TMS320C54x数字信号处理器硬件结构.ppt

第2章TMS320C54x数字信号处理器硬件结构 2 1TMS320C54x的特点和硬件组成框图 图2 1TMS320C54xDSP的内部硬件组成框图 C54x芯片8条16bit总线5大部分组成 围绕 1 中央处理单元CPU2 2个地址产生单元 程序地址产生逻辑 PAGEN PC 程序指针IPTR 中断指针RC 重复计数器BRC 块重复计数RSA 块起始地址寄存器REA 块结束地址寄存器 数据地址产生逻辑单元 DAGEN 辅助寄存器运算 ARAU0 ARAU1 辅助寄存器 8个 AR0 7ARP 辅助寄存器指针 BK 循环缓冲区大小寄存器 DP 数据页指针SP 堆栈指针 3 CPU寄存器及中断系统MMR 26个16bit寄存器包含 上述寄存器 累加器A B 寄存器T中断标志 屏蔽 寄存器等 4 存储空间 存储指令数据5 片内外围电路 串口 HPI 通用I O等 对片内各功能模块管理 控制 监视等 数据 程序 I O空间片内和片外 2 2TMS320C54x的总线结构 地址总线指令 数据地址 PABCABDABEAB 2个辅助寄存器运算单元2个操作数地址 ARAU0 ARAU1 传送 产生 T 指令代码 立即数 程序空间PB系列表 CB DB操作数 数据空间EB数据 片内外围电路片内双向总线 EB DB 取 写 读 写 2 4中央处理单元 CPU 3个CPU状态和控制寄存器 6个基本运算单元如下 算术逻辑单元 ALU 累加器A和B桶形移位寄存器乘法器 加法器单元比较 选择和存储单元 CSSU 指数编码器 1 算术逻辑单元 ALU 和累加器 TMS320C54x使用40位算术逻辑单元 ALU 和两个40位累加器 ACCA和ACCB 来完成算术运算和逻辑运算 且大多数都是单周期指令 输入 X端 Y端 DB 桶型移位器输出S CB T A或B 输出 累加器 A或B 累加器 配置或目的寄存器 例 ALU运算结果存放等 专用指令 借助累加器实现一些特殊运算 例 MAC指令等 状态寄存器ST0位结构 CPU寄存器 状态寄存器ST1的位结构 符号扩展位SXM 清 0 高位添 0 置 1 符号扩展例 来自DB的16bit操作数40bitALU输入 溢出方式位OVM 置 0 ALU运算结果累加器 A B 正向溢出 007FFFFFFFH置 1累加器A B负向溢出 FF80000000H 溢出标志位 OVA OVB 发生溢出OVA OVB置 1 扩展 直接 双字 双精度方式位C16 置 1 ALU双精度 32bit 运算置 0 ALU双16位运算 进位位 C 加法C置 1 减法C清 0 进位 借位 0100H 14 左移14位 05400000H05401200H 1615000000H0A800000H05400000H AR3 0100H 0100H 1500H 2 桶形移位寄存器 输入 从DB获得的16位操作数 从DB和CB获得的32位操作数 从累加器A或B获得的40位操作数 输出连到ALU或经过MSW LSW 最高有效字 最低有效字 写选择单元至EB总线 功能 ALU运算前 数据定位 存储前 数据定位 归一化处理 CPU寄存器 状态寄存器ST1的位结构 移位位数 1立即数 16 152移位方式位 ASM 16 153T 暂存器 最低6位 16 31 例 累加器的值移位存储 A FF43211234H数据空间单元TEMP 16bit 字 存储 STHA 8 TEMP A 8 且存储高16位即 TEMP 2112HSTLA 8 TEMP A 8 且存储低16位即 TEMP 3400H 3 乘法器 加法器单元 乘法器 17bit 17bit T 来自DB XM端DBA 31 16 输入PBYM端DBCBA 31 16 输出 分数位电路FRCT 消除冗余符号位 加法器 40bit XA端乘法器输出输入累加器 A B 乘累加运算YA端 0 乘法器功能输出 零检测器 舍入器 溢出饱和逻辑 累加器 A B 乘法 加法单元17bit 17bit硬件乘法器40bit专用加法器 1 乘法类型 a 无符号数乘法 b 有符号数乘法16bit操作数17bit16bit操作数17bit c 无符号数与有符号数乘法 连接 最高位补 0 符号扩展 2 定点与浮点 0 1 2 14 15 15 0 1 13 