《DSP芯片概述》PPT课件

Freescale(Motorola)16位DSP原理及开发技术,2.DSP芯片概述,第一部分,Freescale(Motorola)16位DSPDSP56800介绍,模拟滤波器原理图,模拟滤波器优点：响应速度快缺点：精度低、放大器的线性及可处理信号的动态范围有很多限制、温度漂移大、系统调试不方便等。,用DSP实现FIR滤波器,低通抗混叠滤波器,信号采样与A/D变换,数字信号处理DSP,D/A转换,信号重建与低通滤波,DSP芯片硬件和软件的结合,|-DSP芯片-|,用DSP实现FIR滤波器的特点：软件与硬件的结合，有大量数学运算，稳定可靠,DSP与CPU,一普通CPU与DSP结构上的区别普通CPU：采用冯.诺曼结构（程序与数据统一编址，不区分存储器的程序空间和数据空间）。DSP：采用哈佛结构（程序与数据空间分开编址）即多总线结构。DSP56800内核的内部总线有7条：PABPDBXAB1XAB2XDB2CGDBPGDB改进的哈佛结构：程序和数据空间相互传数据。,DSP与CPU（续）,（1）单并行处理例：ADDX0，AY0，X:（R1）+N（2）双重并行处理例：MACRX0,Y0,AX:(R0)+N,YX:(R3)-,X0;,二、由于多总线结构，DSP可实现指令的并行处理,程序的流水线执行使得读-译-执行似乎在一个时钟周期内完成的,DSP与CPU（续）,三DSP的多重流水线结构,DSP与CPU（续）,四运算方面乘加运算循环运算CPU要调用相应每一次检查是否乘、加函数循环n次DSP在一或二个时钟有重复n次指令周期内完成乘加REPn运算，用硬件逻辑有循环n次指令完成Doloopn如MAC指令,DSP与CPU（续）,五CPU与DSP存储器CPU：片内存储器和片外可扩展存储器RAM、ROM（Flash)DSP:程序Flash、程序RAM、数据Flash、数据RAM、B00tFlash等等。DSP的存储器比单片机要复杂得多！,DSP与CPU（续）,六CPU与DSP56800的中断DSP56800的中断比CPU要复杂得多：（1）DSP56800的中断源可达64个；（2）DSP56800的中断优先级达7级；（3）DSP56800与中断有关的寄存器多,达到14个。,16位MCU的使用方法120MIPS的处理效率最卓越的MCU性能120MHz,120MIPS的RAM16位的代码密度，32位的性能兼具MCU的控制功能和DSP的运算能力业界领先的安全结构第三代Flash技术，48KB-560KB的容量范围，EEPROM般的稳定性宽泛的温度范围-40C+85C-40C+105C-40C+125C,DSP56800是MCU和DSP的混合体,DSP56800内核结构,DSP56800的算数逻辑单元（ALU）,组成：内部寄存器乘/加器MAC极值限制器,DSP56800的算数逻辑单元,3个16位的数据输入寄存器X0、Y0和Y1，其中Y0与Y1可作为1个32位寄存器Y,2个32位的累加寄存器A和B，A=A1+A0，再加上A2成为36位B=B1+B0，再加上B2成为36位A、B寄存器是当作36位还是当作32位来用，由用户在程序中设定，即对程序控制器中的运行模式寄存器OMR中的CC位编程,内部寄存器,DSP56800的算数逻辑单元,乘/加器MAC在一个周期内可以以并行方式完成乘及加运算,可完成有符号或无符号16位乘16位的分数运算,有符号16位乘16位的整数运算。极值限制器处理数据溢出的饱和限制器。用于处理包含扩展寄存器的36位或20位操作，使在执行从36位到32位或从20位到16位的传输、运算指令时不至于出现错误。(在软件执行时能体现其功能),DSP56800的地址产生单元（AGU）,地址指针寄存器偏移量寄存器地址域寄存器堆栈指针寄存器,组成：,DSP56800的地址产生单元寄存器,通用地址寄存器R0-R3：等效为C语言中的指针类型的寄存器变量，用于访问存储器。