《DSP器件及應(yīng)用》課件第2章

第2章TMS320‘C2000DSP的硬件結(jié)構(gòu)

2.1TMS320‘C2000的總線結(jié)構(gòu)2.2TMS320‘C2000的CPU結(jié)構(gòu)2.3TMS320‘C2000的存儲器與I/O空間2.4TMS320‘C2000的程序控制2.5TMS320‘C20x的片內(nèi)外設(shè)2.6TMS320‘C24xx的功能結(jié)構(gòu)2.7小結(jié)

TMS320‘C2000系列芯片是16位定點DSP芯片，屬于第二代定點DSP的衍生代產(chǎn)品，具有優(yōu)化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、更快的速度、更多的片內(nèi)資源及更小的體積和功耗，適合數(shù)字采集、快速控制、音頻等多種應(yīng)用。

TMS320C'2000DSP的體系結(jié)構(gòu)采用改進型哈佛結(jié)構(gòu)，其程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分別獨立且有各自的總線結(jié)構(gòu)。TMS320'C2000系列芯片有3個主要的組成部分，即中央處理單元(CPU)、片內(nèi)存儲器和片內(nèi)外設(shè)。圖2.1為TMS320'C2000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，圖中清晰地表明了CPU的結(jié)構(gòu)及CPU各部件之間的關(guān)系。所有的TMS320'C2000系列器件都采用同樣的中央處理單元、總線結(jié)構(gòu)和指令集，不同的器件則具有不同的片內(nèi)存儲器配置和片內(nèi)外設(shè)。圖2.1TMS320'C2000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

2.1TMS320‘C2000的總線結(jié)構(gòu)

6條各自獨立的16位總線的總線結(jié)構(gòu)賦予TMS320’C2000DSP強大的內(nèi)部數(shù)據(jù)通信功能，使數(shù)據(jù)在各部件間交換順暢，并可在同一時鐘周期內(nèi)并發(fā)使用，從而得到優(yōu)越的性能。圖2.2給出了TMS320‘C2000DSP總線結(jié)構(gòu)框圖，TMS320’C2000內(nèi)部正是圍繞著這6條16位總線構(gòu)造的，分別介紹如下：

(1)?PAB(ProgramAddr.Bus)：程序地址總線，提供讀/寫程序存儲器的地址。

(2)?DRAB(Data-ReadAddr.Bus)：數(shù)據(jù)讀地址總線，提供讀數(shù)據(jù)存儲器的地址。

(3)?DWAB(Data-WriteAddr.Bus)：數(shù)據(jù)寫地址總線，提供寫數(shù)據(jù)存儲器的地址。

(4)?PRDB(ProgramReadBus)：程序讀總線，承載指令碼，傳送立即操作數(shù)及表信息，實現(xiàn)從程序存儲器到CPU的傳輸。圖2.2TMS320'C2000總線結(jié)構(gòu)框圖

(5)?DRDB(DataReadBus)：數(shù)據(jù)讀總線，提供數(shù)據(jù)傳送通道，把源操作數(shù)從數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器傳送(讀入)到CPU(如中央算術(shù)邏輯單元CALU、硬件乘法器和輔助寄存器算術(shù)單元ARAU等)中。

(6)?DWEB(DataWriteBus)：數(shù)據(jù)寫總線，提供數(shù)據(jù)傳送通道，把目標操作數(shù)(或運算結(jié)果)從CPU(如中央算術(shù)邏輯單元CALU、硬件乘法器和輔助寄存器算術(shù)單元ARAU等)傳送(寫出)到數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器中。

TMS320‘C2000總線結(jié)構(gòu)特點如下：

(1)采用各自獨立的數(shù)據(jù)地址總線分別用于讀數(shù)據(jù)(DRAB)和寫數(shù)據(jù)(DWAB)，因此，CPU的讀和寫可在一個周期內(nèi)進行。

(2)獨立的程序空間和數(shù)據(jù)空間允許CPU同時訪問程序指令和數(shù)據(jù)。

由以上的總線結(jié)構(gòu)特點可以看出：讀程序、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)分別采用各自分開的地址總線及數(shù)據(jù)傳送總線，將取指、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)分成3個不同的空間，這樣在1個時鐘周期內(nèi)可進行訪問指令代碼、讀數(shù)據(jù)、保存運算結(jié)果3種不同的操作，前提是程序代碼和讀/寫片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器不在同一區(qū)塊上，而程序置于片外也無妨。又因為ARAU與CPU的其它運算部件可并行運作，所以在同一周期內(nèi)將產(chǎn)生出新的地址。這種并行機制可以支持在單個機器周期內(nèi)完成一組算術(shù)、邏輯、位操作運算。例如，單周期乘累加指令(如MPYA)在1個周期里完成操作數(shù)(乘數(shù))的讀入、與被乘數(shù)(T寄存器值)的乘積、前次乘積與累加器值的累加、下次操作數(shù)地址的變更、后面指令代碼的讀入等多個操作，而在重復(fù)執(zhí)行的MACD指令里還要做一次當前操作數(shù)向高存儲單元移位的操作。這種并行操作既離不開硬件乘法器和中央算術(shù)邏輯單元，又依賴于多總線結(jié)構(gòu)。

在這里需要指出的是，由于TMS320'C2000具有豐富的片內(nèi)存儲資源，為了減少其外部引腳和減小體積，將3套內(nèi)部總線合并為1套外部擴展總線，分離的程序和數(shù)據(jù)空間在外存儲器中通過1套地址/數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用，因此，同時使用外部擴展程序/數(shù)據(jù)存儲器會降低TMS320'C2000DSP的性能。

2.2TMS320‘C2000的CPU結(jié)構(gòu)

CPU部分是DSP的核心，是整個芯片的指揮部件。所有的TMS320’C2000系列DSP都具有相同的CPU結(jié)構(gòu)。TMS320‘C2000DSP的CPU主要包括以下幾個部分：

(1)?32位中央算術(shù)邏輯單元CALU；

(2)?32位累加器ACC；

(3)用于CALU的輸入與輸出數(shù)據(jù)定標移位器；

(4)?16位×16位硬件乘法器MUL；

(5)乘積比例移位器；

(6)數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯，含8個輔助寄存器和1個輔助寄存器算術(shù)單元ARAU；

(7)程序地址產(chǎn)生邏輯。

TMS320'C2000CPU的運算部件結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。顯然，該CPU運算部件包括以下3個主要部件：輸入定標部分、乘法部分和中央算術(shù)邏輯部分。CPU的運算部件是DSP最核心的部分，我們將對DSP的運算部件進行詳細介紹。數(shù)據(jù)地址發(fā)生器在CPU中是一個重要而較為獨立的單元部件，有必要專門作為一個小節(jié)討論；同樣，程序地址產(chǎn)生邏輯也將作為一個專門的部分，在程序控制一節(jié)講述。而CPU中的狀態(tài)寄存器ST0和ST1除提供運算的標志位外，還提供對整個DSP的工作模式、直接尋址等的控制，因此這部分也單列出來分析。圖2.3TMS320'C2000CPU的運算部件2.2.1輸入定標部分

32位輸入數(shù)據(jù)定標移位器(ISCALE)的功能是把來自存儲器的16位數(shù)據(jù)左移0～16位變成32位送往中央算術(shù)邏輯單元(CALU)，以與32位的CALU對齊。為了進行數(shù)據(jù)的比例運算和邏輯操作，這種對齊是必要的。作為程序或數(shù)據(jù)空間與CALU之間數(shù)據(jù)通路的一部分，輸入數(shù)據(jù)定標移位器的操作無需額外的時鐘周期開銷。圖2.4示出了輸入數(shù)據(jù)定標移位器的輸入、輸出和移位計數(shù)的關(guān)系。圖2.4輸入數(shù)據(jù)定標移位器的輸入、輸出和移位計數(shù)的關(guān)系輸入數(shù)據(jù)定標移位器(輸入移位器)的16位輸入來自于復(fù)工器MUX，而MUX根據(jù)指令代碼可選擇兩種來源的輸入：