14 15 127 127 23 128 23 CPU寄存器 状态寄存器ST0位结构 状态寄存器ST1的位结构 小数方式位FRCT置 1 乘法结果左移1位 消除多余符号位 溢出标志位 OVA OVB 发生溢出 OVA OVB置 1 溢出方式位OVM 置 0 ALU运算结果累加器 A B 正向溢出 007FFFFFFFH置 1 累加器A B负向溢出 FF80000000H 4 比较 选择和存储单元 CSSU 比较 选择和存储单元 CSSU 是专门为Viterbi算法设计的加法 比较 选择 ACS 操作的硬件单元 CSSU支持均衡器和信道译码器所用的各种Viterbi算法 5 指数编码器 指数编码器用于支持单周期指令EXP的专用硬件 在EXP指令中 累加器中的指数值能以二进制补码的形式 8 31 存储在T寄存器中 指数值定义为前面的冗余位数减8的差值 即累加器中为消除非有效符号位所需移动的位数 当累加器中的值超过32位时 指数为负值 指数编码器EXPC54x 16bit定点DSP 支持浮点运算扩大精度及动态范围 定点 浮点 尾数 2例 目的 0 25 2000H 定点Q15 1514130 222 2 浮点 左移1位 1514130 0 1 0 0 尾数 4000H 0 1 2 15 指数 0 1 0 符号 指数 1T4000H Q15 0 50 5 2 0 25 支持 浮点运算借助暂存器T 指数值 指数编码器 EXP C54x专用硬件运算电路 对应 存放 存放 指令 EXP累加器 A B 值对应指数值T 指数值 累加器 A B 冗余符号位数 8注 累加器A B 40bit包含 8位保护位数值位32位 有意义 确定 存放 1 指数值范围 8 31注 右移最多 8位 8左移最多 31位 31 符号位40 8 1 31 例 EXPA 执行前执行后 FFFFFFFFCBH0019H A T FFFFFFFFCBH0000H C 1100 冗余符号位 4 8 1 33指数值 33 8 25 0019H 例 EXPB执行前执行后 B T 85432105H0007H 85432105HFFFCH 7 0111 冗余符号位 4 1 4指数值 4 8 4 FFFCH 确定尾数归一化指令NORM 按T中的指数值移位归一化累加器 A B 的值尾数 确定 例 NORMA执行前执行后A T FFFFFFF001H0013H FF80080000H0013H T 0013H19 A值左移19位FFFFFFF001H 左移20位FF00100000HFF80080000H验算 原累加器A FFFFFFF001H1111000000000001 2 1 指数值 右移1位 2 12 现累加器A FF80080000H1000000000001000指数 19 尾数 2 2 2 2 2 1 指数 31 19 19 12 例 NORMB A执行前执行后A B T FFFFFFF001H0A0A0A0AHFFF9H 0042141414H0A0A0A0AHFFF9H T FFF9H 7 右移7位 B的位 B 210A0A0A0AH 00210A0A0AH 右移8位 左移1位 2 0042141414H 1 状态寄存器ST0位结构 2 状态寄存器ST1的位结构 3 处理器方式状态寄存器PMST的位结构 2 3TMS320C54x的存储器分配 一 存储空间 1可寻址空间大小C54x的地址总线16bit 64K字 16bit 字 2可寻址空间分类 程序空间 程序指令及系数表 数据空间 操作数或处理后结果 I O空间 外设接口或扩展外部数据空间3片内 片外存储器 1 片内存储器 RAM 随机访问存储器 DARAM 双寻址存储器 分成若干子块 每个子块在一个机器周期T内 读2次 或读 写1次 即 从一个子块取2个操作数且将一个数据写入另一子块 T SARAM 单寻址寄存器 分成若干子块 每个子块在一个机器周期T内 读 写 1次 ROM 只读存储器例 C548DSP片内 2KROM 8KDARAM 24KSARAMC5402DSP片内 4KROM 16KDARAM FFFFH 0000H 1000H 3000H 程序空间 9000H A000H 数据空间 存储空间 2 片外存储器 TMS320C5402DSP 片内 16K RAM 0080H 4000H片外 48K