DSP原理及应用考试要点[详述]解析.doc

通信工程 2010DSP 考试知识点详述 1 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG CHAP1 1 1 冯 诺依曼结构和哈佛结构的特点冯 诺依曼结构和哈佛结构的特点 冯 诺依曼结构采用单存储空间单存储空间 即程序指令和数据共用一个存储空间 使用单一的地址和数据总线 取指令和取操作数都是通过一条总线分时进 行 哈佛结构该结构采用双存储空间双存储空间 程序存储器和数据存储器分开 有各自 独立的程序总线和数据总线 改进哈佛结构采用双存储空间双存储空间和数条数条总线 即一个程序总线和多条数据总 线 2 2 DSPDSP 芯片的特点 数据密集型应用 芯片的特点 数据密集型应用 采用哈佛结构采用哈佛结构 采用多总线结构采用多总线结构 配有专用硬件乘法配有专用硬件乘法 累加器累加器 快速指令周期快速指令周期 采用流水线技术 具有特殊的 DSP 指令 硬件配置强 3 3 定点定点 DSPDSP 芯片和浮点芯片和浮点 DSPDSP 芯片的区别及应用特点芯片的区别及应用特点 定点定点 DSP 芯片芯片 数据以定点格式工作的 精度和范围是不能同时兼顾的 定点 DSP 是主流主流产品 成本低 对存储器要求低 耗电少 开发相对容易容易 但设计中必须考虑溢出溢出问题 用在精度要求不太高求不太高的场合 浮点浮点 DSP 芯片芯片 数据以浮点格式工作 精度高 动态范围大 产品相对较 少 复杂成本高 但不必考虑溢出的问题 用在精度要求较高要求较高的场合 4 4 定点定点 DSPDSP 的表示 的表示 Qm nQm n 精度和范围与 精度和范围与 m m n n 的关系 及其格式转换的关系 及其格式转换 整数表示法整数表示法 最高位是符号位 0 代表正数 1 代表负数 其余位以二进制 的补码形式表示数值 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 2 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 小数表示法 小数表示法 最高位是符号位 0 代表正数 1 代表负数 其余位以二进制二进制 的补码的补码形式表示数值 小数点在 Dn 1 位 16 位 TMS320C54X 是采用的是小数点在 D15 位 数的定标 数的定标 对定点数而言 数值范围与精度 是一对矛盾一对矛盾 n 越大 数值范围越小 但精度越高 相反 n 越小 数值范围越 大 但精度就越低 定点格式数据的转换定点格式数据的转换 十进制转换成十进制转换成 Qm n 形式 形式 先将数乘以 2n 变成整数 再将整数转换成相应的 Qm n 形式 不同不同 Qm n 形式之间的转换 形式之间的转换 即 n 大的数据 格式向 n 小的数据格式转换 5 5 TI TI 公司的三大主力系列公司的三大主力系列 DSPDSP 芯片特点及应用领域芯片特点及应用领域 C2000 系列 系列 定位于控制类和运算量较小的运用 应用于各种工业控制领 域 C5000 系列 系列 低功耗高性能 定位于中等计算量的应用 主要用于便携式 的通信终端 C6000 系列 系列 定位于具有较大计算量要求的应用 主要应用于高速宽带和 图像处理等高端应用 6 6 DSPDSP 芯片的运算速度芯片的运算速度 TMS320LC549 80 在主频为 80MHz 时的指令周期为 12 5ns 一个指令周期 内完成一次乘法和加法操作 其 MAC 时间就是 12 5ns 处理能力为 80 MIPS CHAP2 1 1 TMS320C54xTMS320C54x 芯片的组成 三部分 相同系列不同芯片之间的区别和联系 芯片的组成 三部分 相同系列不同芯片之间的区别和联系 CPU 片内存储器和片内外设 同系列不同型号片内存储器和片内外设不同 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 3 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 2 2 DSPDSP 芯片的电源引脚 芯片的电源引脚 DSPDSP 芯片的控制引脚芯片的控制引脚 电源引脚电源引脚 CVdd 电压 1 8V 为 CPU 内核提供专用电源 DVdd 电压 3 3V 为各 