入OP2操作數(shù)啟動(dòng)乘法后，至少需要一個(gè)指令的延遲后才能訪問(wèn)結(jié)果寄存器RESLO等；直接尋址時(shí)可以寫(xiě)入OP2后，下一條指令即可讀取結(jié)果。示例程序（匯編）：;AccessmultiplierresultswithindirectaddressingMOV#RESLO,R5;RESLOaddressinR5forindirectMOV&OPER1,&

12、;MPY;Load1stoperandMOV&OPER2,&OP2;Load2ndoperandNOP;Needonecycle寫(xiě)入兩個(gè)操作數(shù)乘法運(yùn)算開(kāi)始后需要一個(gè)NOPMOVR5+,&xxx;MoveRESLOMOVR5,&xxx;MoveRESHI如果在寫(xiě)入OP1和寫(xiě)入OP2之間產(chǎn)生了中斷，中斷響應(yīng)后，源操作數(shù)的計(jì)算模式丟失；運(yùn)算結(jié)果不確定。為了避免這種情況的發(fā)生，在寫(xiě)入操作數(shù)時(shí)禁止中斷或在中斷響應(yīng)函數(shù)中不使用硬件乘法器。如：;DisableinterruptsbeforeusingthehardwaremultiplierDINT;Disableinter

13、ruptsNOP;RequiredforDINTMOV#xxh,&MPY;Load1stoperandMOV#xxh,&OP2;Load2ndoperandEINT;Interruptsmaybeenablebefore;Processresults硬件部分就說(shuō)這么多了，有什么不大明白的可以參考用戶指南。卜使用示例：我的程序僅僅是用C語(yǔ)言演示硬件乘法器的使用。程序主要內(nèi)容如下:#include<msp430x16x.h>/* 名稱(chēng)：main主程序* 功能：硬件乘法器程序庫(kù)使用演示* 入口參數(shù)：無(wú)* 出口參數(shù)：無(wú)*/voidmain(void)/Stopwatchdo

14、gtimertopreventtimeoutresetWDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;ClkInit();/*把硬件乘法器的寄存器放到watch窗口觀察是否變化inta=0;a=5*6;*/測(cè)試無(wú)符號(hào)乘法MPY=65535;OP2=2;/有符號(hào)乘法MPYS=65535;OP2=2;/無(wú)符號(hào)乘加MAC=65535;OP2=2;/有符號(hào)乘加MACS=65535;OP2=2;LPM0;)程序演示了4中乘法模式：使用時(shí)單步調(diào)試，觀察硬件乘法器的有關(guān)寄存器如：MPV5535MPYSS的35MAC65535MACSRESLO65534RESHI1SUMEXTa3/Stopwatchdogtime

15、rtopreventtioWDTCTL=WDTPW+WDTHOLD；/*/«硬件乘法器的寄存器放到Mtd窗口Sta=0;a=5*6;V/溯M無(wú)符號(hào)乘法硬件乘法器運(yùn)算速度很快，只需3個(gè)時(shí)鐘周期；這里IAR單步調(diào)試時(shí)，OP2賦值結(jié)束，在watch窗口馬上就可以看到運(yùn)算結(jié)果。其他三種模式類(lèi)似。注釋掉的這部分是我用來(lái)檢測(cè)IAR編譯程序是否使用硬件乘法器進(jìn)行測(cè)試。默認(rèn)情況下，乘法應(yīng)該是用硬件乘法器運(yùn)算的。默認(rèn)的設(shè)置如下:硬件乘法器是選中的，這時(shí)應(yīng)該是使用硬件乘法器的，但是我的調(diào)試結(jié)果顯示它沒(méi)有使用硬件乘法器，截圖下：MPV65635MPYS66535MAC65535MACS6553sRESLO

16、£553。RESHI1SUMEXT013/StopwatchdogtimertopreventWTCTL=kDTPK+WDTHOLD;Clklnit();/«嗓件乘法器的寄存器放毒NQtch地口<inta=0;>5*6;/蒯試無(wú)符號(hào)乘法A。MPY'；二九I運(yùn)行后乘法器相關(guān)位沒(méi)有對(duì)應(yīng)變化，如果使用的話，應(yīng)該變化。硬件乘法器不選中時(shí)，寄存器也沒(méi)有相應(yīng)變化，從這看，IAR沒(méi)有使用硬件乘法器；也許程序沒(méi)有優(yōu)化太多或是debug版本不使用硬件乘法器。如果需要直接使用硬件乘法器，有必要時(shí)把設(shè)置的硬件乘法器去掉，以防沖突。下面是直接使用硬件乘法器的一個(gè)實(shí)例：#include"msp430x16x.hunsignedintResult7;unsignedcharData17;unsignedcharData27;voidmain(void)(unsignedchari;WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/關(guān)看門(mén)狗for(i=0;i<7;i+)(Data1i=10*i;/對(duì)兩數(shù)組賦值Data2i=25*i;)for(i=0;i<7;i+)(MPY=Data1i;OP2=Data2i;_NOP();/延遲_NOP();_NOP();Resulti=RESLO;/保存結(jié)果，由于是8X8型，所以未用至ijRESHI;)這個(gè)程序用無(wú)