(1)數(shù)據(jù)讀總線(DRDB)，該輸入值來自于存放指令操作數(shù)的數(shù)據(jù)存儲器。

(2)程序讀總線(PRDB)，該輸入值為指令操作數(shù)給出的常數(shù)值。

輸入數(shù)據(jù)定標移位器的輸出則是經(jīng)移位后的32位輸出，和CALU已經(jīng)對齊，作為CALU運算的一個輸入量。移位方式如下：

(1)均進行左移：左移時，沒有使用的低位LSB以0填充，而沒有用到的高位MSB則根據(jù)狀態(tài)寄存器ST1中的符號擴展模式位(SXM)的設(shè)置情況決定填入0還是進行符號擴展。當SXM?=?0時，不做符號擴展，此時未用到的高位(MSB)填入0；當SXM?=?1時，做符號擴展，此時將輸入數(shù)據(jù)的符號位(最高位)擴展到未用到的高位(MSB)上。這兩種情況下的移位操作分別如圖2.5和圖2.6所示。圖2.5SXM?=?0時輸入數(shù)據(jù)定標移位器的操作圖2.6SXM?=?1時輸入數(shù)據(jù)定標移位器的操作

(2)移位次數(shù)確定：該輸入移位器可做0～16位的左移操作，次數(shù)N可在指令中以常數(shù)的方式確定，也可以由T寄存器的低4位給出。而后者，由于T寄存器的值隨時可以修改(動態(tài)確定)，因此更能滿足系統(tǒng)的性能要求。2.2.2乘法部分

借助于16位×16位的硬件乘法器，TMS320‘C2000系列DSP可以在一個周期內(nèi)完成帶符號數(shù)或無符號數(shù)的2的補碼的乘法運算。圖2.7給出了乘法部件的示意圖。可見，硬件乘法器包括4個部件，即T寄存器(TREG)、乘法器、P寄存器(PREG)和乘積移位器(ProductShifter)。圖2.7TMS320'C2000CPU的乘法部件

(1)?T寄存器(TREG)：16位的暫存寄存器，用來保存乘法運算中的其中一個乘數(shù)。此外，它也可作為輸入移位器的移位次數(shù)。T寄存器可直接加載。

(2)乘法器：16位×16位，結(jié)果為32位，單周期完成。其中，一個16位輸入值為T寄存器內(nèi)容，T寄存器在乘法實現(xiàn)之前預(yù)先加載。另一個16位輸入值為來自于數(shù)據(jù)存儲器的直接/間接尋址的操作數(shù)，或來自于程序存儲器的立即操作數(shù)。乘積結(jié)果送到32位P寄存器中。

(3)P寄存器(PREG)：32位的乘積寄存器，用來保存32位乘積結(jié)果，也可預(yù)先加載而提供乘累加指令的初值，這樣就可避免由于初值的不確定而出現(xiàn)的混亂。輸出時其值被復(fù)制到乘積移位器。

(4)乘積移位器(ProductShifter)：通過乘積移位器對32位乘積結(jié)果先進行定標移位，然后再將全部的32位送進CALU去累加，或經(jīng)指令SPH(或SPL)將乘積移位器的高位字或低位字分別保存到數(shù)據(jù)存儲器中。乘積移位器有4種移位模式，由狀態(tài)寄存器ST1中的乘積移位模式位(PM)的設(shè)置情況決定，如表2.1所示。

利用乘法器、TREG和PREG，TMS320'C2000可高效地實現(xiàn)基本的DSP運算，如卷積、相關(guān)和濾波等。每條乘法指令有效的執(zhí)行時間短至一個CPU周期。

表2.1乘積移位器的移位模式注：Q31格式是一種二進制小數(shù)格式，該格式是在二進制小數(shù)點的后面有31位二進制數(shù)。2.2.3中央算術(shù)邏輯部分

中央算術(shù)邏輯部分為CPU中使用次數(shù)最多的運算部件，包括中央算術(shù)邏輯單元(CALU)、累加器(ACC)和輸出移位器(OutputShifter)3個部分。圖2.8為中央算術(shù)邏輯部分示意圖。圖2.8TMS320'C2000CPU的中央算術(shù)邏輯部分

1．中央算術(shù)邏輯單元(CALU)

CALU的功能是完成各種算術(shù)運算和邏輯操作，包括16位加法運算、16位減法運算、布爾邏輯操作、位操作(位測試、移位和循環(huán)移位，其中移位和循環(huán)移位由ACC完成)。這些操作大多數(shù)可在單周期內(nèi)完成。

CALU的輸入為ACC和一個操作數(shù)，該操作數(shù)可來自于輸入移位器(InputShifter)或乘積移位器(ProductShifter)，由不同的指令來選取。

CALU的輸出直接送ACC，再通過輸出移位器送數(shù)據(jù)存儲器保存。

CALU中的大多運算受符號擴展模式位SXM的影響，當SXM?=?0時，進行無符號數(shù)運算操作；當SXM?=?1時，進行有符號數(shù)運算操作，要做符號擴展。

2．累加器(ACC)

累加器ACC的功能是存儲CALU的操作結(jié)果，它可分為高16位部分(ACCH)和低16位部分(ACCL)。在ACC中可完成移位和循環(huán)移位(包含進位位)的位操作，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的定標或邏輯位的測試控制。與ACC關(guān)聯(lián)的狀態(tài)位有以下4個：

(1)進位位(C)：當CALU進行加法或減法運算時，若相加不產(chǎn)生進位或相減產(chǎn)生借位，則C被復(fù)位(C?=?0)(例外：高16位加指令若相加不產(chǎn)生進位，則不影響C)；若相加產(chǎn)生進位或相減不產(chǎn)生借位，則C被置位(C?=?1)(例外：高16位減指令若相減不產(chǎn)生借位，則不影響C)。另外，ACC做位操作時，左移或循環(huán)左移，ACC的最高位進入C，且循環(huán)左移時C進入ACC的最低位；右移或循環(huán)右移，ACC的最低位進入C，且循環(huán)右移時C進入ACC的最高位。

(2)溢出模式位(OVM)：決定ACC進行運算時產(chǎn)生溢出的方式。當OVM?=?0時，正常溢出；當OVM?=?1時，極值溢出(正溢出為7FFFFFFFh；負溢出為80000000h)。

(3)溢出標志位(OV)：運算時若累加器不產(chǎn)生溢出，則清零(OV?=?0)；若產(chǎn)生溢出(不管是正溢出還是負溢出)，則置位(OV?=?1)。

(4)測試/控制標志位(TC)：根據(jù)測試指令及被測位的值設(shè)置TC為0或1。

3．輸出移位器(OutputShifter)

輸出移位器(或稱為輸出數(shù)據(jù)定標移位器)的32位輸入接累加器的32位輸出，而其16位輸出接到寫數(shù)據(jù)總線。該輸出移位器的功能是首先拷貝累加器的32位值，然后對其左移，移位時高位丟棄，低位補0。具體移位數(shù)由指令指定，可移動0～7位。最后將移位器中的高位字或低位字保存到數(shù)據(jù)存儲器中(用SACH指令可保存ACC高位字，用SACL指令可保存ACC低位字)，而累加器的內(nèi)容保持為移位前的值不變。圖2.9和圖2.10分別表示了這兩種關(guān)系。移位不單獨占用周期。圖2.9移位并保存ACC高位字圖2.10移位并保存ACC低位字2.2.4輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)和輔助寄存器

CPU還有一個與中央算術(shù)邏輯單元(CALU)無關(guān)的算術(shù)單元，這就是輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)。ARAU的主要功能是對8個16位輔助寄存器(AR7～AR0)執(zhí)行算術(shù)運算，該操作可與CALU中的操作并行進行。圖2.11提供了ARAU及相關(guān)邏輯的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.11TMS320'C2000CPU的ARAU及相關(guān)邏輯的結(jié)構(gòu)示意圖

8個輔助寄存器(AR7～AR0)提供了靈活而有效的間接尋址(后續(xù)章節(jié)將專門討論)，此時ARAU可用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲器地址。通過輔助寄存器中的16位地址可以訪問64KW數(shù)據(jù)存儲器地址空間的任意單元。

狀態(tài)寄存器中有兩個專用的3位(bit15～bit13)，分別用做輔助寄存器指針(ARP)和輔助寄存器指針緩沖器(ARB)。ARP用于選擇8個輔助寄存器中的其中一個，ARP?=?0時選擇AR0，ARP?=?1時選擇AR1，…，ARP?=?7時選擇AR7。被ARP選中的輔助寄存器稱為當前輔助寄存器。ARP可通過指令直接加載或修改，也可通過間接尋址的輔助操作來修改或加載。ARB為ARP的緩沖寄存器，它總是復(fù)制當前ARP的值，其用途主要是避免狀態(tài)寄存器進、出軟堆棧時破壞ARP。