I O 引脚提供的电源 Vss 接地 控制引脚控制引脚 引脚名称引脚序号功能说明 MSTRB 24外部存储器选通信号 总开关 RS 98复位引脚 低电平有效 在正常工作情况下 此引 脚至少保持 2 个 CLKOUT 周期的低电平 PS 20外部程序存储器 DS 21数据存储器 IS 22I O 空间选择信号 3 3 TMS320C54XTMS320C54X 芯片的总线组成情况 以及各总线的功能芯片的总线组成情况 以及各总线的功能 1 组程序总线组程序总线 PB 传送取自程序存储器的指令代码指令代码和立即操作数立即操作数 3 组数据总线组数据总线 CB HW DB LW 用来传送从数据存储器读出读出的数据 EB 用来传送写入写入存储器的数据 4 组地址总线 PAB CAB DAB EAB 用来提供执行指令所需的地址 4 4 算术逻辑单元算术逻辑单元 ALUALU 对输入数据的符号扩展及运算结果的溢出处理对输入数据的符号扩展及运算结果的溢出处理 符号扩展符号扩展 溢出处理 发生溢出时 溢出处理 发生溢出时 若 OVM 0 则对 ALU 的运算结果不作任何调整 直接送入累加器 若 OVM 1 则对 ALU 的运行结果进行调整 当正向溢出时 将 32 位最大正数 00 7FFF FFFFH 装入累加器 当负向溢出时 将 32 位最小负数 FF 8000 0000H 装入累加器 状态寄存器 ST0 中与目标累加器相关的溢出标志 OVA 或 OVB 被置 1 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 4 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 5 5 累加器累加器 A A B B 的组成 两个累加器的区别 累加器内容的保存 移位 保存 的组成 两个累加器的区别 累加器内容的保存 移位 保存 累加器累加器 A 和和 B 的区别是的区别是 AH 可以用作乘法器的一个输入 使用MPYA 指令 只能使用累加器 A 寻址程序空间 带移位的累加器存储操作带移位的累加器存储操作 移位操作是在存储累加器内容的过程中 同时同时完成的 移位操作是在移位寄存器中完成的 累 加器的内容保持不变保持不变 6 6 桶形移位器的作用 移位数的形式 桶形移位器的作用 移位数的形式 MACMAC 单元的特点单元的特点 作用作用 40 位桶形移位寄存器主要用于累加器累加器或数据区操作数的定标定标 移位数有移位数有 3 种形式种形式 立即数 取值范围 16 15 状态寄存器 ST1 中的移位方式位 ASM 花计计 5 位位 取值范围 16 15 数据暂存器 T 中的低低 6 位位数值 取值范围 16 31 特点特点 MAC 单元具有强大的乘法 累加运算功能 可在一个流水线周期内完成 1 次乘法运算和 1 次加法运算 7 7 CPUCPU 的的 3 3 个状态和控制寄存器 主要位的作用及设置 个状态和控制寄存器 主要位的作用及设置 这些寄存器都是存储器映像寄存器 位于数据存储器空间的第 0 页 访问速 度最快 1 状态寄存器状态寄存器 0 ST0 主要反映处理器的寻址要求寻址要求和计算机的中间运行状态中间运行状态 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 5 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 2 状态寄存器状态寄存器 1 ST1 主要用于反映处理器的寻址要求寻址要求 设置计算的初始状态初始状态 I O 及中断控制及中断控制 3 工作方式状态寄存器工作方式状态寄存器 PMST 8 8 TMS320C54XTMS320C54X 芯片的可寻址存储空间 程序 数据 芯片的可寻址存储空间 程序 数据 I OI O 空间 各空间 各 64k64k 字字 程序存储空间 程序存储空间 用来存放要执行的指令和指令执行中所需要的系数表 数学用表 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 6 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 数据存储空间 数据存储空间 用来存放执行指令所需要的数据 I O 存储空间 存储空间 