輕松學(xué)會(huì)dsp-第2章-硬件結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

輕松學(xué)會(huì)DSP——第2章-硬件結(jié)構(gòu)TIDSP命名規(guī)則TMS320C54x系列DSP的特性一、TMS320C54X硬件結(jié)構(gòu)GPI/OD(15-0)A(19-0)Program/DataBuses

TimerProgram/DataRAMCh0Ch1Ch2Ch3Ch4Ch5DMA

TimerProgram/DataROMPeripheralBusRND,SAT17x17MPY40-BitAdderMACShifter40-BitBarrel

(-16,31)EXPEncoder40-BitALUCMPSOperator

(VITERBI)ALUAccumulators40-BitACCA40-BitACCB8AuxiliaryRegisters2AddressingUnitsAddressingUnit

HostPort

Interface(HPI)MultichannelBuffered

SerialPort(McBSP)JTAGTest/

Emulation

ControlMultichannelBuffered

SerialPort(McBSP)

PLLClock

GeneratorS/WWaitstate

GeneratorPowerManagement功能框圖二、‘C54xDSP的組成及總線(xiàn)結(jié)構(gòu)1.

DSP的組成框圖17x17乘法累加單元飽和和舍入硬件2個(gè)40位的ACC1個(gè)40位的ALU1個(gè)40位的桶式移位寄存器暫存器指數(shù)編碼器程序和地址發(fā)生單元比較選擇存儲(chǔ)單元4條內(nèi)部總線(xiàn)功能強(qiáng)大的外部接口2.‘C54xDSP的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)地址總線(xiàn)（4條）：PAB、CAB、DAB、EAB:

傳送執(zhí)行指令所需的地址。程序總線(xiàn)PB／PAB：

從程序存儲(chǔ)器取指令和取操作數(shù)。數(shù)據(jù)總線(xiàn)(3條)CB/CAB、DB/DAB、EB/EAB：其中：C、D數(shù)據(jù)總線(xiàn)：傳送來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的操作數(shù)；E數(shù)據(jù)總線(xiàn)：將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。‘C54xDSP的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化核JTAGTEST/

EMLCONTROLROMRAM電源管理程序/數(shù)據(jù)總線(xiàn)

外設(shè)總線(xiàn)D(15-0)A(15-0)外設(shè)‘C54xDSP的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)中央算術(shù)邏輯單元外部存儲(chǔ)器M

U

X內(nèi)部存儲(chǔ)器M

U

X

E

SPALUSHIFTERBTMACAPCCNTLECDARs計(jì)數(shù)邏輯‘C54xDSP的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)16位0-waitROMEBusCBusDBusPBusExt’lMemI/F16位0-waitDARAM表:各種讀/寫(xiě)方法用到的總線(xiàn)讀/寫(xiě)

地址

總線(xiàn)

PB

數(shù)據(jù)

總線(xiàn)

方式

PAB

CAB

DAB

EAB

PB

CB

DB

EB

程序讀

ü

ü

程序?qū)?/p>

ü

ü

單數(shù)據(jù)讀

ü

ü

雙數(shù)據(jù)讀

ü

ü

ü

ü

長(zhǎng)數(shù)據(jù)(32位)讀

ü

(hw)

ü

(lw)

ü

(hw)

ü

(lw)

單數(shù)據(jù)寫(xiě)

ü

ü

數(shù)據(jù)讀/數(shù)據(jù)寫(xiě)

ü

ü

ü

ü

雙數(shù)據(jù)讀/系數(shù)讀

ü

ü

ü

ü

ü

ü

外設(shè)讀

ü

ü

外設(shè)寫(xiě)

ü

ü

注：hw=高16位字，lw=低16位字。

三、‘C54xDSP的中央處理單元到總線(xiàn)MACALU17X17MPY40BITADDERRND,SAT40BITALUCMPSOPERATOR

(VITERBI)EXPENCODER桶式移位寄存器累加器40BITBARREL(-16,31)40BITACCA40BITACCB尋址單元8輔助寄存器2尋址單元1.算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)ALU的輸入：X輸入端（2個(gè)來(lái)源）： 移位寄存器輸出

DB數(shù)據(jù)總線(xiàn)的操作數(shù)Y輸入端（4個(gè)來(lái)源）： 累加器A的數(shù)據(jù) 累加器B的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)總線(xiàn)CB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)

T寄存器中的數(shù)據(jù)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)ALU的輸出：ALU的輸出為40位；送往目的地：累加器A或累加器B2.累加器A和B保護(hù)位：防止計(jì)算過(guò)程中溢出AG、AH、AL、BG、BH、BL都是MMR累加器A和B的差別：A（31-16）可作為乘法器輸入39-3231-1615-0累加器AAGAHAL保護(hù)位高階位低階位39-3231-1615-0累加器BBGBHBL保護(hù)位高階位低階位3.桶形移位器桶形移位器輸入

