DSP工作原理及应用.ppt

1、第8章 TMS320C54x系列 DSP的体系结构,TI DSP简介,TI公司五代产品： 16位定点DSP处理器，源代码向上兼容 TMS320C1x TMS320C2x TMS320C5x 32位浮点DSP处理器，源代码向上兼容 TMS320C3x TMS320C4x 定点系列和浮点系列的源代码不兼容！,TI DSP的发展主流,采用4位数表示的产品型号 TMS320C2xxx TMS320C5xxx TMS320C6xxx 以前产品的升级产品归入新的系列 多DSP核产品：TMS320C8x SoC产品,OMAP平台,OMAP: Open Multimedia Application Platf

2、orm 代表器件：OMAP5910（C55+ARM9） OMAP3530（C64+ARM9）,Davinci平台,完整的数字媒体开发平台 TMS320DM6446：网络化数字视频编解码应用（ARM926+C64x+视频处理子系统） TMS320DM6443：网络化数字视频解码应用,C54x DSP主要特征,改进的哈佛结构； 多级流水线技术； 专用的硬件乘法器； 专用的汇编指令,改进的哈佛结构,哈佛结构：是指处理器具有独立的程序和数据总线，独立的程序和数据空间。 处理器可以同时对数据和程序空间进行并行访问，处理速度快。 缺点：外部引脚太多，成品率低。 改进的哈佛结构：DSP芯片内部采用哈佛结构，

3、外部总线合并为一组。,哈佛结构,改进的哈佛结构,多级流水线技术,多级流水线技术可以使得DSP能在一个机器周期内同时对多条指令进行处理。 并行处理的重要手段，加快运行速度。,专用的硬件乘法器,支持单周期的乘法或乘/加法，大大加快了运算速度； 产品不同，完成的乘法运算不同。 定点DSP：16*16-bit， 浮点DSP：24*32-bit，32*40-bit,专用的汇编指令,与硬件系统相对应； 复杂功能用一条单周期指令完成； 指令周期短 一代：160-280ns 二代： 80-200ns 三代：60ns 四代：40-50ns 五代：10-35ns TMS320DM642: 1.39-2ns,8.1

4、 TMS320C54x的体系结构,是定点DSP； 结构优化； 指令功能强； 应用于电信方面，有优越的性能。,C54x的芯片内部包括：,中央处理单元（CPU或DSP核） 片内存储器 串行口 主机接口 其他在片外设 内部总线,C54x芯片,CPU都是相同的； 都有RAM和ROM； 不同之处在于：片内存储器容量大小、拥有何种在片外设、供电电压、速度及封装等 。,8.1.1 总线结构,C54x结构主要是围绕八条16-bit的总线而建立的。 程序总线PB：传送从程序存储器取得的指令码和立即数。 三条数据总线CB、DB和EB：连接各个组成部分。 四条地址总线PAB、CAB、DAB和EAB：传送指令执行所需

5、要的地址。,不同访问使用总线的情况,8.1.2 中央处理单元（CPU）,40-bit算术逻辑单元（ALU） 两个40-bit累加器 桶形移位器 1717-bit乘法器 40-bit加法器 比较、选择和存储单元（CSSU） 指数编码器 数据地址产生单元 程序地址产生单元,一、算术逻辑单元（ALU）,40-bit的算术逻辑单元（ALU），可进行单周期的算术逻辑运算。 可当作两个16-bit的ALU来使用，在单周期内可同时完成两个16-bit的操作。 它的输入端有多种数据来源。,算术逻辑单元（ALU）,二、累加器,保护位（AG和BG）作为运算时的头区（Headmargin），用于防止诸如自相关运算时

6、产生的溢出。 AG、BG、AH、BH、AL、BL是存储器映射的寄存器。 A可以作为乘法器的一个输入。,三、桶形移位寄存器,40-bit桶形移位器的作用是对一些操作进行标定和标准化。 可以进行031位的左移和016位的右移。 它的输入数据有多个来源。,桶形移位寄存器,四、乘/累加单元,包括一个17bit17bit的乘法器和一个40-bit的专用加法器。 在一个流水线周期内可完成乘/累加操作。 可以进行有符号数乘有符号数、无符号数乘无符号数、有符号数乘无符号数的运算。 进行符号位扩展。,乘/累加单元,五、比较、选择和存储单元（CSSU）,加速了Viterbi解码运算，特别适用于数字通信领域。,Vi

7、terbi算法中的加法功能由ALU完成，ALU分为两个16-bit的加法器，结果送A或B。,六、指数编码器,指数编码器是支持单周期EXP指令的专用硬件电路； EXP指令和NORM指令利用指数编码器对累加器中的内容进行标准化。,8.1.3 内部存储器,所有的C54x器件都包含片内的RAM和ROM。RAM又分为： 双重访问RAM（DARAM） 单次访问RAM（SARAM） 26个CPU寄存器、外设寄存器映射到数据空间。,一、 片内ROM,片内ROM可以作为程序存储器，在某些情况下，也可以作为数据存储器。 包含一个引导程序。 可以做成用户定制ROM。,二、 片内RAM,片内DARAM ：分块组织，