ARAU的輸出有3條通道。當處理一條指令時，當前AR的內(nèi)容用做訪問數(shù)據(jù)存儲器的地址。如果是讀數(shù)據(jù)指令，ARAU就把該地址送到數(shù)據(jù)讀地址總線(DRAB)；如果是寫數(shù)據(jù)指令，ARAU就把該地址送到數(shù)據(jù)寫地址總線(DWAB)。指令執(zhí)行完后，當前AR的內(nèi)容通過ARAU進行無符號的算術(shù)運算，從而被更新。當需保存某個輔助寄存器(ARx)的值時，便接通數(shù)據(jù)寫總線(DWEB)。

ARAU對ARx進行運算以產(chǎn)生指令所要求的地址，其運算包括以下幾種情況：

(1)對輔助寄存器線性增量或減量：+/－1或+/－AR0；

(2)對輔助寄存器加一個常數(shù)或減去一個常數(shù)，該常數(shù)為8位常數(shù)；

(3)把AR0的內(nèi)容與當前AR的內(nèi)容進行比較(CMPR指令)，結(jié)果影響TC標志(通過DWEB修改狀態(tài)寄存器ST1中的TC位)。通常ARAU在流水線的譯碼階段(指定操作的指令正在被譯碼時)進行它的算術(shù)運算，這就能在下條指令譯碼之前產(chǎn)生地址。有一例外情況，就是在處理NORM指令時，在流水線的執(zhí)行階段修改輔助寄存器和/或ARP。

輔助寄存器除用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲器地址外，還有其它用途。例如：①通過CMPR指令，使輔助寄存器支持條件分支、調(diào)用和返回，即上面的(3)運算；②當做通用寄存器或軟件計數(shù)器使用。2.2.5狀態(tài)寄存器ST0與ST1

兩個16位的狀態(tài)寄存器ST0、ST1是用來表明操作的當前狀態(tài)和操作控制的。它們既可保存在數(shù)據(jù)存儲器中，也可由數(shù)據(jù)存儲器來加載。因此可用指令對這兩個寄存器進行讀和寫，從而可保存或恢復(fù)子程序的操作/執(zhí)行狀態(tài)。

用LST(加載狀態(tài)寄存器)指令可對ST0和ST1進行寫(INTM位除外，它不受LST的影響)，而用SST(保存狀態(tài)寄存器)指令可對ST0和ST1進行讀并保存。可用SETC或CLRC指令對ST1、ST2中的某些位單獨置位或清零。例如，可用SETCSXM指令將符號擴展模式置1，用CLRCSXM將其清0，而其它位不受影響。圖2.12和圖2.13分別給出了狀態(tài)寄存器ST0、?ST1各位的定義。其中有些位是保留的(陰影部分)，讀出時為1，寫入時不受影響。R表示可讀，W表示可寫，－x表示不受復(fù)位影響，－0表示復(fù)位時清零，－1表示復(fù)位時置位。圖2.12狀態(tài)寄存器ST0各位的定義圖2.13狀態(tài)寄存器ST1各位的定義

1．狀態(tài)寄存器ST0

狀態(tài)寄存器ST0各位的功能介紹如下：

●?D15～D13

ARP——輔助寄存器指針(AuxiliaryRegisterPointer)。在間接尋址模式中該位用于選擇當前使用的輔助寄存器AR0～AR7。使用MAR指令、LST指令和間接尋址訪問存儲器指令可以加載ARP。當ARP被裝載時，先前的ARP值被復(fù)制到ARB緩沖器中(LST指令除外)。

●?D12

OV——溢出標志位(OverflowFlagBit)。OV＝1，表示CALU運算發(fā)生了溢出。溢出時，OV位保持置位狀態(tài)，直到被復(fù)位指令、條件轉(zhuǎn)移指令或LST指令清0。●?D11

OVM——溢出模式位(OverflowModeBit)。OVM決定當CALU發(fā)生溢出時的處理方式。當累加器處于溢出方式(OVM?=?1)且發(fā)生溢出時，產(chǎn)生下面兩種情況：

(1)溢出方向為正(正向溢出)，累加器被最大正數(shù)(7FFFFFFFh)填充。

(2)溢出方向為負(負向溢出)，累加器被最小負數(shù)(80000000h)填充。

當OVM=0時，按正常情況處理累加器，用SETCOVM或CLRCOVM指令可將該位置1或清0，LST指令可修改OVM?！?D9

INTM——中斷模式位(InterruptModeBit)。該位用來允許或禁止所有的可屏蔽中斷。INTM?=?0，使能所有可屏蔽中斷；INTM?=?1，禁止所有可屏蔽中斷。

用SETCINTM或CLRCINTM指令可對該位置1或清0；?LST指令不能影響INTM位；INTM不影響不可屏蔽中斷、復(fù)位以及軟件啟動的中斷；發(fā)生中斷(TRAP指令除外)及復(fù)位時INTM置1。

●?D8～D0

DP——數(shù)據(jù)存儲器頁指針(DataPagePointer)。當一條指令采用直接尋址方式時，這個9位的DP字段與指令中的低7位拼接起來形成數(shù)據(jù)存儲器的16位地址。

2．狀態(tài)寄存器ST1

狀態(tài)寄存器ST1各位的功能介紹如下：

●?D15～D13

ARB——輔助寄存器指針緩存器(AuxiliaryRegisterPointerBuffer)。除LST指令外，每當加載輔助寄存器指針(ARP)時，ARP原來的值就拷貝到ARB。當用LST指令加載ARB時，同樣的值也拷貝到ARP。

●?D12

CNF——片內(nèi)DARAM配置位(On-chipDARAMConfigurationBit)。該位決定可配置的雙訪問RAM(B0)塊映射到數(shù)據(jù)空間(CNF?=?0)還是映射到程序空間(CNF?=?1)。SETCCNF或CLRCCNF可對該位置1或清0，復(fù)位時CNF?=?0?！?D11

TC——測試/控制標志位(Test/ControlFlagBit)。TC在以下情況下置1：由BIT或BITT測試的位是1時置1；被CMPR測試的當前輔助寄存器和AR0之間的比較條件成立時置1；用NORM指令測試時，累加器最高兩位異或結(jié)果為1(相異)時置1。LST指令可改變TC值。

●?D10

SXM——符號擴展模式位(InterruptModeBit)。若SXM?=?0，禁止符號擴展；若SXM?=?1，則移位時進行符號擴展。某些指令不受SXM的控制，例如ADDS指令，不管SXM如何，都禁止符號擴展。SETCSXM或CLRCSXM指令將該位置1或清0，通過LST指令可對其加載，復(fù)位時SXM置1。

●?D9

C——進位位(CarryBit)。C?=?0時，相減有借位或相加無進位；C?=?1時，相加有進位或相減無借位。

累加器的值循環(huán)移動：左移時，最高位進入C；右移時，最低位進入C。用SETC、CLRC、LST指令可影響C，復(fù)位時C位置1?！?D4

XF——XF引腳狀態(tài)位(XFPinStatusBit)。SETCXF將XF置1，CLRC將XF清0，LST指令可修改XF，復(fù)位時XF置1。

●?D1～D0

PM——乘積移位模式(ProductShiftMode)。PM決定乘積寄存器(PREG)的值在送往CALU或數(shù)據(jù)存儲器時如何進行移位。移位模式見表2.1。復(fù)位時PM置00。2.2.6系統(tǒng)配置寄存器

TMS320‘C20x器件沒有系統(tǒng)配置寄存器。TMS320LF/LC240x的系統(tǒng)配置寄存器包括兩個系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器(SCSR1和SCSR2)，這兩個寄存器均為存儲器映射寄存器，它們分別對TMS320’C240x的系統(tǒng)信號和片內(nèi)外設(shè)模塊進行選擇配置。

1．系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器1(SCSR1)——地址7018h

圖2.14為SCSR1各位的定義，其中各符號的意義同圖2.12和圖2.13，圖2.15也是如此。圖2.14SCSR1各位的定義

SCSR1各位的功能如下：

●?D15

Reserved——保留位。

●?D14

CLKSRC——CLKOUT引腳時鐘源選擇位。CLKSRC為0時，CLKOUT引腳輸出CPU時鐘；CLKSRC為1時，CLKOUT引腳輸出看門狗時鐘WDCLK。

●?D13～D12

LPM——低功耗模式選擇位，指明CPU在執(zhí)行IDLE指令時芯片進入哪一種低功能模式。LPM1、LPM0的狀態(tài)及對應(yīng)的低功耗模式如下：