地址偏移量寄存器N：常包含用于更新地址的偏移量，可为CGDB所读/写，可作为地址运算单元的输入。地址域寄存器M01:用于定义一个循环缓冲区。只有R0和R1可以与M01合作完成循环存储域的运算,R3是在存储器的并行处理时,用做读/写片内存储器的寄存器。堆栈指针SP:所有push和pop指令中都必须用到的寄存器，复位后要首先对SP初始化,用R0寄存器间接寻址一例,$1000,数据存储器,X,X,X,X,$1000,R0,(无影响),N,(无影响),M01,$1000,R0,(无影响),N,(无影响),M01,15,0,15,0,15,0,15,0,15,0,15,0,15,0,例:MOVEA1,X:(R0),$1000,数据存储器,1,2,3,4,15,0,执行后,执行前,012345678,A2,A0,15,0,31,16,32,35,A1,A,012345678,A2,A0,15,0,31,16,32,35,A1,A,使用地址产生单元寄存器注意点,出现的问题：由于DSP并行处理和流水线结构的特点，当使用MOVE指令和位操作指令改变R0-R3、SP、M01这些寄存器时，紧接着执行下一条指令时，上述寄存器的新值还不能起作用，要到再下一条指令时才能使用该新值。解决思路：用MOVE或位操作指令改变地址产生单元AGU中寄存器以后，要先插入一条与该寄存器无关但对程序有用的指令，当然也可以是NOP指令，再执行与该寄存器新值相关的指令。,流水线效应,消除流水线效应的方法有两种在两条指令间插入一条NOP指令,或者重排近处的指令,使流水线效应的条件不再成立。,一个AGU流水线效应的例子,move,#$4,r0,move,X:(r0),b,;用的是r0以前的值,不是4,move,x0,y0,方法1-在两条指令间插入一条NOP指令,move,#$4,r0,nop,;插入NOP指令,move,X:(r0),b,;使用r0的新值,4,move,x0,y0,方法2-重排指令,使条件不再成立,move,#$4,r0,move,x0,y0,;,move,X:(r0),b,;使用r0的新值,4,例设计一个FIR滤波器,算式：,c(0)*x(n-0),y(n)=,c(1)*x(n-1),c(99)*x(n-99),+,+,.,+,扩展的等式：,应怎样计算这个等式?,-为100个系数(c(i)开辟100个存储单元=数据存储器,.为100个数据样本(x(i)开辟100个存储单元=数据存储器,-乘法指令,-加法指令,-传输指令,X:000,C(0),C(1),C(2),C(99),X:099,X:128,X:227,X(n-0),X(n-1),X(n-2),X(n-99),MPY,ADD,MOVE,clra;清除累加器move#0,r3;为系数设置指针move#128,r0;为数据设置指针moveX:(r0)+,y0X:(r3)+,x0do#100,labelmacx0,y0,aX:(r0)+,y0X:(r3)+,x0label,这段代码有什么问题，会导致汇编错误?,设计一个FIR滤波器,设计一个FIR滤波器,答案：第4条指令是一个错误因为它用了r0,r0刚刚在指令3中初始化。解决方法：解决办法1:在指令后面插入一个NOP指令解决办法2:(更好)将第1条指令转移到第3条指令后面,DSP56800的程序控制单元（PCU）,主要功能：指令读取指令译码硬件循环控制中断处理存储器的操作和使用,DSP56800的程序控制单元（PCU）,PC：程序计数器，提供读取程序存储空间的地址SR：状态寄存，包括一个8位的模式寄存器MR和一个8位的条件码寄存器CCR。