dspDSP芯片结构介绍2

1DSPDSP技术及应用技术及应用igital ignal rocessor数字信号处理器数字信号处理器2第二章第二章 DSP芯片结构介绍芯片结构介绍31 1）多总线结构）多总线结构2 2）4040位算术逻辑单元（位算术逻辑单元（ALUALU）3 3）17171717位并行乘法器位并行乘法器4 4）比较、选择和存储单元（）比较、选择和存储单元（CSSUCSSU）5 5）指数编码器）指数编码器6 6）两个地址发生器）两个地址发生器第一节第一节 C54xC54x芯片的基本性能芯片的基本性能47 7）数据总线）数据总线8 8）总线寻址空间）总线寻址空间9 9）三种存储器空间）三种存储器空间1010）单指令循环和块循环）单指令循环和块循环1111）区分的存储块移动指令）区分的存储块移动指令1212）3232位长操作数指令位长操作数指令 1313）可编程等待状态发生器和）可编程等待状态发生器和 可编程的存储单元转换可编程的存储单元转换 51414）锁相环（）锁相环（PLLPLL）发生器）发生器 1515）多通道缓冲串口（）多通道缓冲串口（McBSPMcBSP）1616）直接存储器访问（）直接存储器访问（DMADMA）控制器）控制器 1717）主机接口（）主机接口（HPIHPI）1818）定时器）定时器 1919）多种节电模式）多种节电模式 2020）JTAGJTAG接口接口 2121）低电压工作）低电压工作 6第二节第二节 C54xC54x芯片的芯片的CPUCPU结构结构4040位算术逻辑运算单元（位算术逻辑运算单元（ALUALU）2 2个个4040位累加器位累加器A A和和B B移位移位-16-163030位的桶形移位寄存器位的桶形移位寄存器乘法器乘法器/加法器单元加法器单元比较和选择及存储单元（比较和选择及存储单元（CSSUCSSU）指数编码器指数编码器CPUCPU状态和控制寄存器状态和控制寄存器包包括括7C542C542的结构框图的结构框图8CPUCPU结构结构91.算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元 ALUALU如何获取数据如何获取数据 ALUALU输出送往何方输出送往何方 溢出怎么办溢出怎么办 进位位的作用进位位的作用 什么是双什么是双1616位算术运算位算术运算 要要点点10112.累加器累加器A和和B 作用作用 结构与位置结构与位置 和的异同和的异同 加载与存储中的移位加载与存储中的移位 AG保护位保护位39 32AH高阶位高阶位31 16AL低阶位低阶位15 0要要点点89DO页存储器页存储器123 3桶形移位器的功能桶形移位器的功能 什么是定标什么是定标 移位处理的作用移位处理的作用 归一化的作用归一化的作用 为何要扩展符号位为何要扩展符号位要要点点134乘法器乘法器/加法器加法器 结构结构 功能功能 什么是舍入处理什么是舍入处理 饱和处理的优点饱和处理的优点 数据流向数据流向 40位加法位加法检零检零 饱和饱和 取整取整145比较、选择和存储单元比较、选择和存储单元 结构结构 功能功能 MUXCOMPTRNTCMSW/LSW选择选择EB15 EB0CSSU桶形移位器桶形移位器16SAB15CMPS ACMPS A，*AR1 AR1；如果；如果A A（31311616）AA（15150 0）；则；则A A（31311616）-*AR1AR1，；TRNTRN左移左移1 1位，位，0-TRN0-TRN（0 0），），0-TC0-TC ；否则；否则A A（15150 0）-*AR1AR1，TRNTRN左移左移1 1位，位，；1-TRN1-TRN（0 0），），1-TC1-TCIf (M1+D1)(M2+D2)then N1=M1+D1Else N1=M2+D2D1D2M1(尺度尺度1)M2(尺度尺度2)2*J2*J+1N1JN2J+8D1D2166指数编码器指数编码器 结构结构 功能功能 EXP指数编码器指数编码器ABT寄存器寄存器要点要点如何计算指数如何计算指数177CPU状态和控制寄存器状态和控制寄存器 3 3个状态寄存器个状态寄存器 功能功能 位置位置 各各bitbit的作用的作用要要点点671DO页存储器页存储器18ARP15 13TC12C11OVA10OVB9DP8 