LPM1LPM0 模式

0 0 IDLE1(LMP0)模式

0 1 IDLE2(LPM1)模式

1 x HALT(LPM2)模式

●?D11～D9

CLKPS——PLL時鐘預(yù)定標選擇位，這3位對輸入時鐘頻率fin選擇PLL倍頻系數(shù)，其狀態(tài)及對應(yīng)的系統(tǒng)時鐘頻率如下：

CLKPS2

CLKPS1 CLKPS0 系統(tǒng)時鐘頻率

0 0

0

4×fin

0 0

1

2×fin

0 1

0

1.33×fin

0 1

1

1×fin

1 0

0

0.8×fin

1 0

1

0.66×fin

1 1

0

0.57×fin

1 1

1

0.5×fin

●?D8

Reserved——保留位。●?D7

ADCCLKEN——模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊時鐘使能控制位。該位為0時，禁止ADC模塊的時鐘；該位為1時，使能ADC模塊的時鐘，且正常運行。

●?D6

SCICLKEN——串行通信接口(SCI)模塊時鐘使能控制位。該位為0時，禁止SCI模塊的時鐘；該位為1時，使能SCI模塊的時鐘，且正常運行。

●?D5

SPICLKEN——串行外設(shè)接口(SPI)模塊時鐘使能控制位。該位為0時，禁止SPI模塊的時鐘；該位為1時，使能SPI模塊的時鐘，且正常運行。●?D4

CANCLKEN——控制器局域網(wǎng)(CAN)模塊時鐘使能控制位。該位為0時，禁止CAN模塊的時鐘；該位為1時，使能CAN模塊的時鐘，且正常運行。

●?D3

EVBCLKEN——事件管理器B(EVB)模塊時鐘使能控制位。該位為0時，禁止EVB模塊的時鐘；該位為1時，使能EVB模塊的時鐘，且正常運行。

●?D2

EVACLKEN——事件管理器A(EVA)模塊時鐘使能控制位。該位為0時，禁止EVA模塊的時鐘；該位為1時，使能EVA模塊的時鐘，且正常運行?！?D1

Reserved——保留位。

●?D0

ILLADR——無效地址檢測位。當檢測到一個無效地址時，該位被置1。被置1后該位需要通過用戶軟件清0。向該位寫1可將其清0。在初始化程序中應(yīng)將該位清0。檢測到一個非法地址時將會產(chǎn)生一個不可屏蔽中斷(NMI)。

2．系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器2(SCSR2)——地址7019h

圖2.15為SCSR2各位的定義。

SCSR2各位的功能如下：

●?D15～D7

Reserved——保留位。圖2.15SCSR2各位的定義●?D6

I/PQUAL——輸入時鐘限定器，用來限定輸入到CAP1～6、XINT1～2、ADCSOC及PDPINTA/B引腳上的信號被正確鎖存需要的最小脈沖寬度，引腳內(nèi)部的輸入狀態(tài)只有在脈沖達到這個寬度之后才改變。當這些引腳作為I/O功能使用時，該位無效。

D6 輸入時鐘限定

0至少5個時鐘周期

1至少11個時鐘周期

該位僅針對240xA器件，不針對240x器件?！?D5

WDOVERRIDE——WD保護位。復(fù)位后為1，向該位寫1可將其清0。但不能通過軟件使該位為1。該位用來控制是否允許用戶用軟件禁止WD工作(將程序監(jiān)視控制器寄存器WDCR中的WDDIS位置1)。當該位為0時，用戶不能通過軟件來禁止WD；當該位為1時，復(fù)位值，用戶可以通過軟件來禁止WD工作。

●?D4

XMIFHi-Z——外部存儲器接口信號(XMIF)高阻控制位。當該位為0時，所有XMIF信號為正常驅(qū)動模式；當該位為1時，所有XMIF信號為高阻態(tài)?！?D3

引導(dǎo)ROM使能位。該位反映了/XF引腳在復(fù)位時的狀態(tài)，該位可被軟件改變。當該位為0時，使能引導(dǎo)ROM，地址空間0000h～00FFh被片內(nèi)引導(dǎo)ROM塊占用。該方式禁止使用Flash存儲器。當該位為1時，禁止引導(dǎo)ROM，對TMS320LF2407A和TMS320LF2406A片內(nèi)Flash程序存儲器映射地址范圍為0000h～7FFFh，對TMS320LF2402A地址范圍為0000h～1FFFh?！?D2

微處理器/微控制器選擇位。該位反映了器件復(fù)位時引腳上的狀態(tài)。復(fù)位之后，可通過軟件來改變這一位以控制存儲器映射到片內(nèi)或片外。當該位為0時，器件設(shè)置為微控制器方式，程序地址0000h～7FFFh被映射到片內(nèi)(即Flash)；當該位為1時，器件設(shè)置為微處理器方式，程序地址0000h～7FFFh被映射到片外(用戶需提供外部存儲器)。

●?D1～D0

DONPON——程序/數(shù)據(jù)空間選擇位。 DON

PON SARAM狀態(tài)

0 0 地址空間不被映射，該空間被分

配到外部存儲器

0 1 SARAM被映射到片內(nèi)程序空間

1 0 SARAM被映射到片內(nèi)數(shù)據(jù)空間

1 1 SARAM既被映射到片內(nèi)程序空

間又被映射到片內(nèi)數(shù)據(jù)空間

2.3TMS320‘C2000的存儲器與I/O空間

TMS320'C2000DSP的存儲器結(jié)構(gòu)基于改進型哈佛結(jié)構(gòu)，采用獨立的程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和I/O空間，即它們可以有相同的地址，而它們的訪問通過控制線來區(qū)分。除此之外，數(shù)據(jù)存儲器還分為局部數(shù)據(jù)存儲器和全局數(shù)據(jù)存儲器，這二者也可共用相同的地址空間，它們的訪問除了通過不同的控制線來區(qū)分以外，還受全局存儲器分配寄存器(GREG)的控制。程序、數(shù)據(jù)、I/O這三個存儲空間可以通過三組16位并行地址總線(PAB、DRAB、DWAB)來訪問。其中的任意一組可訪問不同的空間，以實現(xiàn)不同的器件操作。由于總線工作是分離的，因此可以同時訪問程序和數(shù)據(jù)空間。在一個給定的機器周期內(nèi)，CALU可以執(zhí)行多達3次的并行存儲器操作。由此可以看出，TMS320‘C2000的224KW尋址空間分為以下四種可獨立選擇的空間：

(1)?64KW的程序存儲器空間，存放要執(zhí)行的指令及程序執(zhí)行時使用的數(shù)據(jù)。

(2)?64KW的局部數(shù)據(jù)存儲器空間,存放指令使用的數(shù)據(jù)。

(3)?32KW的全局數(shù)據(jù)存儲器空間(通過擴展得到)，存放與其它處理器共用的數(shù)據(jù)，或者作為一個附加的數(shù)據(jù)空間。局部數(shù)據(jù)空間中的高32KW地址(8000h～FFFFh)可作為全局數(shù)據(jù)空間。局部數(shù)據(jù)存儲器和全局數(shù)據(jù)存儲器可以是兩個不同的物理存儲器，通過修改GREG的內(nèi)容來控制當前使用何種數(shù)據(jù)存儲器。

(4)?64KW的I/O訪問空間，用于與外部的設(shè)備接口和尋址片內(nèi)外設(shè)寄存器。

上述224KW尋址空間包括一定數(shù)量的片內(nèi)存儲器、外部存儲器和I/O設(shè)備，而其物理存儲器類型又可以是RAM、ROM、Flash等。事實上，由于芯片中有些空間作為專用空間，而有些空間則保留以備日后升級用，例如程序空間中中斷向量表要占用部分存儲空間，數(shù)據(jù)空間中有專用的內(nèi)存映射寄存器和保留段，而I/O空間中有專用的I/O空間映射寄存器和保留段，因此實際可用地址空間不足224KW。2.3.1與外部存儲器和I/O空間接口的信號

