TMS320C54X的指令系統(tǒng).ppt

1、三、TMS320C54X的指令系統(tǒng),TMS320C5000指令系統(tǒng),C54x尋址方式 C54x特殊尋址 方式說明 C54x指令集 C54x特殊指令 使用說明,TMS320C54x的尋址方式,立即數(shù)尋址： 指令中嵌有一個(gè)固定的數(shù) 絕對(duì)地址尋址： 指令中有一個(gè)固定的地址 累加器尋址： 按累加器內(nèi)的地址去訪問程序存儲(chǔ)器中的一個(gè)單元 直接尋址： 指令中的7bits是一個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)內(nèi)的偏移地址，而所在的數(shù)據(jù)頁(yè)由數(shù)據(jù)頁(yè)指針DP或SP決定。該偏移加上DP和SP的值決定了在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的實(shí)際地址。 間接尋址： 按照輔助寄存器中的地址訪問存儲(chǔ)器。 存儲(chǔ)器映射寄存器尋址： 修改存儲(chǔ)器映射寄存器中的值，而不影響當(dāng)前DP

2、或SP的值。 堆棧尋址： 把數(shù)據(jù)壓入和彈出系統(tǒng)堆棧。,在立即數(shù)尋址中，指令里包括了立即操作數(shù)。在一條指令中可對(duì)兩種立即數(shù)編碼。一種是短立即數(shù)（3、5、8或9bits），另一種是16bits的長(zhǎng)立即數(shù)。立即數(shù)可包含在單字或雙字指令中。3-，5-，8-或9-bit值在單字指令中，16-bit值在雙字指令中。,1 . 立即數(shù)尋址,立即數(shù)尋址的其他例子： LD #0，ARP ；ARP=2（#k3） LD #3，ASM ；ASM=3（#k5） LD #50，DP ；DP=50（#k9） LD #1234，A ；A=1234（#k） STM #FFFFh，IMR ；IMR=FFFFh（#lk）,短立即數(shù)R

3、PT,長(zhǎng)立即數(shù)RPT,2. 直接尋址,在直接尋址中，指令代碼包含了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址的低七位。這7-bit dma作為偏移地址與數(shù)據(jù)頁(yè)指針（DP）或堆棧指針（SP）相結(jié)合共同形成16-bit的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器實(shí)際地址。如右圖所示。,CPL=0：dma與9-bit的DP相結(jié)合形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。,以DP為基準(zhǔn)的直接尋址,DP 9-bit,9-bit的DP指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的512個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)中的一頁(yè),0,1,2,510,511,編程舉例：,編程舉例：,直接尋址編程： .mmregs .bss x, 4, 1 a0.word 012h a1.word 3211h a2.word fe11h a3.word ff0

4、3h .sect “program” LD #0, A LD #X, DP LD #a0, T,MAC x，A LD #a1，T MAC X+1，A LD #a2，T MAC X+2，A .,以SP為基準(zhǔn)的直接尋址,CPL=1：dma加上SP基地址形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。(st1中）,使用以SP為基址的直接尋址： AND sample, A LD sample, A ADD sample， B ；.,3. 間接尋址,在間接尋址中，64K數(shù)據(jù)空間任意單元都可通過一個(gè)輔助寄存器中的16-bit地址進(jìn)行訪問。C54x有8個(gè)16-bit輔助寄存器（AR0-AR7）。兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU0和AR

5、AU1），根據(jù)輔助寄存器的內(nèi)容進(jìn)行操作，完成無符號(hào)的16-bit算術(shù)運(yùn)算。間接尋址很靈活，不僅能從存儲(chǔ)器中讀或?qū)懸粋€(gè)單16-bit數(shù)據(jù)操作數(shù)，而且能在一條指令中訪問兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元（即從兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器單元讀數(shù)據(jù)，或讀一個(gè)存儲(chǔ)器單元同時(shí)寫另一個(gè)存儲(chǔ)器單元，或讀寫兩個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器單元）。,單操作數(shù)尋址,單操作數(shù)間接尋址方框圖,單操作數(shù)間接尋址類型： *Arx： ARx包含了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 *ARx-/ *ARx+ ： 訪問后， ARx中的地址減1/加1 *+ARx： 在尋址之前，ARx中的地址加1 *ARx-0B/ *ARx+0B ：訪問后，從ARx中以位倒序進(jìn)位的 方式減去/加上AR0 *A

