DSP器件及其应用-DSP的指令系统

TMS320C54x的指令系统IntroductionTMS320C54x的寻址方式TMS320C54x指令的表示方法TMS320C54x的指令系统一、寻址方式

当硬件执行指令时，寻找指令所指定的参与运算的操作数的方法——寻址方式。

根据程序的要求采用不同的寻址方式，可以有效地缩短程序的运行时间和提高代码执行效率。

TMS320C54x的寻址方式

立即寻址：指令中有一个固定的立即数；绝对地址寻址：指令中有一个固定的地址（16位）；累加器寻址：按累加器的内容作为地址去访问程序存储器中的一个单元；直接寻址：指令编码中含有的7位地址与DP或SP一起合成数据存储器中操作数的实际地址；间接寻址：通过辅助寄存器寻址；存储器映射寄存器寻址：修改存储器映射寄存器中的值，而不影响当前数据页面指针DP和当前堆栈指针SP的值；堆栈寻址：把数据压入或弹出系统堆栈。寻址方式

寻址方式用

途举

例指令含义立即寻址主要用于初始化LD#10，A立即数10

A绝对寻址利用16位地址寻址存储单元STLA，*（y）将AL内容存入y所在的存储单元累加器寻址将累加器中的内容作为地址READAx将A的内容作为地址读程序存储器，并存入x存储单元直接寻址利用数据页指针和堆栈指针寻址LD@x，A(DP+x的低7位地址)

A间接寻址利用辅助寄存器作为地址指针LD*AR1，A((AR1))A存储器映像寄存器寻址快速寻址存储器映象寄存器LDMST1，B(ST1)B堆栈寻址压入/弹出数据存储器和存储器映像寄存器MMRPSHMAG(SP)-1SP,(AG)(SP)符号含义Smem16位单寻址操作数Xmem16位的双寻址操作数，从DB总线读出Ymem16位的双寻址操作数，从CB总线读出dmad16位立即数，数据存储器的地址pmad16位立即数，程序存储器的地址PA16位立即数，I/O的地址src源累加器dst目的累加器lk16位的长立即数寻址指令中用到的缩写符号及其含义立即寻址短立即数寻址（单字指令）在指令字中包括立即操作数RPT#99；将下一条指令循环100次LD#0h，DP；将0装入数据页指针ADD#0ffh，A；将0ffh加给AccA立即寻址长立即数寻址指令字的后一个字是立即数（双字指令）ADD#1234h，A；将#1234h加给

AccA绝对地址寻址数据存储器地址（dmad）寻址：用一个符号或一个数来确定数据空间中的一个地址例：MVKDsample，*AR5;sample所代表的就是一个dmadMVKD1000h，*AR5;将数据存储器1000h单元的数据传送到由AR5所指的存储单元中。1000h代表的是一个dmad绝对地址寻址程序存储器地址（pmad）寻址：用一个符号或一个数来确定程序地址空间中的一个地址例：MVPDtable，*AR5table所代表的就是一个pmad绝对地址寻址端口地址(PA)寻址用一个符号或常数来确定I/O口地址

PORTRPA,Smem；从PA单元端口读入一个数据，传送到Smem所指的数据单元中去

PORTWSmem,PA；从Smem所指的数据单元取出一个数据，传送到PA单元端口PORTRFIFO,*AR5；把一个数从端口为FIFO的I/O口传送到AR5所指向的数据单元绝对地址寻址*(lk)寻址用一个符号或一个表示16位地址的长立即数来确定数据存储器中的一个地址例：