8、CPU可以在一个机器周期内对同一DARAM块进行读和写。 片内SARAM：分块组织，每一块在单机器周期内只能进行一次读或写访问。 一般总是作为数据存储器，主要是用来存储数据。也可以作为程序存储器，用来存储程序编码。,三、 存储器映射寄存器,CPU寄存器：一共26个，访问时不需要等待状态。 外设寄存器：它们是外设电路中控制和数据寄存器。 便笺式RAM块（高速暂存器）：包括32字的DARAM，用于各种高速暂存以避免一个大的RAM块被分割开。,例如：CPU发送地址0008H访问数据空间，它访问的是累加器A的低位字寄存器AL，而不是内部或外部的某一个存储器单元。,007FH,8.1.4 在片外设,通用

9、I/O引脚（输入BIO和输出XF） 软件可编程等待状态产生器 可编程块开关模块 定时器 时钟产生器 主机接口（HPI） 串行口,六、主机接口（HPI）,主机接口（HPI）是一个8-bit的并行口(C5402)，可以用来与一个主机进行连接。 通过HPI接口，C54x和外接主机之间可以交换信息。 不同的C54x器件有不同类型的HPI接口。,C54x,HPI的两种操作模式,共享访问模式（SAM）：C54x和主机都可访问HPI存储器。在C54x和主机访问周期发生冲突的情况下（两个访问同时读或写），主机有优先权，C54x等一个周期。 主机独享模式（HOM）：只有主机可以访问HPI存储器，C54x处于复位

10、状态或休眠状态，其内部和外部时钟全部停止。,8.1.5 串行口,C54x器件有四种类型的串口： 标准型串口（SP） 缓冲串口（BSP） 时分复用串口 （TDM） 多通道缓冲串口（McBSP）,1. 标准串口（SP）,标准模式,标准串口传送数据的方式有：,突发模式：传输的数据帧与帧之间存在一些间隙，即串口上的数据不是连续不断地传输的。 连续模式：初始化脉冲以后，数据帧就以最大速率进行传输，不再需要后续的FSX或FSR信号。,（1）突发模式,（2）连续模式,二、 缓冲串口（BSP）,缓冲串口是增强型的标准串口； 由一个全双工、双缓冲串行口和一个自动缓冲单元（ABU）组成； 其中的串行口与C54x的

11、标准型串口功能相同。,BSP有两种工作模式,标准模式：与C54x标准串口的工作方式基本一样，ABU是透明的。 自动缓冲模式：BSP自动使用ABU内嵌式地址产生器进行串口与C54x内部存储器之间直接的数据传输。,自动缓冲单元是透明的,标准模式,自动缓冲模式,三、 时分复用串口（TDM）,时分复用是将一个时间间隔划分为许多更小的时间间隔（称为时隙）； 每一个小间隔就代表了一个通信的通道。,TDM串口的两种工作模式,独立模式：串口的操作与标准串口类似。 多处理模式：可以将多个DSP器件连接形成多处理机系统。 使用了8个TDM通道，哪一个器件发送、哪一个或哪些器件从哪个信道接收都可以独立说明。一个C5

12、4x器件最多可与七个其他器件串行通信。,数据,地址,时钟,帧脉冲,多处理模式的工作过程,在一个特定的时隙里只有一个器件可以驱动数据和地址线（TDAT和TADD），其他器件（包括时钟驱动器件）都要对TDAT和TADD线采样以确定是否当前发送的有效数据要读取。如果一个器件识别到一个它应该响应的地址，那么该器件就进行一个有效的TDM读操作，数值从接收移位寄存器（TRSR）传送到数据接收寄存器（TRCV）。当TRCV有了一个有效的接收数据并且可以读取时，就产生接收中断（TRINT）。,四、 多通道缓冲串口（McBSP）,主要特征： 双工通信； 双缓冲发送寄存器，三缓冲接收寄存器；允许连续数据传送； 独

13、立的接收和发送帧同步和时钟信号； 直接与工业标准的编解码器、串行A/D、D/A接口； 可产生外部移位时钟或内部可编程的移位时钟； 多达128个信道的接收和发送； 传送的数据字长度可为8、12、16、20、24、32bit；,8.2 TMS320C54x的存储空间组织形式,C54x的存储空间： 程序空间 数据空间 I/O空间 C54x的存储器资源 片内RAM、ROM 片外RAM 存储器映射寄存器 I/O口,存储器映射规律,片内RAM一般映射到数据空间，但也可以映射到程序空间。 ROM一般映射到程序空间，也可部分映射到数据空间。 在C54x器件的处理器模式状态寄存器（PMST）中有三位影响存储空间的结构：MP/MC、OVLY、DROM。,MP/MC和OVLY决定了片内哪些存储器映射到程序空间。 MP/MC=1，片内ROM被禁止。 MP/MC=0，片内ROM映射到程序空间。 OVLY=1，一部分片内DARAM被同时映射到程序和数据空间， OVLY=0，没有片内RAM被映射到程序空间，此时RAM只能作数据存储器。 DROM决定了部分片内ROM映射到数据空间。 DROM=0，没有片内ROM被映射到数据空间中； DROM=1，有