6、Rx-0/ *ARx+0 ： 訪問后，從ARx中減去/加上AR0 *ARx-%/ *ARx+% ： 訪問后，ARx中的地址以循環(huán)尋址 的方式減1/加1 *ARx-0%/ *ARx+0% ：訪問后，從ARx中以循環(huán)尋址的方 式減去/加上AR0 *ARx(lk)： ARx和16-bit的長(zhǎng)偏移(lk) 的和用來 作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。ARx本身不 被修改,*+ARx(lk)： 在尋址之前，把一個(gè)帶符號(hào)的16-bit的長(zhǎng)偏移 （lk）加到ARx中，然后用新的ARx的值作為 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址 *+ARx(lk)%：在尋址之前，把一個(gè)帶符號(hào)的16-bit的長(zhǎng)偏移 以循環(huán)尋址的方式加到ARx中，然后再用新

7、的ARx的值作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址,編程舉例：,編程舉例：,間接尋址編程： .mmregs .bss x, 4, 1 a.word 1, 2, 3, 4 .sect “program” STM #a, AR1 STM #x, AR2 LD #0, A LD *AR1+，T MAC *AR2+，A LD *AR1+，T,MAC *AR2+，A LD *AR1+，T MAC *AR2+，A LD *AR1，T MAC *AR2，A .,雙操作數(shù)尋址方式,雙數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)間接尋址類型 *Arx： ARx是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址 *ARx-/ *ARx+： 訪問后，ARx中的地址減1/加1 *ARx+0%：

8、訪問后，AR0以循環(huán)尋址的方式加 到ARx中。 例如： MPY *AR2，*AR3，A FIRS *AR2，*AR3，coef,雙數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)間接尋址方框圖,4. 絕對(duì)地址尋址 有個(gè)別指令可以使用16bits的絕對(duì)地址尋址： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址（dmad）尋址： MVDK Smem, dmad MVDM dmad, MMR MVKD dmad, Smem MVMD pmad, Smem 程序存儲(chǔ)器地址（pmad）尋址： FIRS Xmem, Ymem, pmad MACD Smem, pmad, src MACP Smem, pmad, src MVPD pmad, Smem 端口地址(PA)

9、尋址 PORTR PA, Smem PORTW Smem, PA *(lk)尋址適用于支持單數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)的指令,5. 累加器尋址 累加器尋址是用累加器中的數(shù)作為一個(gè)地址。這種尋址方式可用來對(duì)存放數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)器尋址。共有兩條指令可以采用累加器尋址： READA Smem WRITA Smem READA是把累加器A所確定的程序存儲(chǔ)器單元中的一個(gè)字，傳送到單數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（Smem）操作數(shù)所確定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中。WRITA是把Smem操作數(shù)所確定的數(shù)據(jù)單元中的一個(gè)字，傳送到累加器A確定的程序存儲(chǔ)器單元中去。,只有8條指令能使用存儲(chǔ)器映射寄存器尋址： LDM MMR， dst MVDM dmad

10、, MMR MVMD MMR, dmad MVMM MMRx, MMRy POPM MMR PSHM MMR STLM src, MMR STM #lk, MMR,6. 存儲(chǔ)器映射寄存器尋址 存儲(chǔ)器映射寄存器尋址用來修改存儲(chǔ)器映射寄存器而不影響當(dāng)前數(shù)據(jù)頁(yè)指針（DP）或堆棧指針（SP）的值。存儲(chǔ)器映射寄存器尋址既可以在直接尋址中使用，又可以在間接尋址中使用。,7. 堆棧尋址 系統(tǒng)堆棧用來在中斷和子程序期間自動(dòng)存放程序計(jì)數(shù)器。它也能用來存放額外的數(shù)據(jù)項(xiàng)或傳遞數(shù)據(jù)值。處理器使用一個(gè)16-bit的存儲(chǔ)器映射寄存器堆棧指針來對(duì)堆棧尋址，它總是指向存放在堆棧中的最后一個(gè)元素。 共有四條使用堆棧尋址方式訪問

11、堆棧的指令： PSHD 把一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的值壓入堆棧。 PSHM 把一個(gè)存儲(chǔ)器映射寄存器的值壓入堆棧。POPD 把一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的值彈出堆棧。 POPM 把一個(gè)存儲(chǔ)器映射寄存器的值彈出堆棧。,特殊尋址方式說明,本小節(jié)重點(diǎn)介紹兩種廣泛應(yīng)用的特殊尋址方式循環(huán)尋址和位倒序?qū)ぶ贰?位倒序?qū)ぶ?位倒序?qū)ぶ诽岣吡藞?zhí)行速度和在FFT算法的程序中使用存儲(chǔ)器的效率。在這種尋址方式中，AR0存放的整數(shù)N是FFT點(diǎn)數(shù)的一半。一個(gè)輔助寄存器指向一數(shù)據(jù)存放的物理單元。當(dāng)使用位倒序?qū)ぶ钒袮R0加到輔助寄存器中時(shí)，地址以位倒序的方式產(chǎn)生，即進(jìn)位是從左向右，而不是從右向左。間接尋址中*Arn+0B/-0B表示位倒序?qū)ぶ贰?8