LD*（BUFFER），A；把地址为BUFFER的数据单元中的数据装到AccA中LDSmem,dst

试比较：LD＃1000H,A;＃1000H－>A双字,立即LD*（1000H）,A;(1000H)－>A双字,绝对

累加器寻址用累加器中的数作为一个地址，可用来对存放数据的程序存储器寻址：READASmemWRITASmemREADA，把累加器A所确定的程序存储器单元中的一个字，传送到数据存储器单元Smem中。WRITA，把数据单元Smem中的一个字，传送到累加器A确定的程序存储器单元。直接寻址TMS320C54的数据存储器分为512页，每页128字。设置一个数据页指针DP（DataPointer），用9-bit指向一个数据页，再加上一个7-bit的页内偏移地址，形成16-bit的数据地址LD#4，DP；指向页4（0200h-027Fh）ADD9h，A；将数据页4中地址9h的数据加给AccA直接寻址间接寻址8个辅助寄存器（AR0--AR7），由一个辅助寄存器指针（ARP3-bit）来指定辅助寄存器算术单元（ARAU）作16-bit无符号数运算，决定一个新的地址，装入辅助寄存器中的一个间接寻址间接寻址AR0--AR7的内容相当灵活，可以装入立即数，加上立即数，减去立即数；例如:

STM

#0060h,AR1;AR1=0060H也可以从数据存储器装入地址；还可以作以下的变址寻址：间接寻址将该AR的内容加1或减1，再寻址（循环常用）将该AR的内容加上或减去AR0的内容，再寻址。间接寻址

ADD*AR2，8，A；将当前辅助寄存器所指的地址里的数据，左移8-bit后加给AccAADD*AR2+，8，A，AR4；数据左移加给AccA后，当前辅助寄存器加1，选择辅助寄存器AR4ADD*AR2+0，8，A；执行加法后，将AR0的值加给当前辅助寄存器

ADD*AR2+，8，A；将当前辅助寄存器所指的地址里的数据，左移8-bit后加给AccA,当前辅助寄存器加1.存储器映射寄存器(MMR)寻址存储器映射寄存器寻址用来修改存储器映射寄存器。存储器映射寄存器寻址既可以在直接寻址中使用，又可以在间接寻址中使用。STM

#8888h,T

;存储器映射寄存器寻址。T暂存器。

LDMMMR，dst

;将MMR加载到累加器

MVDMdmad，MMR

;数据存储器向MMR传送数据

MVMDMMR，dmad

;MMR向指定地址传送数据

MVMMMMRx，MMRy

;MMRx向MMRy传送数据

POPMMMR

;将数据从栈顶弹至MMR

PSHMMMR

;将MMR数据压入堆栈

STLMsrc，MMR

;累加器低位存入MMR

STM#lk，MMR

;长立即数lk存入MMRC54x共有8条指令可以进行MMR寻址。存储器映射寄存器(MMR)寻址堆栈寻址

系统堆栈用来在中断和子程序期间自动存放程序计数器。它也能用来存放额外的数据项或传递数据值。处理器使用一个16-bit的存储器映射寄存器—堆栈指针（SP）来对堆栈寻址，它总是指向存放在堆栈中的最后一个元素。在压入堆栈操作时，SP先减1，然后将数据压入堆栈；在弹出堆栈操作时，数据从堆栈中弹出后，SP再加1.PUSH;把一个数据存储器数据压入堆栈

POP;从堆栈中弹出一个数据至数据存储器单元堆栈寻址

’C54x的堆栈是向低地址生长，并由16位堆栈指针SP管理。SP总是指向栈顶。

堆栈寻址：利用SP指针，按照先进后出的原则进行寻址。

当进栈操作时，SP先减1，然后数据进入堆栈；

当出栈操作时，数据先出栈，然后SP加1。

0001001000110100010101100001001000110100010101100011sp操作前的堆栈和SP0010sp操作后的堆栈和SPX1X1X2图、堆栈操作对堆栈指针的影响堆栈寻址

采用堆栈寻址的指令：

PSHDSmem

;将Smem中的数据压入堆栈

PSHMMMR

;将MMR中的数据压入堆栈

POPDSmem

;将数据从栈顶弹至Smem中

POPMMMR

;将数据从栈顶弹至MMR中7种寻址方式不同的用途

（1)立即寻址运行速度慢，但需要较多的程序存储空间，而且数值不能改变，主要用于表示常数和初始化。（2)绝对寻址可以访问任何的数据空间，但速度慢，要求较多的存储空间，用于对速度没有苛求的场合。（3)累加器寻址主要是在程序空间和数据空间传送数据。（4)间接寻址类似于高级语言中的指针，较为灵活，主要是针对数字信号处理的算法而设计的。（5)直接寻址中寻址速度较快，用于时间要求较高的场合。（6)MMR是基地址为零（不考虑SP、DP、CPL）的直接寻址方式，寻址速度较快，可以直接快速访问数据存储器的0页资源。二、TMS320C54x的指令表示方法