表2.2給出了與外部存儲器和I/O空間接口的信號。微處理器/微計算機選擇信號決定工作模式。當使用外部程序存儲空間時，DSP可工作在兩種模式下：高電平為微處理器模式，此時內(nèi)部程序ROM/Flash不可用；低電平為微計算機模式，內(nèi)外存儲器共用程序存儲空間。當只使用內(nèi)部存儲空間時，DSP工作在微計算機模式，此時應(yīng)置為低電平。I/O操作與此信號無關(guān)。表2.2與外部存儲器和I/O空間接口的信號注：表中電特性一欄中，“I”表示輸入，“O”表示輸出，“Z”表示高阻Hiz。不管使用何種工作模式，當CPU使用內(nèi)部資源時，相應(yīng)的對外控制信號會變?yōu)楦咦?。例如使用?nèi)部程序存儲器時，地址總線A15～A0、數(shù)據(jù)總線D15～D0變?yōu)楦咦鐷iz，程序選通信號、選通指示信號變?yōu)闊o效(高電平狀態(tài))；使用內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器時，地址總線A15～A0、數(shù)據(jù)總線D15～D0變?yōu)楦咦鐷iz，數(shù)據(jù)選通信號、選通指示信號

變?yōu)闊o效(高電平狀態(tài))；使用內(nèi)部I/O映射寄存器時，地址總線A15～A0、數(shù)據(jù)總線D15～D0變?yōu)楦咦鐷iz，I/O選通信號、選通指示信號變?yōu)闊o效(高電平狀態(tài))。

另外，當輸入信號被激活(為低有效)時，地址總線、數(shù)據(jù)總線以及相應(yīng)的控制信號全部變?yōu)楦咦?。當只使用外部局部?shù)據(jù)存儲器時，可不需信號；當使用局部和全局數(shù)據(jù)存儲器時，必須使用信號來區(qū)分二者。為高時為局部數(shù)據(jù)存儲器，為低時則為全局數(shù)據(jù)存儲器。

是為與早期產(chǎn)品兼容而設(shè)計的，純粹是選通指示信號，在硬件電路中可不用。

讀寫選擇信號也是冗余信號，但可作為外接雙向緩沖器的方向選擇信號使用。

就緒信號READY為外部硬件等待狀態(tài)發(fā)生之用。除非等待時間很長，否則一般只使用內(nèi)部等待狀態(tài)發(fā)生器，此時，應(yīng)將READY拉高，上拉可用10～100kΩ的電阻實現(xiàn)。2.3.2存儲器的類型

所有的TMS320'C2000器件都包括288W的雙訪問數(shù)據(jù)RAM(DARAM)和256W的數(shù)據(jù)/程序DARAM。隨著具體型號的不同，TMS320'C2000器件可能具有數(shù)據(jù)/程序單訪問RAM(SARAM)、只讀存儲器(ROM)或者閃爍存儲器(Flash)。

TMS320'C2000還具有映射在數(shù)據(jù)存儲器空間的CPU寄存器和映射在片內(nèi)I/O空間的外設(shè)寄存器。

1．片內(nèi)雙訪問RAM(DARAM)

DARAM是每個機器周期可被訪問兩次的存儲器。所有的TMS320'C2000器件都具有544W的片內(nèi)DARAM，544W的DARAM被分成B0[256W]、B1[256W]和B2[32W]3塊，它們主要被配置成數(shù)據(jù)存儲器(可雙訪問操作)。但在需要時也可將B0配置成程序存儲器(B1、B2塊不行，它們只能用做數(shù)據(jù)空間)。B0塊是配置成程序存儲空間還是數(shù)據(jù)存儲空間，要根據(jù)狀態(tài)寄存器ST1的CNF位的值判斷決定。由于DARAM可以在一個周期內(nèi)訪問兩次，因而改善了CPU的速度。該CPU運行于4周期流水方式。在這種流水方式下，CPU在第3個周期讀數(shù)據(jù)，在第4個周期寫數(shù)據(jù)。然而，DARAM允許CPU在一個周期內(nèi)讀寫數(shù)據(jù)，CPU在該周期的主(正)相內(nèi)向DARAM寫數(shù)據(jù)，而在從(負)相內(nèi)從DARAM讀數(shù)據(jù)。例如，設(shè)有兩條指令A(yù)和B，指令A(yù)在CPU周期的主相內(nèi)將累加器的值存入DARAM中，指令B在從相內(nèi)從DARAM中將一個新的值裝入累加器。因為雙訪問的操作包括寫，所以它只能是RAM，而不能是ROM。

2．片內(nèi)單訪問程序/數(shù)據(jù)RAM(SARAM)

一個時鐘周期只能訪問一次的存儲器稱為單訪問存儲器(SARAM)，如TMS320C206和TMS320F206等型號的DSP器件中具有4KW的SARAM。這些SARAM可以被用做程序存儲器或/和數(shù)據(jù)存儲器，通過I/O映射寄存器PMST的DON和PON兩位來選定，DON和PON為非互斥關(guān)系。加載到SARAM中的程序代碼可以全速執(zhí)行。當DON被置成1時，SARAM被用做數(shù)據(jù)存儲器，要占用從800h開始的一段數(shù)據(jù)存儲器空間；當DON被置成0時，SARAM不被用做數(shù)據(jù)存儲器，不占用數(shù)據(jù)存儲器空間(留作外部數(shù)據(jù)存儲器擴展用)。PON的情形類似，但地址是從8000h開始的?？梢姡琒ARAM可單獨用做數(shù)據(jù)存儲器(DON?=?1，PON?=?0)，或單獨用做程序存儲器(DON?=?0，PON?=?1)，或既用做數(shù)據(jù)存儲器，又用做程序存儲器(DON?=?1，PON?=?1)，或廢棄不用(DON?=?0，PON?=?0)。SARAM既用做數(shù)據(jù)存儲器又用做程序存儲器時，映射到數(shù)據(jù)存儲空間的地址(從800h開始)和映射到程序存儲空間的地址(從8000h開始)是不同的。雖然具有雙倍地址空間，但由于SARAM的物理存儲器只有一個，因此實際應(yīng)用中應(yīng)該按SARAM的物理空間分開使用，如4KW的SARAM，程序存儲器用8000h～0fffh空間，而數(shù)據(jù)存儲器可用1000h～17ffh空間。

3．工廠掩模的片內(nèi)ROM

TMS320‘C2000器件中有些片種具有片內(nèi)掩模型ROM來作為程序存儲器，例如TMS320C204和TMS320C209配置4KWROM，TMS320C206則配置32KWROM等。復(fù)位(reset)時驅(qū)動引腳為低，即可選中該ROM。若不選該ROM，器件將從片外存儲器開始啟動執(zhí)行。如果用戶希望使用自己的ROM，則可以按目標文件(.obj)格式提供希望裝入ROM的代碼或數(shù)據(jù)(表格)，TI公司將產(chǎn)生相應(yīng)的掩膜來對該ROM編程。

4．閃爍存儲器Flash

TMS320‘C2000器件中一些片種具有片內(nèi)Flash，它是電可擦除、可編程、非易失性(可長久保存)的存儲器。每塊Flash都有一組控制寄存器，用來擦除、編程和測試該Flash塊。這些Flash塊可以通過在復(fù)位期間驅(qū)動引腳為低來選擇。若不選Flash，器件將從片外的存儲器開始執(zhí)行。

有的器件片內(nèi)Flash帶有加密位，如TMS320LF/LC240XA系列就帶有加密位。2.3.3程序存儲器

程序存儲器空間用于存放應(yīng)用程序的代碼、數(shù)據(jù)表信息及常量。TMS320'C2000程序存儲器空間的尋址范圍為216?=?64?KW，可對片內(nèi)存儲器或片外存儲器尋址。每個TMS320'C2000器件都有片內(nèi)DARAM塊B0，B0可配置為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，片內(nèi)其它程序存儲器可能是SARAM、ROM或Flash。TMS320'C2000程序存儲器地址空間的具體分布依型號的不同有所差異，主要表現(xiàn)在ROM/Flash的使用及其容量的大小上。為了便于說明，本節(jié)以最常用的TMS320F206DSP為例加以介紹，TMS320F206的程序存儲器空間的分布如圖2.16所示。圖2.16TMS320F206的程序存儲器空間分布