12、點(diǎn)的FFT蝶型結(jié)運(yùn)算,0000 0100 0010 0110 0001 0101 0011 0111,FFT中混序就是位倒序,FFT運(yùn)算時(shí)輸出/輸入序列中必有其一要混序。,位倒序?qū)ぶ返膱?zhí)行 設(shè)FFT長(zhǎng)度N=16，則AR0賦值為8，位倒序方式讀入數(shù)據(jù)情況如下：,循環(huán)尋址： 許多算法，如卷積，相關(guān)和FIR濾波等，都需要在存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)緩沖器。在這些算法中，一個(gè)循環(huán)緩沖器就是一個(gè)包含了最近的數(shù)據(jù)的滑動(dòng)窗口。當(dāng)新的數(shù)據(jù)來到時(shí)，緩沖器就會(huì)覆蓋最早的數(shù)據(jù)。循環(huán)緩沖器實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是循環(huán)尋址的實(shí)現(xiàn)。C54x間接尋址中提供了循環(huán)尋址的方式，以%表示。,循環(huán)尋址圖示,循環(huán)尋址的有效地址計(jì)算,定義循環(huán)緩沖器大小

13、寄存器（BK）來確定了循環(huán)緩沖器的大小。大小為R的循環(huán)緩沖器必須從一個(gè)N-bit邊界開始。循環(huán)緩沖器的有效基地址（EFB）就是用戶選定的輔助寄存器（ARx）的低N位置 0后所得到的值。 滿足條件： 循環(huán)緩沖器的尾地址（EOB）是通過用BK的低N位代替ARx的低N位得到。循環(huán)緩沖器的INDEX就是ARx的低N位，step就是加到輔助寄存器，或從輔助寄存器中減去的值。循環(huán)尋址的算法如下：,if 0 index+step BK: index = index + stepelse if index + step BK: index = index + step - BKelse if index +

14、step 0 index = index + step + BK,如何確定循環(huán)緩沖的起始地址？,R(BK)=32 - 二進(jìn)制 100000 - N=6,R(BK)=31 - 二進(jìn)制 011111 - N=5,應(yīng)用舉例: 計(jì)算16階的FIR濾波器輸出256個(gè)點(diǎn),.sect “fir-prog” STM #255, BRC ; Repeat 256 times RPTBD fir_filter_loop STM #16, BK ; FIR circular buffer size LD *AR7+, A ; load the input value STL A, *AR4+% ; replace

15、oldest sample with ; newest sample RPTZ A, #16 MAC *AR4+0%, *AR3+0%, A ; filtering STH A, *AR5+ ; replace the oldest buffer value fir_filter_loop,TMS320C54x的指令集有近兩百條指令，按功能分為如下幾類： 算術(shù)運(yùn)算指令 邏輯運(yùn)算指令 程序控制指令 裝入和存儲(chǔ)指令,TMS320C54x的指令集,一、算術(shù)運(yùn)算指令,算術(shù)運(yùn)算指令可分為如下幾類： 加法指令 減法指令 乘法指令 乘加指令 乘減指令 雙數(shù)/雙精度指令 特殊操作指令,1、加法指令,定點(diǎn)DSP

16、中數(shù)據(jù)表示方法,當(dāng)它表示一個(gè)整數(shù)時(shí)，其最低位（D0）表示1，D1位表示2的1次方，次高位（D14）表示2的14方。 如果表示一個(gè)有符號(hào)數(shù)時(shí)，最高位（D15）為符號(hào)位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。例如，07FFFH表示最大的正數(shù)32767（十進(jìn)制），而0FFFFH表示最大的負(fù)數(shù)-1（負(fù)數(shù)用2的補(bǔ)碼方式顯示）。 當(dāng)需要表示小數(shù)時(shí)，小數(shù)點(diǎn)的位置始終在最高為后，而最高位（D15）表示符號(hào)位。這樣次高位（D14）表示0.5，然后是0.25，最低位（D0）表示。所以04000H表示小數(shù)0.5，01000H表示小數(shù)0.25，而0001H表示16位定點(diǎn)DSP表示的最小的小數(shù)（有符號(hào)）0.0000305175781