’C54x的助记符指令是由操作码和操作数两部分组成。在进行汇编以前，操作码和操作数都是用助记符表示。

例如：

LD

#0FFh，

A

;将立即数0FF传送至A

操作码源操作数目的操作数注释指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义1A累加器A2ALU算术逻辑运算单元3AR泛指通用辅助寄存器4ARx指定某一辅助寄存器AR0~AR75ARPST0中的3位辅助寄存器指针6ASMST1中的5位累加器移位方式位-16~157B累加器B8BRAFST1中的块重复操作标志9BRC块重复操作寄存器10BITC或bit_code用于测试指令,指定数据存储器单元中的哪一位被测试,取指范围:0~15序号符号含

义11C16ST1中的双16位/双精度算术运算方式位12CST0中的进位位13CC2位条件码(0CC3)14CMPTST1中的ARP修正方式位15CPLST1中的直接寻址编辑标志位16cond表示一种条件的操作数，用于条件执行指令17[d],[D]延时选项18DABD地址总线19DARDAB地址寄存器20dmad16位立即数数据存储器地址(0~65535)指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义21Dmem数据存储器操作数22DPST0中的数据存储器页指针(0DP511)23dst目的累加器(A和B)24dst_与dst相反的目的累加器25EABE地址总线26EAREAB地址总线27extpmad23位立即程序存储器地址28FRCTST1中的小数方式位29hi(A)累加器的高阶位(AH或BH)30HMST1中的保持方式位指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义31IFR中断标志寄存器32INTMST1中的中断屏蔽位33K少于9位的短立即数34k33位立即数(0k37)35k55位立即数(-16k515)36k99位立即数(0k9511)37lk16位长立即数38Lmem利用长字寻址的32位单数据存储器操作数39Mmr，MMR存储器映像寄存器40MMRx，MMRy存储器映像寄存器，AR0~AR7或SP指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义41nXC指令后面的字数，取1或242N指定状态寄存器，N=0为ST0，N=1为ST143OVAST0中的累加器A溢出标志44OVBST0中的累加器B溢出标志45OVdst指定目的累加器(A或B)的溢出标志46OVdst_指定与Ovdst相反的目的累加器的溢出标志47OVsrc指定源累加器(A或B)的溢出标志48OVMST1中的溢出方式位49PA16位立即端口地址(0PA65535)50PAR程序存储器地址寄存器指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义51PC程序计数器52pmad16位立即程序存储器地址(0pmad65535)53pmem程序存储器操作数54PMST处理器工作方式状态寄存器55prog程序存储器操作数56[R]舍入选项57rnd循环寻址58RC重复计数器59RTN快速返回寄存器60REA块重复结束地址寄存器指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义61RSA块重复起始地址寄存器62SBIT用于指定状态寄存器位的4位地址(0~15)63SHFT4位移位值(0~15)64SHIFT5位移位值(-16~15)65Sind间接寻址的单数据存储器操作数66Smem16位单数据存储器操作数67SP堆栈指针寄存器68src源累加器(A或B)69ST0，ST1状态寄存器0，状态寄存器170SXMST1中的符号扩展方式位指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语序号符号含

义71T暂存器72TCST0中的测试/控制标志73TOS堆栈顶部74TRN状态转移寄存器75TS由T寄存器的5~0位所规定的移位数(-16~31)76uns无符号数77XFST1中的外部标志状态位78XPC程序计数器扩展寄存器79Xmem16位双数据存储器操作数，用于双数据操作数指令80Ymem16位双数据存储器操作数，用于双数据操作数指令和单数据操作指令指令系统中的符号

1.指令系统中的符号和缩略语2023年1月31日DSP原理及应用37

2.指令系统中使用的记号序号记号含

义1黑体字符表示指令中的操作码2斜体字符表示指令中的变量3[X]表示操作数在指令中为任选项4#用来表示指令中的立即数5(abc)小括号表示一个寄存器或存储单元的内容6xy

x值被传送到y中7r(n-m)表示寄存器或存储器r的第n~m位8<<nn移位nn位，nn为正时左移，为负时右移。9||表示两指令并行操作10\\循环左移11//循环右移12XX取反（1的补码）13|X|X取绝对值14AAhAA代表一个十六进制数指令系统中的符号