64KW的程序存儲器空間被分為兩大部分，32KW為片內(nèi)Flash，另外32KW為片外存儲器。片內(nèi)Flash的0000h～003fh空間用于存放中斷向量(InterruptVectors)，其它部分(0040h～7fffh)則是存放程序代碼和數(shù)據(jù)表。對絕大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)來說，這些程序存儲器已經(jīng)足夠，不必另加外部擴展。8000h～0ffffh的另外32KW為片外存儲器空間，當PON?=?1時，片內(nèi)的SARAM被映射到程序存儲器空間的8000h～8fffh區(qū)段，這時片外程序存儲器空間的8000h～8fffh區(qū)段不能使用(不被選中)；當CNF?=?1時，片內(nèi)DARAM中的B0塊被映射到程序存儲器空間的0ff00h～0ffffh區(qū)段，這時片外程序存儲器空間的0ff00h～0ffffh區(qū)段不能使用(不被選中)。如確實需要，可對程序存儲器加以擴展，一個8KW的程序存儲器擴展電路如圖2.17所示，圖中用兩片8K×8b的存儲器擴展成8K×16b的靜態(tài)存儲器，然后與TMS320'C2000芯片相連。TMS320'C2000的外部存儲器一般使用靜態(tài)存儲器SRAM，這樣可省去刷新電路，但成本稍高。使用隨機存儲器RAM，利于程序的反復(fù)加載和調(diào)試，但是若無需調(diào)試，也可用EPROM/EEPROM/Flash等可編程只讀存儲器，這時信號不必使用。圖2.178KW程序存儲器的擴展電路當TMS320‘C2000芯片的CPU訪問片內(nèi)程序存儲器時，外部程序存儲器選通信號和處于無效狀態(tài)。僅當CPU在映射到外部存儲器的地址范圍內(nèi)進行訪問時，外部總線才有效。此時，＝0，＝0，選通外部程序存儲器(?

=?0)。

得注意的是，使用外部存儲器時，應(yīng)考慮其速度因素。由于DSP速度較快，當使用外部存儲器時，要選擇高速的存儲器。若外部存儲器速度不足以勝任實時單周期操作，應(yīng)通過軟件等待發(fā)生器或READY信號插入等待周期。使用程序存儲器可按以下慣例考慮：

(1)在程序調(diào)試過程中，一般可用SARAM和B0塊作為部分或全部程序存儲器，這樣加載和修改程序都很方便。對無SRAM的DSP，應(yīng)將B0塊作為程序存儲器的活動區(qū)，以便適時修改代碼，給調(diào)試帶來方便。當程序確實太長時，可考慮使用擴展程序(靜態(tài)隨機)存儲器，等程序調(diào)試可行后，再換成只讀存儲器。

(2)在實際使用時，單獨用片內(nèi)Flash作為程序存儲器，而SARAM和DARAM全部用做數(shù)據(jù)存儲器，特別是DARAM應(yīng)用在頻繁讀寫的數(shù)據(jù)區(qū)，這樣可提高程序執(zhí)行速度，同時充分利用片內(nèi)資源，降低系統(tǒng)成本。

(3)對于某些常數(shù)、初始化數(shù)據(jù)段、信號處理使用的系數(shù)等，可設(shè)計成數(shù)據(jù)表存放在程序存儲器中。這些數(shù)據(jù)表可作為操作數(shù)使用，也可通過指令將其轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲器中，再進行使用。2.3.4數(shù)據(jù)存儲器

TMS320'C2000DSP的數(shù)據(jù)存儲器空間有兩大類，一類是局部數(shù)據(jù)存儲器，另一類是全局數(shù)據(jù)存儲器。局部數(shù)據(jù)存儲器包括片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和外部擴展數(shù)據(jù)存儲器，共64KW的容量。而全局數(shù)據(jù)存儲器則必須通過外部擴展，主要用于處理器或系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信，可以像郵箱一樣使用。全局數(shù)據(jù)存儲器的容量最大為32KW，可根據(jù)需要由寄存器GREG確定實際容量。唯一區(qū)分局部數(shù)據(jù)存儲器和全局數(shù)據(jù)存儲器的控制信號是總線請求信號，因此在使用外部擴展局部數(shù)據(jù)存儲器和全局數(shù)據(jù)存儲器時，必須有此信號存在，方能正確操作。

TMS320'C2000的數(shù)據(jù)存儲器空間分布如圖2.18所示，圖中上半部分為局部數(shù)據(jù)存儲器空間，下半部分為全局數(shù)據(jù)存儲器空間。訪問數(shù)據(jù)存儲器有直接尋址模式和間接尋址模式。當使用直接尋址模式對局部數(shù)據(jù)存儲器尋址時，將局部數(shù)據(jù)存儲器按地址分塊，每塊128W為一頁。64KW的局部數(shù)據(jù)存儲器可分為512頁，記為0～511。局部數(shù)據(jù)存儲器的分頁及第0頁的地址映射如圖2.19所示。圖2.18數(shù)據(jù)存儲器空間分布圖2.19TMS320'C2000數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)頁配置及第0頁的地址映射局部數(shù)據(jù)存儲器空間中，地址0000h～005fh存儲塊為存儲器映射寄存器使用；地址0060h～007fh存儲塊為片內(nèi)雙訪問存儲器DARAM的B2塊；地址0080h～01ffh存儲塊為TMS320'C2000保留段，以備將來系統(tǒng)升級使用；當CNF?=?0時，地址0200h～02ffh存儲塊為片內(nèi)雙訪問存儲器DARAM的B0塊，而當CNF?=?1時，地址0200h～02ffh存儲塊為保留段；地址0300h～03ffh存儲塊為片內(nèi)雙訪問存儲器DARAM的B1塊；地址0400h～07ffh存儲塊為保留段；對于具有片內(nèi)SARAM的DSP，當DON?=?1時，地址0800h～17ffh存儲塊為片內(nèi)單訪問存儲器SARAM，當DON?=?0或DSP無片內(nèi)SARAM時，數(shù)據(jù)存儲器0800h～0ffffh可全部用做外部擴展。需說明的是，即使外部存儲器用做全部數(shù)據(jù)空間(0000h～0ffffh)，在片內(nèi)使用或保留的區(qū)段，外部空間是不會被尋址的(相應(yīng)的控制信號在片內(nèi)操作時無效)。因此，最大擴展外部局部數(shù)據(jù)存儲器空間為58KW(當使用SARAM作為數(shù)據(jù)存儲器時)或62KW(當不使用或無SARAM作為數(shù)據(jù)存儲器時)。在TMS320‘C2000DSP中，DON和PON可同時有效，即SARAM可同時被用做程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，這時在這一區(qū)段出現(xiàn)數(shù)據(jù)與程序存儲區(qū)的物理重疊，但邏輯上是分開的。

數(shù)據(jù)和程序的存放應(yīng)在物理位置上有所區(qū)分，否則數(shù)據(jù)的存儲將可能破壞程序代碼。物理位置的區(qū)分可按低4KW地址來劃分。當程序使用8000h～87ffh的2KW段時，數(shù)據(jù)則可使用1000h～17ffh的2KW段。雖然局部數(shù)據(jù)存儲器和全局數(shù)據(jù)存儲器各有64KW和32KW的獨立空間，?但由于只有信號作為區(qū)分，因此局部數(shù)據(jù)存儲器和全局數(shù)據(jù)存儲器不能同時同址使用。表2.3給出了由GREG寄存器配置全局數(shù)據(jù)存儲器容量的情況。GREG連到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的低8位，GREG的高8位為任意值。GREG是存儲器映射寄存器，它被分配到數(shù)據(jù)存儲單元的0005h處。由表2.3可知，當局部和全局數(shù)據(jù)存儲器共享64KW存儲空間，可方便地操作局部和全局數(shù)據(jù)存儲器，無需頻繁修改GREG；但當二者均使用最大容量，或出現(xiàn)地址的邏輯重疊區(qū)時，必須借助修改GREG來切換對局部和全局數(shù)據(jù)存儲器的讀寫操作控制。信號在GREG分配的全局數(shù)據(jù)存儲器操作時有效。表2.3GREG寄存器與局部和全局數(shù)據(jù)存儲器的關(guān)系表2.3列出了GREG的可用值及相應(yīng)的地址范圍。注意：只能選擇該表所列的GREG值，選擇其它值會使存儲器映射分成碎片。

局部和全局數(shù)據(jù)存儲器的擴展與程序存儲器的擴展方法相同，只需將信號換成即可。?圖2.20描述了8000h～ffffh?段32KW的局部數(shù)據(jù)存儲器和8000h～ffffh段32KW的全局數(shù)據(jù)存儲器擴展電路。事實上，局部數(shù)據(jù)存儲器可增大至64KW，做最大容量擴展。全局存儲器中，只有當A15?=?1時才有效變低，因此，A15不必用做譯碼。圖2.20數(shù)據(jù)存儲器的擴展2.3.5I/O空間