17、25。,實(shí)現(xiàn)16位定點(diǎn)加法,C54X中提供了多條用于加法的指令，如ADD，ADDC，ADDM和ADDS。其中ADDS用于無符號(hào)數(shù)的加法運(yùn)算，ADDC用于帶進(jìn)位的加法運(yùn)算（如32位擴(kuò)展精度加法），而ADDM專用于立即數(shù)的加法。,使用ADD完成加法,ld temp1,a；將變量temp1裝入寄存器A add temp2,a；將變量temp2與寄存器A相加 ；結(jié)果放入A中 stla,temp3；將結(jié)果（低16位）存入變量 ；temp3中。 注意，這里完成計(jì)算temp3=temp1+temp2，我們沒有特意考慮temp1和temp2是整數(shù)還是小數(shù)，在加法和下面的減法中整數(shù)運(yùn)算和定點(diǎn)的小數(shù)運(yùn)算都是一樣的

18、。,利用ADDS實(shí)現(xiàn)32位數(shù)據(jù)裝入,ld #0,dp ; 設(shè)置數(shù)據(jù)頁(yè)指針 ld 60h,16,a; 將60H的內(nèi)容裝如A的高16位 adds 61h,a; 將61H的內(nèi)容加到A的低16位 dld 60h,b; 直接裝入32位到B寄存器,ADD中尋址方式,ADD Smem ,SHIFT,src ,dst 例如： ADD *AR0，1，A，A ADD 60H，-1，A，A ADD *AR5，1，A，B ADD Xmem, SHFT, src 例如： ADD *AR5，1，A ADD Xmem,Ymem, dst 例如： ADD *AR2，*AR3，A,2、減法指令,實(shí)現(xiàn)16位定點(diǎn)減法,C54X中提

19、供了多條用于減法的指令，如SUB，SUBB，SUBC和SUBS。其中SUBS用于無符號(hào)數(shù)的減法運(yùn)算，SUBB用于帶進(jìn)位的減法運(yùn)算（如32位擴(kuò)展精度的減法），而SUBC為移位減，DSP中的除法就是用該指令來實(shí)現(xiàn)的。SUB指令與ADD指令一樣，有許多的尋址方式，其詳細(xì)使用說明請(qǐng)參考TMS320C54X使用教程,減法指令使用舉例,stm#60h,ar3；將變量temp1的地址裝入ar3寄存器 stm#61h,ar2；將變量temp3的地址裝入ar3寄存器 sub*ar2+, *ar3,b；將變量temp3左移16位同時(shí)變量 ; temp2也左移16位，然后相減，結(jié) ; 果放入寄存器B（高16位）中，

20、同 ; 時(shí)ar2加1。 sthb,63h；將相減的結(jié)果（高16位）存入變量63h,利用SUBC實(shí)現(xiàn)除法,在C54X中沒有提供專門的除法指令，一般有兩種方法來完成除法。一種是用乘法來代替，除以某個(gè)數(shù)相當(dāng)于乘以其倒數(shù)，所以先求出其倒數(shù)，然后相乘。這種方法對(duì)于除以常數(shù)特別適用。另一種方法是使用SUBC指令，重復(fù)16次減法完成除法運(yùn)算。,利用SUBC完成Temp1/Temp2,ldtemp1,B；將被除數(shù)temp1裝入B寄存 ；器的低16位 rpt#15 ；重復(fù)SUBC指令16次 subctemp2,b；使用SUBC指令完成除法 stlB,temp3；將商（B寄存器的低16位） ；存入變量temp3

21、sthB,temp4；將余數(shù)（B寄存器的高16位） ；存入變量temp4 注： 實(shí)際上是完成整數(shù)除法,實(shí)現(xiàn)小數(shù)除法,在C54X中實(shí)現(xiàn)16位的小數(shù)除法與前面的整數(shù)除法基本一致，也是使用SUBC指令來完成。但有兩點(diǎn)需要注意：第一，小數(shù)除法的結(jié)果一定是小數(shù)（小于1），所以被除數(shù)一定小于除數(shù)。在執(zhí)行SUBC指令前，應(yīng)將被除數(shù)裝入A或B寄存器的高16位，而不是低16位。其結(jié)果的格式與整數(shù)除法一樣。第二，應(yīng)考慮符號(hào)位對(duì)結(jié)果小數(shù)點(diǎn)的影響。所以應(yīng)對(duì)商右移一位，得到正確的有符號(hào)數(shù)。,3、乘法指令,實(shí)現(xiàn)16定點(diǎn)整數(shù)乘法,在C54X中提供了大量的乘法運(yùn)算指令，其結(jié)果都是32位，放在A或B寄存器中。乘數(shù)在C54X的乘