用来提供与外部存储器映射的接口 可以作为外部数据存储空 间使用 9 9 片内存储器的片内存储器的 3 3 种形式以及种形式以及 SARAMSARAM 单寻址 单寻址 RAMRAM DARAMDARAM 双寻址 双寻址 RAMRAM 的特点的特点 64 千字的程序存储空间 64 千字的数据存储空间 64 千字的 I O 空间 1010 3 3 个状态位对片内存储器映射到程序存储空间和数据存储空间的作用个状态位对片内存储器映射到程序存储空间和数据存储空间的作用 最大可用程序空间程序空间 MP MC 0 OVLY 1 DROM 0 最大可用数据空间数据空间 MP MC 1 OVLY 0 DROM 1 1111 引导程序 自举加载程序 的作用引导程序 自举加载程序 的作用 OOTLOADER 引导程序 是一段芯 片出厂时固化在在 ROM 中的程序代码 芯 片上电时 引导程序便将片外 EPROM 中 的用户代码 引导入片内片内 RAM 或片外快片外快 速速 RAM 中执行 1212 定时器定时时间的计算定时器定时时间的计算 CLKOUT TDDR 1 PRD 1 1313 程序存储空间的分页扩展程序存储空间的分页扩展 数据存储器的分页管理 数据存储器的分页管理 程序存储空间的分页扩展程序存储空间的分页扩展 所有 C54X 芯片的数据空间和 I 0 空间的寻址范围都是 64K 程序空间的 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 7 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 寻址能力根据地址线的不同而不同 地址线数目为 16 20 23 则相应的程序 存储器寻址空间为 64K 1M 8M 为了实现分页扩展 增加程序计数器扩展寄存器 XPC 来保存页地址 即 A16 AX 页内地址 64K 内 用程序计数器 PC 保存 数据存储器包括数据存储器包括 CPU 寄存器 特殊功能寄存器 OOOOH OO1FH 片内外设寄存器 0020H OO5FH 32 字暂存器 SPRAM 0060H 007FH 896 字 DARAM 0080H 03FFH CHAP3 1 1 各种寻址方式特点及其应用 重在寻址方式的判断 注意有时一个语句可能各种寻址方式特点及其应用 重在寻址方式的判断 注意有时一个语句可能 用到多种寻址方式用到多种寻址方式 立即寻址立即寻址 LD 80H A 特点 特点 指令中含有一个固定的立即数 运行速度较快 但需占用程序存储 空间 并且数值不能改变 用途 用途 用于表示常数或对寄存器初始化 绝对寻址绝对寻址 MVKD EXAM1 AR5 MVPD TABLE AR2 PORTR FIFO AR5 LD PN A 特点 特点 指令中包含一个固定的 16 位地址 能寻址所有数据存储空间 但运 行速度慢 需要较大的存储空间 用途 用途 用于对速度要求较低的场合 累加器寻址累加器寻址 READA Smem WRITA Smem 特点 特点 将累加器的内容作为地址去访问程序存储单元 即将累加器中的内 容作为地址 用来对存放数据的程序存储器寻址 用途 用途 用于完成程序存储空间与数据存储空间之间的数据传输 直接寻址直接寻址 特点是数据存储器地址由基地址 数据页指针 DP 或堆栈指针 SP 和领衔 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 8 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 地址共同构成 共 16 位 特点特点 直接寻址的优点 每条指令只需要一个字 可在单周期寻址 128 个单元 寻址速度快 能进行流水线并行操作 用途 用途 主要用于要求运算速度较快的场合 间接寻址间接寻址 特点 特点 通过辅助寄存器和辅助寄存器指针来寻址数据空间存储单元 并自 动实现增量 减量 变址寻址 循环寻址 共有 16 种修正地址的方式 用途 用途 用于需要按固定步长寻址的场合 存储器映像寄存器寻址存储器映像寄存器寻址 用途 用途 主要用于不改变 DP SP 的情况下 修改 MMR 中的内容 堆栈寻址堆栈寻址 用途 用途 当发生中断或子程序调用时 用来自动保存 PC 内容以及保护现场或 传送参数 2 2 直接寻址 地址的确定 直接寻址 地址的确定 