2023年1月31日DSP原理及应用383.指令系统的运算符号序号符号运算功能求值顺序1+-~！取正、取负、按位求补、逻辑负

从右至左2*/%乘法、除法、求模从左至右3+-加法、减法从左至右4^指数

从左到右

5<<>>左移、右移从左至右6<小于、小于等于从左至右7>大于、大于等于从左至右8!=不等于从左至右9&按位与运算从左至右10∧

按位异或运算从左至右11|按位或运算从左至右指令系统中的符号

指令TMS320C54x的指令集有近两百条指令，按功能分为如下几类：算术运算指令逻辑运算指令程序控制指令装入和存储指令算术运算指令

加法指令 减法指令 乘法指令 乘加指令 乘减指令 双数/双精度指令 特殊操作指令加法指令2023/1/3142’C54x的加法指令共有13条，可完成两个操作数的加法运算、移位后的加法运算、带进位的加法运算和不带符号位扩展的加法运算。操作码：ADD、ADDC、ADDM、ADDS

指令格式：操作码源操作数

[,移位数]

,目的操作数

源操作数：Smem、Xmem、Ymem、#lk、src

移位数：TS、16、SHIFT、SHFT、ASM

目的操作数：src、dst、Smem

加法指令2023/1/3143src----A或BXmem，Ymem——数据存储器操作数，各种寻址方式Smem—数据存储器操作数,可以使用绝对寻址、直接寻址、间接寻址等各种数据存储器寻址方式。例如：ADD1234H，A ；(A)+(1234)→AADD*AR3，TS，A ；(A)+(AR3)<<TS→A

ADDA,ASM,B

；(A)<<asm+(B)→B ADD3456，8，B ；(3456)<<8+(B)→B加法指令ADD*AR3+,AADD*AR3+,14,A将AR3指向的地址单元0100h的内容1500h左移14位，得到5400000h加上1200h，将结果5401200h存在累加器A中。ADDC*+AR2(5)，A将AR2加上5后指向的地址单元内容，并进位加到累加器A中，此指令计算0013h＋0004h＋1h＝0018h。ADDM0123Bh，*AR4+减法指令*49DSP原理及应用

C54x共有10条乘法运算指令，其运算结果都是32位的，存放在累加器A和B中。而参与运算的乘数可以是T、立即数、存储器操作数和累加器A的高17位。格式：操作码源操作数1

[,源操作数2]

,目的操作数

操作码：

MPY、MPYR、MPYA、MPYU、SQUR

源操作数1：Smem、Xmem、#lk

源操作数2：Ymem、#lk

目的操作数：dst

乘法指令

乘法指令序号指令功能说明1MPYSmem,dstdst=T*SmemT寄存器与操作数相乘2MPYRSmem,dstdst=rnd(T*Smem)T寄存器与操作数带舍入相乘3MPYXmem,Ymem,dst

dst=Xmem

*Ymem,T=Xmem两操作数相乘4MPYSmem,#lk,dstdst=Smem

*#lk,T=Smem长立即数与操作数相乘5MPY#lk,dstdst=T*#lk长立即数与T寄存器相乘6MPYAdstdst=T*A(32-16)T寄存器与累加器A高位相乘7MPYASmemB=Smem*A(32-16),T=Smem操作数与累加器A高位相乘8MPYUSmem,dstdst=uns(T)*uns(Smem)无符号数相乘9SQURSmem,dstdst=Smem