RAM4000H FFFFH 例 安排 0080H 4000H 0000H FFFFH 存储空间 DSP片内16KRAM 片外RAM EPRAM 3 片内存储器优点 不需插入等待状态 可全速运行低成本 低功耗缺点 可用空间太小建议 尽量使用片内存储器 二 存储器配置 1 存储器配置寄存器 处理器工作方式寄存器PMST MMR 存储器配置或控制信息 安排 位结构 例 C5402DSP的存储器映射程序空间 64K 0000H FFFFH数据空间 64K 0000H FFFFH片内存储器 4KROM 16KDARAM 2存储器分配 1 MP MC 微处理器 微计算机方式位清 0 片内ROM程序空间置 1 片内ROM程序空间 2 OVLY RAM重叠位清 0 片内RAM数据空间置 1 片内RAM数据 程序空间 3 DROM 数据ROM位清 0 片内ROM数据空间置 1 片内ROM数据空间 映射 映射 映射 不映射 不映射 部分映射 1 程序代码和数据 片内DARAMxx cmd MEMORY PAGE0 PAOG org 0200H len 1000HPAGE1 DATA org 1A00H len 1000H SECTIONS text PROGPAGE0 data DATAPAGE1 bss DATAPAGE1 xx pit xx asm xx cmd 编译汇编连接下载运行观察 0200H开始 程序指令代码 机器码 1A00H开始 数据 0200H 1A00H 1200H 2A00H 2 程序代码和数据 片外RAMxx cmd MEMORY PAGE0 PROG org 4000H len 1800HPAGE1 DATA org 5800H len 2000H SECTIONS text PROGPAGE0 data DATAPAGE1 bss DATAPAGE1 xx pjt xx asm xx cmd 编译汇编连接下载运观察 4000H开始 程序指令代码5800H开始 数据 行 5800H 7800H 5800H 4000H 三 程序空间 1 程序空间 例 TMS320C5402DSP的程序空间 片内存储器 4KROM 16KDARAM 片内ROM配置 由TI公司预先做好 用户不能改变 但可使用 上电复位时引脚MP MC逻辑电平采样PMST的MP MC位MP MC 1 微处理器工作模式 片内ROM不被使能 PC指向片外程序空间FF80H地址开始执行用户程序MP MC 0 微计算机工作模式 片内ROM被使能 PC指向片内ROM的FF80H地址执行复位中断 由复位中断跳转PC 执行用户程序 确定 片内RAM配置上电复位时 OVLY位清 0 即 片内RAM程序空间系统初始化时设置PMST的OVLY位片内RAMOVLY 1 片内RAM可映射程序空间 OVLY 0 片内RAM只映射数据空间 不映射 配置 例 TMS320C5402DSP的程序空间 片内存储器 4KROM 16KDARAM 2 程序空间扩展 TMS320C5402DSP 1M字程序空间 16页 64k字 页 20根地址引线 A0A1 A19 XPC程序计数器扩展寄存器 MMR 确定程序空间页号 0 1 15 OVLY 0时 片内DARAM 16K字 不映射 程序空间 OVLY 1时片内DARAM 16K字 映射 程序空间普通块16K程序空间每页特有块48K 4000H FFFFH 0000H 4000H 分解 共享 TMS320C5402扩展程序存储器图 例 片内ROM映射 程序空间0页 扩展程序空间映射 片外RAM 6条专用指令寻址 FB 远转移FCALL 远调用 四 数据空间 C54X数据空间 64K字 片内RAM数据空间 系统初始化时设置PMST的DROM位置 1 片内ROM 部分 数据空间即 程序可读取片内ROM中数据 复位时 DROM位清 0 存储器映射寄存器数据空间第0页 映射 DARAM和SARAM 映射 映射 MMR 例 TMS320C5402DSP的数据空间 片内存储器 4KROM 16KDARAM 五 I O空间 C54X 64K字I O空间 扩展外部存储器 寻址指令 PORTR 读PORTW 写 注 读写时序与程序空间和数据空间很大不同 2 6硬件复位操作 复位期间 处理器进行以下操作 PMST中的中断向量指针IPTR设置成1FFH PMST