DB（16位數(shù)）

DB、CB（32位數(shù)）累加器A或B（40位數(shù)）輸出

ALU的一個(gè)輸入端（40位數(shù)）

EB（16位數(shù)）桶形移位器的移位控制指令中的移位數(shù)就是移位的位數(shù)。移位數(shù)都是用2的補(bǔ)碼表示，正值表示左移，負(fù)值表示右移。移位數(shù)的來(lái)源：指令中的一個(gè)立即數(shù)(-16到15)；狀態(tài)寄存器ST1的累加器移位方式(ASM)位(-16到15)；或者T寄存器中最低6位的數(shù)值(-16到31)。例如:桶形移位器應(yīng)用舉例ADDA，-4,B;累加器A右移4位后加到累加器BADDA,ASM,B;累加器A按ASM規(guī)定移位后加到累加器BNORMA;按T寄存器中的數(shù)值對(duì)累加器歸一化桶形移位器的任務(wù)在ALU運(yùn)算前，對(duì)來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作數(shù)或者累加器的值進(jìn)行定標(biāo);對(duì)累加器的值進(jìn)行算術(shù)或邏輯移位對(duì)累加器歸一化處理對(duì)累加器的值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之前進(jìn)行定標(biāo)4.乘法器/加法器乘法器/加法器特點(diǎn)乘法器/加法器與一個(gè)40-bit的累加器在一個(gè)單指令周期里完成17x17-bit的二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算。乘法器/加法器單元由以下部分組成：乘法器，加法器，帶符號(hào)/無(wú)符號(hào)輸入控制，小數(shù)控制，零檢測(cè)器，舍入器（二進(jìn)制補(bǔ)碼），溢出/飽和邏輯和暫存器（TREG）。乘法器有兩個(gè)輸入：一個(gè)是從TREG，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)，或一個(gè)累加器中選擇；另一個(gè)則從程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，一個(gè)累加器或立即數(shù)中選擇。另外，乘法器和ALU在一個(gè)指令周期里共同執(zhí)行乘/累加（MAC）運(yùn)算和并行的ALU運(yùn)算。5.比較、選擇、存儲(chǔ)單元比較、選擇、存儲(chǔ)單元特點(diǎn)比較、選擇和存儲(chǔ)單元（CSSU）完成累加器的高位字和低位字之間的最大值比較，即選擇累加器中較大的字并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，改變狀態(tài)寄存器ST0中的測(cè)試/控制位和傳送寄存器（TRN）的值。同時(shí)，CSSU利用優(yōu)化的片內(nèi)硬件促進(jìn)Viterbi型蝶形運(yùn)算.6.指數(shù)編碼器7.CPU狀態(tài)和控制寄存器‘C54ｘ有3個(gè)狀態(tài)和控制寄存器:狀態(tài)寄存器0（ST0）(MMR:6)狀態(tài)寄存器1（ST1）(MMR:7)處理器工作方式狀態(tài)寄存器（PMST）(MMR:1D)PMST,ST0和ST1包括了各種條件和方式的狀態(tài)，PMST包括了存儲(chǔ)器配置狀態(tài)和控制信息。

狀態(tài)寄存器0（ST0）狀態(tài)寄存器ST0各狀態(tài)位的功能(1)位名稱(chēng)復(fù)位值功

能15-13ARP000輔助寄存器指針。這3位字段是在間接尋址單操作數(shù)時(shí)，用來(lái)選擇輔助寄存器的。當(dāng)DSP處在標(biāo)準(zhǔn)方式時(shí)(CMPT=0)，ARP必定置成0。12TC1測(cè)試/控制標(biāo)志位。TC保存ALU測(cè)試位操作的結(jié)果。TC受BIT、BITF、BITT、CMPM、CMPR、CMPS以及SFTC等指令影響。可以由TC的狀態(tài)(1或0)，決定條件分支轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用以及返回指令是否執(zhí)行。如果下列條件成立，則TC=1：l

由BIT或BITT指令所測(cè)試的位等于1。l

執(zhí)行CMPM、CMPR或CMPS比較指令時(shí)，比較一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的值與一個(gè)立即操作數(shù)、AR0與另一個(gè)輔助寄存器、或者一個(gè)累加器的高字與低字的條件成立。l

用SFTC指令測(cè)試某個(gè)累加器的第31位和第30位彼此不相同。狀態(tài)寄存器ST0各狀態(tài)位的功能(2)累加器算術(shù)移位累加器邏輯移位條件分支轉(zhuǎn)移條件返回條件調(diào)用條件執(zhí)行狀態(tài)寄存器ST0各狀態(tài)位的功能(3)狀態(tài)寄存器1（ST1）狀態(tài)寄存器ST1各狀態(tài)位的功能(1)狀態(tài)寄存器ST1各狀態(tài)位的功能(2)狀態(tài)寄存器ST1各狀態(tài)位的功能(3)狀態(tài)寄存器ST1各狀態(tài)位的功能(4)處理器工作方式狀態(tài)寄存器（PMST）寄存器PMST各狀態(tài)位的功能(1)寄存器PMST各狀態(tài)位的功能(2)寄存器PMST各狀態(tài)位的功能(3)寄存器PMST各狀態(tài)位的功能(4)四、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間分為程序空間，數(shù)據(jù)空間，I/O空間存儲(chǔ)器有ROM和RAM，其中，RAM又可以分為SARAM和DARAMsingle-accessRAM單訪(fǎng)問(wèn)RAMdouble-accessRAM雙訪(fǎng)問(wèn)RAM存儲(chǔ)器功能程序空間包含執(zhí)行指令和常量數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)空間用于存放指令的操作數(shù)I/O空間用于存儲(chǔ)器映射外設(shè)和存放數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器‘C54ｘ存儲(chǔ)空間（至少192K字）：至少64K字程序存儲(chǔ)空間