DPDP 赋初值 赋初值 倒序寻址 地址的确定 倒序寻址 地址的确定 循环缓冲区 循环缓冲区 的建立 首尾地址的确定 的建立 首尾地址的确定 15 8 7 6 0 操 作 码 I 0 数据存储器地址 dmad I 0 表示指令使用的寻址方式为直接寻址 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 9 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 10 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 位倒序寻址位倒序寻址 间接寻址中 ARi 0B 0B 表示位倒序寻址 AR0 N 2 用于快速傅氏变换 算法 FFT 在这种寻址方式中 AR0 存放的整数 N 是 FFT 点数的一半 另一个辅助寄 存器指向数据存放的物理单元 当使用位倒序寻址把 AR0 加到辅助寄存器中时 地址以位倒序的方式产生 即进位是从左向右从左向右 而不是从右向左 循环缓冲区的建立循环缓冲区的建立 长度为 R 的缓冲区必须从 N 位地址的边界开始 即循环缓冲区基地址的 N 个最低有效位必须为 0 N 应满足 2N R 的最小整数 例如 例如 缓冲区长度 R 32 若 2N 32 则 N 6 缓冲区开始的地址 xxxx xxxx xx00 0000B 循环缓冲区的尾基地址 EOB 是通过用 BK 的低 N 代替 ARx 的低 N 位得到 缓冲区长度 R 32 装入循环缓冲长度寄存器 BK 中 3 3 加法 进位 指令 减法 借位 指令 条件减法指令 实现除法 加法 进位 指令 减法 借位 指令 条件减法指令 实现除法 乘法 乘法 乘累加指令的操作数来源 分支转移指令 重复操作指令乘累加指令的操作数来源 分支转移指令 重复操作指令 RPT RPT 滤波指令 滤波指令 FIRSFIRS MACMAC 加法指令加法指令 ADD Smem srcsrc src Smem操作数加到 ACC 中 ADDC Smem srcsrc src Smem C带有进位的加法 ADDS Smem srcsrc src uns Smem 与 ACC 进行不带符号扩展的加 法 减法指令减法指令 SUB Smem src src src Smem从累加器中减去操作数 SUBB Smem src src src Smem C累加器与操作数带借位减操作 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 11 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG 乘法指令乘法指令 分支转移指令分支转移指令 分 类 指 令 说 明 B D 用该指令指定的地址加载 PC 无条件 分支转移 BACC D 用累加器的低 16 位指定的地址加载 PC BC D 若满足指令给定条件 用该指令指定的地址加载 PC 条 件 分支转移 BANZ D 若当前选择辅助寄存器不等于 0 用该指令指定的 地址加载 PC FB D 用该指令指定的地址加载 PC 和 XPC 远 程 分支转移 FBACC D 用累加器的低 23 位指定的地址加载 PC 和 XPC 最小均方运算 LMS 自适应滤波 Viterbi 译码指令 DADST DSADT CMPS SUBC Smem src If src Smem 0 src src Smem 15 1 1 Else src src FILE I O FILE INPUT ADD FILE 将探测点与文件关联后 CCS 给出 FILE I O 控制窗口 附 部分题目附 部分题目 1 1 编程实现将程序存储器从地址编程实现将程序存储器从地址 1000H1000H 到到 1080H1080H 区间的内容复制到数据存储器区间的内容复制到数据存储器 空间空间 2000H2000H 开始的地址空间 开始的地址空间 STM 2000H AR2 通信工程 2010DSP 考试知识点详述 22 P a g e COPYRIGHT C 2013 YANG STM 1000 H AR3 RPT 80 MVPD AR3 AR2 2 2 编程编程 y a1 x1 a2 x2 a3 x3 a4 x4y a1 x1 a2 x2 a3 x3 a4 x4