0（1 1）状态寄存器）状态寄存器0 0（ST0ST0）（2 2）状态寄存器）状态寄存器1 1（ST1ST1）BRAF15CPL14XF13HM12INTM11010OVM9SXM8C167FRCT6CMPT5ASM4 019（3 3）处理器工作方式状态寄存器（）处理器工作方式状态寄存器（PMSTPMST）IPTR15 7MP/MC6OVLY5AVIS4DROM3CLKOFF2SMUL1SST0如何将如何将40位数据饱和处理成位数据饱和处理成32位数位数 20第三节第三节 内部总线结构内部总线结构不同总线作用与区别不同总线作用与区别 程序总线（程序总线（PBPB）数据总线（数据总线（CBCB、DBDB和和EBEB）地址总线（地址总线（PABPAB、CABCAB、DABDAB和和EABEAB）在片双向总线在片双向总线 2122读读/写方式写方式地址总线地址总线程序程序总线总线数据总线数据总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序读程序读 程序写程序写 单数据读单数据读 双数据读双数据读 长数据长数据(32位位)读读（hw）（lw）(hw)（lw）单数据写单数据写 数据读数据读/数据数据写写 双数据读双数据读/系系数读数读 外设读外设读 外设写外设写 23 为何要设置多内部总线为何要设置多内部总线 一个机器周期内可完成的存取操作一个机器周期内可完成的存取操作 为何要用两个辅助寄存器算术运算单元为何要用两个辅助寄存器算术运算单元 一个周期内如何执行一个周期内如何执行3 3操作数指令操作数指令 要点要点24第四节第四节 C54x芯片的存储器结构芯片的存储器结构一、哈佛结构一、哈佛结构冯冯 诺依曼诺依曼结构结构特点特点与与区别区别程序程序/数据存储器数据存储器CPU25哈佛结构哈佛结构 改善的哈佛结构改善的哈佛结构特点特点与与区别区别程序存储器程序存储器CPU数据存储器数据存储器对存储器空间分配的不同考虑对存储器空间分配的不同考虑26二、哈佛结构存储空间分配二、哈佛结构存储空间分配 64K64K字程序存储空间字程序存储空间64K64K字数据存储空间字数据存储空间空空间间构构架架DARAMSARAMROM64K64K字的字的I/OI/O空间空间并行性及并行性及RAMRAM双寻址双寻址片内片内/片外存储器片外存储器特特点点27存储器型式存储器型式C541C542C543C545C546C548C549ROM28K2K2K48K48K2K16K程序程序20K2K2K32K32K2K16K程序程序/数据数据8K0016K16K00DARAM5K10K10K6K6K8K8KSARAM0000024K24K281 1存储器空间的划分与交叉存储器空间的划分与交叉 DARAM SARAM ROM片内存储器片内存储器类型类型空间空间交叉交叉的条件的条件MP/MP/位位OVLYOVLY位位DROMDROM位位使能使能禁止禁止程序程序数据数据片内存储器空间片内存储器空间29TMS320C549TMS320C549存储器空间分配图存储器空间分配图30C548C548和和C549C549页扩展方法页扩展方法对程序空间扩展对程序空间扩展 312 2程序存储器程序存储器 器件器件ROMROMMP/MC=0MP/MC=0DARAMDARAMOVLY=1OVLY=1SARAMSARAMOVLY=1OVLY=1C541C54128K28K5K5K-C542C5422K2K10K10K-C543C5432K2K10K10K-C545C54548K48K6K6K-C546C54648K48K6K6K-C548C5482K2K8K8K24K24KC549C54916K16K8K8K24K24K32 片内存储器作为程序存储器条件片内存储器作为程序存储器条件 外部存储器作为程序存储器条件外部存储器作为程序存储器条件 片内片内ROMROM分块的目的分块的目的 33高端高端2K2K字的利用字的利用 343 3数据存储器数据存储器 