OMR：运行模式寄存器HWS：硬件堆栈寄存器LC：循环次数寄存器LA：循环地址寄存器,组成：,一状态寄存器SR(条件码寄存器),LF-循环标志位，LF=1，表示目前程序正执行循环语句操作I1I0-中断1和中断0的屏蔽位，I1=1关中断，I1=0开中断。I0只能写入1，目前没有使用SZ-数值域标志位，SZ位是b29和b30位异或的结果。L-极值限制标志位，复位时清零；数据表达范围超界时，极值限制标志置位。E-符号扩展标志位，E=0表示扩展寄存器A2或B2的值没有意义，仅仅是符号的扩展；E=1说明扩展寄存器中的值是有意义的。U-非规格化标志，是结果的b31位和b30位“异或”得到的N-结果为负标志Z-结果为零标志V-结果溢出标志C-进位、借位标志,二运行模式寄存器OMR,作用：OMR对芯片的运行方式进行控制，标识当前芯片的运行状态，复位时各位均为0。组成：NL-循环嵌套标志，NL=1表示两个DOLOOP循环正在进行。CC-条件码寄存器控制位，CC=1时条件码寄存器中的C、N、V、Z状态的变化依赖于MAC的32位结果；CC=0时上述标识变化基于MAC的36位结果SD-快速唤醒位，置为1可使DSP从stop状态下快速唤醒。R-四舍五入方式位,为0和1确定不同的四舍五入方式SA-饱和控制位。SA=1时，A2和B2不起作用；SA=0时，数值的表达范围扩大到36位或20位。EX-外部数据存储器控制位，EX=1外部数据存储器占全部64K空间MB、MA-模式控制位，可定义四种模式，但在DSP5680 x系列中，这两位一同连到外部引脚XBOOT上，所以只用两种：00：单片方式，11：扩展方式,三循环地址寄存器LA、循环次数寄存器LC、硬件堆栈寄存器HWS,作用：他们用于循环语句的控制。DSP56800指令集中有两种循环控制指令：REP和DO指令。REP指令实例：REP#5;ASLA；将ASLA指令重复执行5次立即数5是被锁存在循环次数寄存器LC中。REP指令只能重复紧接着的一条指令，不能实现多条指令的循环。,三循环地址寄存器LA、循环次数寄存器LC、硬件堆栈寄存器HWS（续）,DO指令实例：DO指令：DO#8，END;开始循环语句MOVEX:（R0），A;REP#3;REP嵌套在DOLOOP中ASLAMOVEA，X：(R0)+;循环指令的最后一条指令END.;下一条指令REP指令可以嵌套在DO指令中。,DSP56800的可寻址空间,程序空间大小为64K字，0-$7F为中断向量区，$80-$FFFF为程序存储器区。,数据空间大小为64K字，$FFC0-$FFFF为外设的I/O短寻址空间，$0-$FFBF为数据存储器区。,启动Flash(BootFlash),DSP56800系列各种型号芯片还有2K字的启动Flash(BootFlash),可用于上电复位系统初始化和启动。DSP启动有多种方式：片内Flash启动；片外Flash启动；从I/O口下载一段程序到片内程序RAM中启动；BootFlash启动。,DSP56800系列,DSP56800内核的内部总线,程序空间地址总线PAB：用于读取程序程序空间数据总线PDB：用于读/写数据空间的数据数据地址总线XAB1：用于读/写数据空间的存储器数据地址总线XAB2：只与片内存储器相连，对外部存储器不起作用内部全局数据总线CGDB：用于读/写内部寄存器外设全局数据总线PGDB：用于以I/O短寻址方式读/写外设外部数据总线XDB2,DSP56800内核的内部总线,DSP56800的工作模式,运行模式寄存器OMR中的MB、MA位一同连到DSP外部引脚XBOOT上：XBOOT=0，单片方式。不需要外部扩展ROM(Flash)和RAMXBOOT=1，扩展方式。需要外部扩展ROM(Flash)和RAM，外部扩展的RAM对程序的调试有利。,56800系列DSP应用领域,DSP56F801DSP56F807具有多种外围电路，适合于移