*Smem,T=Smem操作数的平方10SQURA,dstdst=A(32-16)*A(32-16)累加器A高位的平方累加器乘(MPYA)例

MPYA*AR2

执行前执行后B=5678H*8765HT=5678H乘法指令52

MPY13,A;将T寄存器与040Dh指向的数据存储单元的值相乘的积左移1位后存入A中（FRCT=1，乘法器输出自动左移1位）乘法指令乘加和乘减指令MAC*AR5+，AMAC#345h，A，BB=A+T*#345hMAC*AR5+，*AR6+，A，BB=A+(*AR5)*(*AR6)T=(*AR5)MACR*AR5+，AA=rnd(A+T*(*AR5))MACR*AR5+，*AR6+，A，BB=rnd(A+((*AR5)*(*AR6)))T=(*AR5)MACA*AR5+B=B+(*AR5)*A(31~16)T=(*AR5)AR5=AR5+1逻辑运算指令AND*AR3+，AA=A&(*AR3)AR3=AR3+1ANDM#00FFh，*AR4+(*AR4)=(*AR4)&(#00FF)AR4=AR4+1移位指令移位指令ROLAROLTCARORA测试指令BIT*AR5+，15-12

指令中的（15－12）表示测试第12位

TC=(*AR5)(15-12)AR5=AR5+1BITF5，#00FFh测试Smem中指定的某些位，lk常数在测试一位或多位时起屏蔽作用。假如指定的一位或多位为0，状态寄存器ST0的TC位清0，否则该位置1。BITT*AR7＋0CMPM*AR4+，0404h比较16位单数据存储器操作数Smem和16位常数lk是否相等。若相等，ST0寄存器的TC位置1，否则该位清0。CMPR2，AR4

测试AR4是否大于AR0程序控制指令分支指令调用指令中断指令返回指令循环指令堆栈操作指令混合程序控制指令分支转移指令B[D]1000h程序指针指向指定的程序存储器地址（pmad），该地址可以是符号或一个数字。指令带有后缀D是延迟转移。BACCA程序指针指向src的低16位所确定的地址。

BANZ2000h，*AR3–BC2000h，AGT指令的条件代码所对应的条件

条件说明条件说明

AEQA=0ANEQA≠0ALTA<0AGTA>0ALEQA≤0AGEQA≥0AOVAOV=0ANOVAOV=1CC=1NCC=0TCTC=1NTCTC=0调用指令CALAA程序指针转移到src的低位所确定的地址单元，返回地址压入栈顶。CALLD1000hCC2222h，AGTFCALAA中断指令INTR3TRAPl0h返回指令FRETFRETERCANOVRET循环指令RPT#127该指令实现对下一条指令的自动循环执行。在循环执行期间，所有外部的中断都不会响应，如果有较长时间的循环，一定保证循环期间没有中断产生。RPTZ

A，#1023对目的累加器dst清0，并且循环执行下一条指令n+1次。堆栈操作指令FRAME10h把一个短立即数K加到堆栈指针SP中。POPD10把由堆栈指针SP寻址的数据存储器单元的内容转移到由Smem确定的数据存储器单元中，然后堆栈指针SP执行加1操作。POPMAR5把由堆栈指针SP寻址的数据存储器单元的内容转移到指定的存储器映射寄存器MMR中，然后堆栈指针SP执行加1操作。PSHD*AR3+SP减1后将数据压入堆栈。PSHMBRCBRC：存储器映射的块循环计数器。SP减1后，将MMR压入堆栈。程序控制指令IDLEK1≤K≤3，执行(PC)+1PC状态位受INTM位的影响强迫程序执行等待操作直至不可屏蔽中断产生或复位中断产生。芯片保持空闲状态（低功耗方式）。不论INTM如何设置，只要有一个不可屏蔽中断出现，系统就退出空闲状态，如果INTM=1，程序继续执行紧接着IDLE的指令，不会响应中断；如果INTM=０，程序转移到相应的中断服务程序。IDLEKK的值决定了可以使芯片从空闲状态中激活的中断类型：K=1定时器和串口等外围设备在空闲状态时仍有效，此时定时器和串口仍然有输出时钟信号。外围中断和复位以及外部中断可以激活芯片。K=2定时器和串口中等外围设备在空闲状态时无效，此时定时器和串口没有输出时钟信号。复位和外部中断可以激活芯片。K=3定时器和串口等外围设备在空闲状态时无效，锁相环PLL被禁止，此时芯片将彻底进入空闲状态。MAR*AR3+修改由Smem所确定的辅助寄存器的内容。在兼容方式下(CMPT=1)，并且ARx≠AR0，指令会修改ARx的内容以及辅助寄存器指针（ARP）的值；在非兼容方式下(CMPT=0)，指令只修改辅助寄存器的值，而不改变ARP。NOP执行PC+1PC该指令除了程序指针执行加１操作以外不执行任何操作。这在建立流水和执行延迟方面比较有用。STLMA,AR1LD*AR1,BSTLMA,AR1NOPNOPLD*AR1,BRESET非屏幕的软件复位。该指令不受INTM的影响，但它对INTM置位以禁止中断。RSBXSXM