数据存储器类型数据存储器类型RAMRAM（SARAMSARAM）RAMRAM（DARAMDARAM）片内片内ROM(ROM(软件映软件映像像)片内片内/片外数据存储器的识别片外数据存储器的识别35器件器件程序程序/数据数据ROMDROM=1DARAMSARAMC5418K5K-C542-10K-C543-10K-C54516K6K-C54616K6K-C548-8K24KC54916K8K24K36RAMRAM分块目的分块目的37DARAMDARAM前前1K1K数据存储器的配置数据存储器的配置 384存储器映存储器映像像寄存器寄存器 位置位置 作用作用 访问所需周期数访问所需周期数 39地址地址CPU寄存器名称寄存器名称 地址地址CPU寄存器名称寄存器名称0IMR（中断屏蔽寄存器）（中断屏蔽寄存器）12AR2（辅助寄存器（辅助寄存器2）1IFR（中断标志寄存器）（中断标志寄存器）13AR3（辅助寄存器（辅助寄存器3）25保留（用于测试）保留（用于测试）14AR4（辅助寄存器（辅助寄存器4）6ST0（状态寄存器（状态寄存器0）15AR5（辅助寄存器（辅助寄存器5）7ST1（状态寄存器（状态寄存器1）16AR6（辅助寄存器（辅助寄存器6）8AL（累加器（累加器A低字）低字）17AR7（辅助寄存器（辅助寄存器7）9AH（累加器（累加器A高字）高字）18SP（堆栈指针）（堆栈指针）AAG（累加器（累加器A保护位）保护位）19BK（循环缓冲长度寄存器）（循环缓冲长度寄存器）BBL（累加器（累加器B低字）低字）1ABRC（块重复计数器）（块重复计数器）CBH（累加器（累加器B高字）高字）1BRSA（块重复起始寄存器）（块重复起始寄存器）DBG（累加器（累加器B保护位）保护位）1CREA（块重复结束寄存器）（块重复结束寄存器）ET（暂存寄存器）（暂存寄存器）1DPMST（处理器工作方式）（处理器工作方式）FTRN（状态转移寄存器）（状态转移寄存器）1EXPC（程序计数器扩展）（程序计数器扩展）10AR0（辅助寄存器（辅助寄存器0）11AR1（辅助寄存器（辅助寄存器1）1E1F保留保留40地 址名 称说 明20DRR0串行端口0数据接收寄存器21DXR0串行端口0数据发送寄存器22SPC0串行端口0数据控制寄存器23-保留24TIM定时寄存器25PRD定时周期寄存器26TCR定时控制寄存器27-保留28SWWSR软件等待状态寄存器29BSCR块切换控制寄存器2A2F-保留30DRR1串行端口1数据接收寄存器31DXR1串行端口1数据发送寄存器32SPC1串行端口1数据控制寄存器335F-保留41第五节第五节 在片外围电路在片外围电路通用通用I/OI/O引脚引脚XFXF定时器定时器时钟发生器时钟发生器主机接口主机接口软件可编程等待状态发生器软件可编程等待状态发生器可编程分区开关可编程分区开关串行口串行口不同不同子系列子系列器件器件差别差别42一、通用一、通用I/OI/O引脚引脚 BIOXFXFSSBX XFSSBX XF RSBX XFRSBX XF特点特点发信号发信号收信号收信号 XC 2XC 2，BIOBIO 43二、定时器二、定时器 功能功能 结构图结构图工作过程工作过程44定时器寄存器（定时器寄存器（TIMTIM）定时器周期寄存器（定时器周期寄存器（PRDPRD）定时器控制器寄存器（定时器控制器寄存器（TCRTCR）主要主要部件部件保留保留15 12soft11free10PSC9 6TRB5TDDR3 0TSS4TCRTCR中的控制位和状态位中的控制位和状态位45定时中断的周期计算定时中断的周期计算 定时中断周期定时中断周期=CLKOUT=CLKOUT（TDDR+1TDDR+1）（PRD+1PRD+1）定时器输出信号定时器输出信号定时器如何节电定时器如何节电TOUTTOUTTINTTINT 461 1）TCRTCR中的中的TSSTSS位置位置1 1，关闭定时器。，关闭定时器。2 2）加载）加载PRDPRD。3 3）重新加载）重新加载TCRTCR定时器初始化的步骤定时器初始化的步骤 使使TDDRTDDR初始化初始化令令TSSTSS位为位为0 0TRBTRB位置位置1 1471 1）将中断标志寄存器）将中断标志寄存器IFRIFR中的中的TINTTINT位置位置1 1，清除尚未处理完的定时器中断。清除尚未处理完的定时器中断。2 2）将中断屏蔽寄存器）将中断屏蔽寄存器IMRIMR中的中的TINTTINT位置位置1 1，开放定时中断。开放定时中断。3 3）将）将ST1ST1中的中的INTMINTM位清位清0 0，从整体上开放中，从整体上开放中断。