64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間

64K字I/O空間‘C5402的程序存儲(chǔ)空間可擴(kuò)展到1M字表:TMS320C5402片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)存儲(chǔ)器：不需要插入等待狀態(tài)，成本低，功耗小。片外存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)空間大1.存儲(chǔ)器的配置處理器工作方式狀態(tài)寄存器（PMST）中的3個(gè)狀態(tài)位與片內(nèi)存儲(chǔ)器的關(guān)系：MP/MC位：若MP/MC=0，則片內(nèi)ROM安排到程序空間若MP/MC=1,則片內(nèi)ROM不安排到程序空間OVLY位：若OVLY=1，則片內(nèi)RAM安排到程序和數(shù)據(jù)空間若OVLY=0，則片內(nèi)RAM只安排到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間DROM位：當(dāng)DROM=1，則部分片內(nèi)ROM安排到數(shù)據(jù)空間當(dāng)DROM=0，則片內(nèi)ROM不安排到數(shù)據(jù)空間DROM如何用法與MP/MC的用法無(wú)關(guān)5402存儲(chǔ)器的配置2.程序存儲(chǔ)器C5402的外部程序存儲(chǔ)器可尋址1M字片內(nèi)ROM、DARAM都可以映象為程序存儲(chǔ)器當(dāng)PAGEN（程序地址生成器）發(fā)出的地址處片上內(nèi)存儲(chǔ)器地址范圍地址以外時(shí)，CPU將自動(dòng)對(duì)外部尋址表：TMS320C5402片內(nèi)程序存儲(chǔ)器‘C54ｘ片內(nèi)2K字ROM（F800h~FFFFｈ）中的內(nèi)容(ＴI公司定義)自舉加載程序，可從串行口、外部存儲(chǔ)器、I/O口、或者主機(jī)接口自舉加載。256字μ律壓擴(kuò)表。256字A律壓擴(kuò)表。256字正弦函數(shù)值查找表。中斷向量表。3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器‘C54ｘ數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量64K字片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：SRAM，DARAM

通過(guò)軟件，片內(nèi)ROM可以映象為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間當(dāng)CPU發(fā)出的地址落在片上存儲(chǔ)器范圍外部時(shí)，將自動(dòng)地對(duì)外部存儲(chǔ)器空間尋址5402的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)RAM前1K配置圖MMR存儲(chǔ)器映象CPU寄存器：不需要插入等待周期MMR存儲(chǔ)器映象外圍電路寄存器：至少需要兩個(gè)周期表：存儲(chǔ)器映象CPU寄存器數(shù)據(jù)空間分頁(yè)機(jī)制原理4.I/O存儲(chǔ)器I/O存儲(chǔ)空間：64K字I/O存儲(chǔ)空間全部片外訪(fǎng)問(wèn)I/O空間指令：PORTR，PORTW五TMS320C54x片內(nèi)外設(shè)簡(jiǎn)介1．通用I/O引腳2．定時(shí)器3．時(shí)鐘發(fā)生器4．主機(jī)接口（HPI）5．串行口6．軟件可編程等待狀態(tài)控制7．可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯1等待狀態(tài)控制目的是DSP訪(fǎng)問(wèn)低速外部存儲(chǔ)器時(shí)，自動(dòng)插入等待周期軟件等待狀態(tài)寄存器(SWWSR)，是存儲(chǔ)器映射寄存器，位于數(shù)據(jù)空間0028h軟件等待狀態(tài)控制寄存器（SWCR），是存儲(chǔ)器映射寄存器，位于數(shù)據(jù)空間002Bh可編程塊切換邏輯控制寄存器（BSCR）是存儲(chǔ)器映射寄存器，位于數(shù)據(jù)空間0029h軟件等待狀態(tài)寄存器(SWWSR)目的：與慢速存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備接口產(chǎn)生等待狀態(tài)的兩種方法：（1）軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器最多可使外部總線(xiàn)周期延長(zhǎng)7個(gè)T（2）軟件和硬件混合產(chǎn)生等待狀態(tài)軟件等待狀態(tài)寄存器框圖軟件等待狀態(tài)寄存器(SWWSR)軟件等待狀態(tài)寄存器(SWWSR)軟件等待狀態(tài)寄存器

（