RSBX1，8对状态寄存器ST0和ST1的特定位清0。N指明了被修改的状态寄存器（N＝0表示修改ST0寄存器，N＝1表示修改ST1寄存器），SBIT确定被修改的位。可直接用状态寄存器中的一个特定位的名称作为操作数，这样就不需要使用N和SBIT。SSBXSXM

SSBX1，8对状态寄存器ST0和ST1的特定位置1。XC1，ALEQ

MAR*AR1+该指令的运行情况由n和所选择的条件决定。如果n＝1并且满足条件，就执行该指令的下一条单字指令；如果n＝2并且满足条件，就执行该指令的下两条单字指令或者一条双字指令；如果不满足条件，执行n次nop操作。装入和存储指令一般的装入和存储指令条件存储指令并行装入和存储指令并行装入和乘法指令并行存储和加减乘指令混合装入和存储指令一般的装入指令DLD*AR3+，B把一个32位的长操作数Lmem装入目的累加器dst中。LD*AR4，DP把一个数据存储器的值或一个短立即数装入T寄存器或状态寄存器中的DP、ASM和ARP位。LDMAR4，A把存储器映射寄存器MMR中的值装入到目的累加器的低位字中，累加器的高位字和保护位清0。不论DP的当前内容或ARx的高9位是多少，有效地址的高9位清0，将数据页指针设置为0。LDR*AR1，A把单数据存储器操作数Smem左移16位后装入目的累加器DST的高端(位31～16)。Smem通过对累加器的位14～0清0进行四舍五入运算，累加器的第15位设置为1。LDU*AR1，A把单数据存储器Smem的值装入目的累加器dst的低端（位15～0），dst的保护位和高端(位39～16)清0。因此，数据被看成是一个无符号的16位数，不管SXM位的状态如何都不进行符号扩展。存贮指令DSTB，*AR3+把源累加器的内容存放在一个32位的长数据储存器单元中Lmem中。STT，*AR7–ST#FFFFh，0STHA，10把源累加器src的高端（位31～16）存放到数据存储器单元Smem中.STHB，–8，*AR7–把源累加器移位后位31～16存放到数据存储器单元（Smem或Xmem）中。STLMA，BRC把源累加器src的低端(位15～0)存放到存储器映射寄存器MMR中。无论DP的当前值或ARx的高9位是多少，有效地址的高9位清0。并行装入和乘法指令LD*AR4+,A

||MAC*AR5+，B16位双数据存储器操作数Xmem左移16位后装入目的累加器的高端。同时并行执行一个双数据操作数Ymem与T寄存器的值相乘再把乘积加到dst_中的操作。LD*AR4+,16,A

||MACR*AR5+，B指令带有R后缀，则对乘积和累加器操作的结果进行四舍五入，再存在dst中。四舍五入的方法是：给该值加上215，然后将结果的低端(位15～0)清0。混合装入和存储指令MVDD*AR3+，*AR5+将Xmem寻址的数据存储器单元的内容复制到Ymem寻址的数据存储器单元中。例：对数组x[8]={0,1,2,3,4,5,6,7}进行初始化

.bssx,8.dataTable:.word0,1,2,3,4,5,6,7.textStart:STM#x,AR5RPT#7MVPDtable,*AR5+…TMS320C54x程序举例例：计算y=

.bssx,10STM#x,AR1STM#9,AR2LD#0,ALOOP:ADD*AR1+,ABANZLOOP,*AR2-

例：计算y=

.bssx,10.bssy,1STM#x,AR1LD#0,ARPT#9;RPTZA,#9ADD*AR1+,ASTLA,y2023年1月31日DSP原理及应用