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,2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图,图2-1 TMS320C54x DSP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CPU 2. 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）AR07 ARP 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 MMR26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,2.2 TMS320C54x的总线结构,地址总线 指令，数据地址。 (PAB CAB DAB EAB) 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16 bit操作数 40bit ALU输入,溢出方式位OVM 置“0” ALU运算结果 累加器（A/B） 正向溢出，00 7FFF FFFFH 置“1 累加器A/B 负向溢出，FF 8000 0000H 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）=0540 0000H 0540 1200H 16 1500 0000H 0A80 0000H 0540 0000H,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：-1615 2 移位方式位（ASM）：-16 15 3 T（暂存器，最低6位）：-16 31,例：（累加器的值移位存储） A=FF 4321 1234H 数据空间单元TEMP（16bit/字),存储,STH A，8，TEMP； A8，且存储高16位 即：TEMP=2112H STL A，8，TEMP； A8，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 DB A（31 16） 输入 PB YM端 DB CB A（ 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 17bit17bit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 17bit 16bit 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，00 7FFF FFFFH 置“1” 累加器A/B 负向溢出，FF 8000 0000H,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（-831）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 EXP C54x 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Q15,15 14 13 0,-2 2 2,2,浮点,左移1位,15 14 13 0,0,1,0,0,尾数：4000H,0,-1,-2,-15,.,(-指数),.,0,1,0,符号,指数：1 T 4000H（Q15）=0.5 0.5 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/B40bit 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： EXP A； 执行前 执行后,FF FFFF FFCBH 0019H,A： T：,FF FFFF FFCBH 0000H,C（1100） 冗余符号位=48+1=33 指数值=33-8=25 0019H,例： EXP B 执行前 执行后,B： T；,8543 2105H 0007H,8543 2105H FFFCH,7 （0111） 冗余符号位=41=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： NORM A 执行前 执行后 A： T：,FF FFFF F001H 0013H,FF 8008 0000H 0013H,T=0013H 19 A值左移19位 FF FFFF F001H 左移20位 FF 0010 0000H FF 8008 0000H 验算： 原累加器A： FF FFFF F001H 1111 0000 0000 0001 =-2 +1,指数值,右移1位,2,12,现累加器A： FF 8008 0000 H 1000 0000 0000 1000 指数：19 尾数2 =（-2 +2 ）2 =-2 +1,-（指数）,31,19,-19,12,例：NORM B，A 执行前 执行后 A： B： T：,FF FFFF F001H 0A0A 0A0AH FFF9H,00 4214 1414H 0A0A 0A0AH FFF9H,T,FFF9H,“-7”,右移7位,B的位,B： 21 0A0A 0A0AH,00 210A 0A0AH,右移8位,左移1位,2,00 4214 1414H,(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,2.3 TMS320C54x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： 2K ROM ， 8K DARAM ， 24KSARAM C5402DSP片内： 4K ROM ，16K DARAM,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 ) RAM0080H4000H 片外(48K)RAM 4000 HFFFFH,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 ): 0000HFFFFH 数据空间(64K)： 0000HFFFFH 片内存储器 (4K ROM ,16K DARAM),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DARAM xx.cmd .,MEMORY PAGE0: PAOG: org=0200H， len=1000H PAGE1: DATA: org=1A00H, len=1000H SECTIONS .text : PROG PAGE0,.data : DATA PAGE1 .bss : DATA PAGE1 xx.pitxx.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RAM xx.cmd .,MEMORY PAGE0: PROG: org=4000H, len=1800H PAGE1: DATA: org=5800H, len=2000H SECTIONS .text PROG PAGE0 .data DATA PAGE1 .bss DATA PAGE1 . 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： TMS320 C5402DSP的程序空间 (片内存储器： 4K ROM ,16K DARAM),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RAM OVLY=“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： TMS320 C5402DSP的程序空间 (片内存储器： 4K ROM ,16K DARAM),2.程序空间扩展,TMS320C5402DSP1M字程序空间 （16页，64k字/页） 20根地址引线：A0 A1 A19 XPC 程序计数器扩展寄存器(MMR) 确定 程序空间页号(0,115),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,（4000HFFFFH）,（0000H4000H）,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： TMS320 C5402DSP的数据空间 (片内存储器： 4K ROM ,16K DARAM),五I/O空间,C54X64K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中的MP/MC位设置成与引脚MP/MC状态相同的值。 PC设置为FF80H。 扩展程序计数器XPC清0。 无论MP/MC状态如何，将FF80H加到地址总线。,数据线变为高阻态，控制线处于无效状态。 产生IACK信号。 ST1中的中断方式位INTM置1，关闭所有可屏蔽中断。 中断标志寄存器IFR清0。 产生同步复位信号（SRESET），初始化外围电路。,下列状态位置成初始值： ARP = 0 CLKOFF = 0 HM = 0 SXM = 1 ASM = 0CMPT = 0INTM = 1TC = 1 AVIS = 0CPL = 0OVA = 0XF = 1 BRAF = 0DP = 0OVB = 0 C =1DROM = 0OVLY = 0 C16 = 0FRCT = 0OVM = 0 如果MP/MC=0，程序从片内ROM开始执行，否则，从片外程序存储器开始执行。,2.5 TMS320C54x片内外设简介,1通用I/O引脚 2定时器 3时钟发生器 4主机接口（HPI） 5串行口 6软件可编程等待状态发生器 7可编程分区转换逻辑,2.7 TMS320VC5402引脚及说明,表2-1 TMS320VC5402引脚说明1,表2-1 TMS320VC5402引脚说明2,表2-1 TMS320VC5402引脚说明3,表2-1 TMS320VC5402引脚说明4,表2-1 TMS320VC5402引脚说明5,表2-1 TMS320VC5402引脚说明6,表2-1 TMS320VC5402引脚说明7,返回本节,表2-1 TMS320VC5402引脚说明8,