I/O空間用于對片內(nèi)外設(shè)和片外設(shè)備(如模擬數(shù)字接口、編碼解碼接口等)的訪問。TMS320‘C2000器件支持64K×16b的I/O地址空間，如圖2.21所示。I/O地址空間被劃分成3塊，地址段0000h～feffh為外部端口使用；地址段ff00h～ff0fh為片內(nèi)I/O空間，用于測試保留，用戶不得使用；地址段ff10h～ffffh為片內(nèi)使用，作為I/O映射寄存器。表2.4列出了TMS320F206上映射到片內(nèi)I/O空間的寄存器。其它TMS320'C2000DSP器件的I/O映射寄存器與此表有所差異。兩條特殊的指令I(lǐng)N和OUT用于對這些空間(包括外部I/O端口和片內(nèi)I/O寄存器)進行訪問。訪問外部并行I/O端口與訪問程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器復(fù)用同樣的地址總線和數(shù)據(jù)總線。DSP對I/O端口的操作指令為I/O端口與存儲空間交換數(shù)據(jù)，因此其執(zhí)行時間較長，需2(IN)/3(OUT)個或以上的周期才能完成。若需要單周期的快速端口操作，可將數(shù)據(jù)存儲空間的一小部分分配給外設(shè)，以存儲器方式的操作代替I/O慢速操作，即可實現(xiàn)快速外設(shè)數(shù)據(jù)交換。但應(yīng)注意這是以犧牲數(shù)據(jù)存儲器容量為代價的。圖2.21I/O空間分布表2.4映射到I/O空間的片內(nèi)寄存器進行外部I/O端口操作時，I/O選通信號被激活有效。TMS320‘C2000DSP的I/O操作是16位的，若只用8位，則可選高字節(jié)或低字節(jié)。圖2.22給出了一個8位輸入(I/O地址為0000h，使用低字節(jié))和一個8位輸出(I/O地址為0001h，使用低字節(jié))的I/O接口的例子。圖中用和片選邏輯一起形成外部設(shè)備的寫允許信號。當?shù)刂窞?000h時，選中74AC244，使外部輸入到達數(shù)據(jù)總線；當?shù)刂窞?001h時，選中74AC273，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。由于讀端口不進行寫操作，因此可省略部分信號(未用信號)參與譯碼。又由于內(nèi)部I/O操作不產(chǎn)生有效的信號，故可采用部分譯碼電路。這種簡化方法可節(jié)省硬件開銷。圖2.22上的譯碼電路可以驅(qū)動8個外設(shè)。圖2.22I/O端口的擴展舉例2.3.6TMS320F206/LF2407的地址映射與存儲器配置

1．TMS320F206的地址映射與存儲器配置

圖2.23給出了TMS320F206存儲器地址分配示意圖，表2.5為該存儲器分配表。

注：①當CNF?=?1時，程序存儲器中的地址為fe00h～feffh和ff00h～ffffh的區(qū)域分配給了同一物理塊DARAMB0。例如，寫fe00h與寫ff00h的效果是相同的。為簡單起見，當CNF?=?1時，將fe00h～feffh作為保留區(qū)。

②當CNF?=?0時，數(shù)據(jù)存儲器中的地址為0100h～01ffh和0200h～02ffh的區(qū)域分配給了同一物理塊DARAMB0。例如，寫0100h與寫0200h的效果是相同的。為簡單起見，當CNF?=?0時，將0100h～01ffh作為保留區(qū)。

③數(shù)據(jù)存儲器中地址為0300h～03ffh和0400h～04ffh的區(qū)域分配給了同一物理塊DARAMB1。例如，寫0400h與寫0300h的效果是相同的。為簡單起見，將0400h～04ffh作為保留區(qū)。

注意：不要寫保留地址。為避免處理器的不可預(yù)測的操作，不能向任何已標明為保留的地址寫數(shù)據(jù)。這包括未指定給任何片內(nèi)寄存器的0000h～005fh范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器地址，以及未指定給任何片內(nèi)寄存器的ff00h～ffffh范圍內(nèi)的I/O地址。

圖2.23TMS320F206存儲器地址分配示意圖

DON和PON是F206器件中PMST寄存器的bit2和bit1，通過寫操作可設(shè)置它們，將SARAM分配到程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器，其邏輯關(guān)系如下：

DONPON SARAM的分配

0 0 SARAM不映射，地址在外部存儲器(復(fù)位值)

0 1 SARAM在片內(nèi)程序存儲器8000h～8fffh

1 0 SARAM在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器0800h～17ffh

1 1 SARAM同時被分配到程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，

地址同上

PMST寄存器的bit0位鎖定在引腳上，?對其進行寫操作可設(shè)置為微處理器(高)或微計算機(低)模式。表2.5TMS320F206存儲器分配表

2．TMS320LF2407的地址映射與存儲器配置

圖2.24給出了TMS320LF2407存儲器地址分配示意圖。

TMS320LF2407的片內(nèi)外設(shè)均由相應(yīng)的寄存器進行管理，這些寄存器都是16位的數(shù)據(jù)存儲器映射寄存器，表2.6給出了TMS320LF2407數(shù)據(jù)存儲器映射寄存器的配置表。注：如果?=?0，為片內(nèi)Flash程序存儲器；如果?=?1，則為外部程序存儲器。

引導(dǎo)ROM：如果使能引導(dǎo)ROM，則程序存儲器0000h～00ffh區(qū)域?qū)⒈灰龑?dǎo)ROM占用。

①片內(nèi)程序存儲器0040h～0043h區(qū)域為保留空間。

②當CNF?=?1時，程序存儲器中的地址為fe00h～feffh和ff00h～ffffh的區(qū)域分配給了同一物理塊DARAM(B0)。例如，向fe00h寫數(shù)和向ff00h寫數(shù)的效果是相同的。為簡單起見，將fe00h～feffh作為保留區(qū)。

③當CNF?=?0時，數(shù)據(jù)存儲器中的地址為0100h～01ffh和0200h～02ffh的區(qū)域分配給了同一物理塊DARAM(B0)。例如，向0100h寫數(shù)和向0200h寫數(shù)的效果是相同的。為簡單起見，將0100h～01FFh作為保留區(qū)。

④數(shù)據(jù)存儲器中地址為0300h～03ffh和0400h～04ffh的區(qū)域分配給了同一物理塊DARAM(B1)。例如，向0300h寫數(shù)和向0400h寫數(shù)的效果是相同的。為了簡單起見，將0400h～04FFh作為保留區(qū)。

圖2.24TMS320LF2407存儲器地址分配示意圖注：非法區(qū)域是指如果對這些區(qū)域進行訪問，將會產(chǎn)生一個不可屏蔽中斷(NMI)。保留區(qū)域用于測試，如果對這些區(qū)域進行訪問，將會產(chǎn)生不可預(yù)測的結(jié)果。

2.4TMS320‘C2000的程序控制

TMS320'C2000DSP的改進型哈佛結(jié)構(gòu)和內(nèi)部多總線的應(yīng)用，使DSP具有并行操作的基礎(chǔ)；而取指、譯碼、取操作數(shù)及執(zhí)行的重疊流水線結(jié)構(gòu)，使指令的執(zhí)行效率大大提高，指令平均執(zhí)行時間降低，與單周期指令具有相同的執(zhí)行效果；硬件乘法單元和加法單元的有機組合，使單周期完成乘法和加法的指令成為可能；主運算單元(中央算術(shù)邏輯單元(CALU))以外的輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU)，使DSP在進行算術(shù)邏輯操作的同時，能及時產(chǎn)生源或目標操作數(shù)的地址，這使指令的功能得以提高，特別是進行FFT運算時，存儲單元的位倒序相當方便，且無需額外的周期?；赥MS320'C2000如此特殊的結(jié)構(gòu)，了解其指令執(zhí)行的程序控制，有助于進行有效編程，并提高程序的執(zhí)行效率。程序控制一般指的是控制一個或多個指令塊的執(zhí)行次序，內(nèi)容包括程序地址的產(chǎn)生，流水線順序執(zhí)行，無條件及有條件的分支、調(diào)用、返回，指令重復(fù)執(zhí)行以及中斷系統(tǒng)等(在高級的DSP器件中還包括指令塊的重復(fù)、Cache的使用控制、多處理器的協(xié)調(diào)等內(nèi)容)。2.4.1TMS320‘C2000DSP的程序地址產(chǎn)生