22、法指令很靈活，可以是T寄存器、立即數(shù)、存貯單元和A或B寄存器的高16位。如果是無符號(hào)數(shù)乘時(shí)，請(qǐng)使用MPYU指令。這是一條專用于無符號(hào)數(shù)乘法運(yùn)算的指令，而其它指令都是有符號(hào)數(shù)的乘法。,整數(shù)乘法舉例,rsbxFRCT；清FRCT標(biāo)志，準(zhǔn)備整數(shù)乘 ldtemp1,T；將變量temp1裝入T寄存器 mpytemp2,a；完成temp2*temp1，結(jié)果放 ；入A寄存器（32位）,實(shí)現(xiàn)小數(shù)乘法,在C54X中，小數(shù)的乘法與整數(shù)乘法基本一致，只是由于兩個(gè)有符號(hào)的小數(shù)相乘，其結(jié)果的小數(shù)點(diǎn)的位置在次高的后面，所以必須左移一位，才能得到正確的結(jié)果。C54X中提供了一個(gè)狀態(tài)位FRCT，將其設(shè)置為1時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將乘積

23、結(jié)果左移移位。兩個(gè)小數(shù)（16位）相乘后結(jié)果為32位，如果精度允許的話，可以只存高16位，將低16位丟棄，這樣仍可得到16位的結(jié)果。,小數(shù)乘法舉例,ssbx FRCT ；FRCT=1，準(zhǔn)備小數(shù)乘法 ld temp1,16,a ；將變量temp1裝入寄存器A的高16位 mpya temp2 ；完成temp2乘寄存器A的高16位，結(jié) ；果在B中，同時(shí)將temp2裝入T寄存器 sth b,temp3 ；將乘積結(jié)果的高16位存入變量temp3 如：0.1(0 x0ccd) x 0.7(0 x599a) = 0.06997680664063(0 x08f5) 注：可以使用MPYR完成四舍五入。 比較如下結(jié)

24、果 mpyr temp1,b ; T * temp1 - b,4、乘加和乘減指令,5、雙精度/雙數(shù)操作指令,6、特殊指令,二、邏輯運(yùn)算指令,邏輯指令包括與、或、異或、移位和測(cè)試指令 1、與指令（AND）,2、或、異或指令,3、移位和測(cè)試指令,三、程序控制指令,程序控制指令包括： 分支指令 調(diào)用指令 中斷指令 返回指令 重復(fù)指令 堆棧操作指令 混合程序控制指令,1、分支指令,2、調(diào)用與中斷指令,3、返回指令,4、重復(fù)指令和堆棧操作指令,5、混合程序控制指令,四、裝入和存儲(chǔ)指令,裝入和存儲(chǔ)指令包括： 一般的裝入和存儲(chǔ)指令 條件存儲(chǔ)指令 并行裝入和存儲(chǔ)指令 并行裝入和乘法指令 并行存儲(chǔ)和加件乘指令

25、混合裝入和存儲(chǔ)指令,1、一般的裝入指令,2、存貯指令,3 并行裝入和存儲(chǔ)指令,4、條件存儲(chǔ)指令,5、并行存儲(chǔ)和加、減、乘法指令,6、并行裝入和乘法指令,7、混合裝入和存儲(chǔ)指令,注意：同一條指令在不同存儲(chǔ)器中可能有不同執(zhí)行時(shí)間,操作數(shù)在雙尋址空間、單尋址空間和外部 程序代碼在雙尋址、單尋址和外部空間 操作數(shù)和代碼在相同存儲(chǔ)器塊中 數(shù)據(jù)空間插入了等待周期 程序空間插入了等待周期,FIRS指令使用方法： FIRS *AR2+， *AR3+， COEF,特殊指令使用說明,FIRS指令 FIRS指令用于線性相位濾波器的處理。一個(gè)如下圖的8階線性相位濾波器的輸出表達(dá)式：,FIR濾波的兩指令MAC、FIRS,RPTZ A,#(N-1) ;重復(fù)MAC指令N次,先將A清零 MAC *FIR_DATA_P+0%,*FIR_COFF_P+0%,A