通常CPU順序執(zhí)行程序。也就是說，CPU一般是順序地從程序存儲器的連續(xù)地址單元中取出指令，即當前地址加1。但在某些情況下，CPU非順序執(zhí)行程序，必須轉(zhuǎn)移到不連續(xù)的新地址去執(zhí)行程序，例如分支程序、子程序調(diào)用、響應(yīng)中斷等。緊接著的下一指令的地址來源于指令操作字、累加器低半部分ACCL(分支或調(diào)用)、堆棧(返回)、微堆棧(塊操作)、向量表(中斷)等。這就要求CPU在執(zhí)行當前指令的同時，能夠生成下一個指令機器碼所在的程序存儲器地址。為此，在TMS320'C2000的CPU內(nèi)部設(shè)置了一套程序地址產(chǎn)生邏輯，如圖2.25所示。程序地址產(chǎn)生邏輯由程序計數(shù)器PC、程序地址寄存器PAR、堆棧STACK及微堆棧MSTACK等部件組成，下面分別加以介紹。圖2.25程序地址產(chǎn)生邏輯原理圖

1．程序計數(shù)器PC

程序地址產(chǎn)生邏輯利用16位的程序計數(shù)器PC尋址內(nèi)部和外部程序存儲器，PC含有要執(zhí)行的下條指令的地址，經(jīng)程序地址總線PAB從程序存儲器中取出該地址的指令，并將其加載到指令寄存器。此時，PC的值被更新為下一指令的地址。

PC的新值總是等于下一條指令所在的地址。當CPU順序執(zhí)行時，若當前指令字長為1W，則PC值?=?當前值+1；若當前指令字長為2W，則PC值?=?當前值+2；當分支(跳轉(zhuǎn))時，則將指令后的長立即數(shù)或累加器低半部分ACCL加載到PC；當子程序調(diào)用時，將PC中下一條指令的地址首先壓入堆棧，然后將調(diào)用指令后的長立即數(shù)或累加器低半部分ACCL直接加載到PC，當子程序返回時，則將棧頂內(nèi)容(即返回地址)從堆棧中彈出到PC；當中斷調(diào)用時，也是首先將剛執(zhí)行完的指令的下條指令地址入棧，然后把中斷向量表的內(nèi)容(中斷向量地址)裝入PC。

2．堆棧STACK

TMS320'C2000DSP具有一個寬為16、深度為8級的硬件堆棧，當調(diào)用子程序或發(fā)生中斷時，程序地址產(chǎn)生邏輯利用該堆棧保存返回地址，如圖2.26所示。當程序中有少于8級嵌套的子調(diào)序調(diào)用和中斷時，堆棧也可用于保存子程序或中斷服務(wù)程序中的數(shù)據(jù)，或用于其它目的。訪問硬件堆?？梢杂弥噶頟USH和POP來實現(xiàn)，這兩條指令將棧頂?shù)闹蹬c累加器低半部分ACCL之間相互傳送。當多于8級嵌套時，會發(fā)生堆棧溢出，這時會使程序的執(zhí)行發(fā)生混亂。為了解決這一問題，DSP提供了一個使用軟堆棧的辦法。利用PSHD和POPD指令將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲器壓入棧頂或從棧頂彈出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲器，這個數(shù)據(jù)存儲器一般使用片內(nèi)雙訪問存儲器，常用B2塊(0060h～007Fh)，經(jīng)堆棧軟擴展后可適用于多級嵌套的復(fù)雜程序。圖2.26堆棧操作示意圖

3．微堆棧MSTACK

當CPU執(zhí)行塊操作時，要使用PC作為第一個操作數(shù)的地址增量，而用ARAU產(chǎn)生第2個操作數(shù)地址，這時要使用一個微堆棧(只有一級的堆棧)MSTACK來暫時保存返回地址(下條指令對應(yīng)的PC值)。這種操作開始時，首先將PC+1(或PC+2)的地址送到微堆棧MSTACK保存，然后將首操作數(shù)的地址存入PC中，用ARAU產(chǎn)生第2個操作數(shù)地址。當這些指令重復(fù)執(zhí)行時，PC可使首操作數(shù)的地址自動增量，ARAU使第2個操作數(shù)的地址改變，到所重復(fù)的指令完成時再將微堆棧彈回到PC。2.4.2TMS320‘C2000DSP的流水線

指令流水線包括指令執(zhí)行時發(fā)生的一系列總線操作。TMS320'C2000DSP的流水線有4級，如圖2.27所示。圖2.27TMS320'C2000DSP的4級流水線操作

4級流水線把一個指令分解成4個獨立的階段：取指令(Fetch)、譯碼(Decode)、取操作數(shù)(Operand)、執(zhí)行(Execute)。由于這4個操作階段是相互獨立的，因此，這些操作可以重疊執(zhí)行。在任意的指定周期內(nèi)，1～4條不同的指令均可有效(均被激活)，每條被激活的指令均處于一個不同的操作階段。對于指令流，指令的4個階段在同一時間上的重疊使指令的平均執(zhí)行時間減少。在無流水線時，一條指令的執(zhí)行時間為4個周期，有了流水線后，指令的平均執(zhí)行時間?=?無流水線執(zhí)行時間÷流水線級數(shù)?=?4÷4?=?1，即一條指令只需單周期執(zhí)行的時間。

分支、調(diào)用、中斷等操作會破壞流水線，而流水線的建立需4個周期才能完成，因此在這種情況下，指令的平均執(zhí)行時間會加長。在多重循環(huán)的情況下，由于流水線被破壞，因此會耗費掉相當多的時間。為了解決這一問題，可采用空間換時間的技術(shù)(在高級DSP中，有塊重復(fù)指令，可很方便地實現(xiàn)程序塊的重復(fù)執(zhí)行而不影響流水線)，把要重復(fù)的指令段重復(fù)排列在程序存儲器中，這樣利用流水線的特性可使程序按單周期的方式運行。這在TMS320F206中容易實現(xiàn)，因為32KW的程序Flash對大多數(shù)應(yīng)用而言已足夠。若是單指令反復(fù)執(zhí)行，則可用單指令重復(fù)指令RPT方便地重復(fù)執(zhí)行某條指令，而不會破壞流水線。2.4.3TMS320‘C2000DSP的非順序執(zhí)行

TMS320'C2000DSP的CPU有指令重復(fù)、分支、調(diào)用、返回、中斷等非順序執(zhí)行方式，除指令重復(fù)不會破壞流水線(使流水線暫停)外，其它情況均會破壞流水線，但只有這樣才能完成程序要求的功能。因此在高級DSP中設(shè)置了延遲分支、調(diào)用、返回等模式，以彌補破壞流水線帶來的時間損失。

1．分支、調(diào)用和返回

除了無條件分支、調(diào)用和返回外，TMS320'C2000DSP還提供了一種帶條件判斷的分支、調(diào)用和返回指令，這給程序的編制和控制帶來了很大的方便。無條件分支直接控制程序的流向，由指令字的長立即操作數(shù)或累加器的低半部ACCL直接無條件給出程序跳轉(zhuǎn)地址，CPU轉(zhuǎn)移到該地址繼續(xù)往下執(zhí)行。無條件調(diào)用則是直接無條件地轉(zhuǎn)移到指令字的長立即數(shù)或累加器的低半部ACCL指定的地址執(zhí)行，完成后返回原斷點處執(zhí)行，這種操作要借助堆棧保存斷點(PC值入棧)。無條件返回則是無條件地將由于子程序調(diào)用(無論有無條件)或中斷調(diào)用而轉(zhuǎn)移到新程序地址處的PC再轉(zhuǎn)回到原斷點處(棧頂彈出值)繼續(xù)往下執(zhí)行。在TMS320'C2000中，條件分支、調(diào)用和返回所完成的功能與無條件分支、調(diào)用和返回是完全一致的，區(qū)別僅在于前者的執(zhí)行是有條件的，只有條件成立時才執(zhí)行該操作，否則CPU順序往下執(zhí)行。這種條件可以是無條件、單條件或多條件的組合。多條件時只有全部條件都成立，才認為是條件滿足，只要有一個條件不成立，就認為條件不滿足?？蓽y試(判斷)