断。开放定时中断开放定时中断（假定（假定INTM=1INTM=1）48编程举例编程举例 STM#0000hSTM#0000h，SWWSR SWWSR；不插等待周期；不插等待周期 ；（软件等待状态寄存器置；（软件等待状态寄存器置0 0）STM#0010hSTM#0010h，TCR TCR ；TSS=1TSS=1（TCRTCR第第5 5位位TSSTSS置置1 1）STM#0100hSTM#0100h，PRD PRD ；加载定时器周期寄存器（；加载定时器周期寄存器（PRDPRD）；定时中断周期；定时中断周期=CLKOUT=CLKOUT（TDDR+1TDDR+1）（PRD+1PRD+1）STM#0C20hSTM#0C20h，TCR TCR ；定时分频系数；定时分频系数TDDRTDDR初始化为初始化为0 0 ；TSS=0TSS=0，启动定时器工作，启动定时器工作 ；TRB=1TRB=1，当，当TIMTIM减到减到0 0后重新加载后重新加载PRDPRD ；Soft=1Soft=1，Free=1Free=1定时器遇到断点后继续运行定时器遇到断点后继续运行STM#0008hSTM#0008h，IFR IFR ；清除尚未处理完的定时中断；清除尚未处理完的定时中断STM#0008hSTM#0008h，IMR IMR ；开放定时中断；开放定时中断RSBX INTM RSBX INTM ；开放中断（状态寄存器；开放中断（状态寄存器ST1ST1的的INTMINTM位复位）位复位）49三、时钟发生器三、时钟发生器 作用作用 组成组成两种参考时钟输入方式两种参考时钟输入方式内部振荡电路内部振荡电路晶体振荡电路晶体振荡电路50时钟频率时钟频率 CPUCPU时钟频率时钟频率CLKOUT晶体振荡频率晶体振荡频率外部时钟频率外部时钟频率CLKINCLKIN?内部内部PLLPLL功能功能51（1 1）硬件配置的硬件配置的PLLPLL 引脚状态引脚状态时钟方式时钟方式CLKMCLKMD1D1CLKMCLKMD2D2CLKMCLKMD3D3选择方案选择方案1 1选择方案选择方案2 20 00 00 0工作频率工作频率=外时钟外时钟3 3工作频率工作频率=外时钟外时钟5 51 11 10 0工作频率工作频率=外时钟外时钟2 2工作频率工作频率=外时钟外时钟4 41 10 00 0工作频率工作频率=内时钟内时钟3 3工作频率工作频率=内时钟内时钟5 50 01 10 0工作频率工作频率=外时钟外时钟1.51.5工 作 频 率工 作 频 率=外 时 钟外 时 钟4.54.50 00 01 1工作频率工作频率=外时钟外时钟/2/2工作频率工作频率=外时钟外时钟/2/21 11 11 1工作频率工作频率=内振荡器内振荡器/2/2工作频率工作频率=内振荡器内振荡器/2/21 10 01 1工作频率工作频率=外时钟外时钟1 1工作频率工作频率=外时钟外时钟1 10 01 11 1停止方式停止方式停止方式停止方式52（2 2）软件可编程软件可编程PLL PLL 时钟工作方式寄存器时钟工作方式寄存器(CLKMD)(CLKMD)作用作用PLLMUL15 12PLLDIV2PLLCOUNT11PLLON/OFF10 3PLLNDIV10PLLSTATUS时钟发生时钟发生器选择位器选择位乘数乘数除数除数计数器计数器通通/断位断位工作状工作状态位态位53软件编程时钟方式软件编程时钟方式 第一：第一：PLLPLL方式方式 第二：第二：DIVDIV方式方式工作时钟工作时钟 CLKOUT=CLKINCLKOUT=CLKIN乘系数乘系数CLKOUTCLKOUT启动过程启动过程锁定锁定复位复位DIVDIV工工作作加载加载延迟定时延迟定时PLLPLL开始开始定时定时54引脚状态引脚状态CLKMDCLKMD寄寄存器复位存器复位值值时钟方式时钟方式CLKMD1CLKMD1CLKMD2CLKMD2CLKMD3CLKMD30 00 00 00000h0000h工频工频=外时钟外时钟/2/20 00 01 11000h1000h工频工频=外时钟外时钟/2/20 01 10 02000h2000h工频工频=外时钟外时钟/2/21 10 00 04000h4000h工频工频=内振荡器内振荡器/2/21 11 10 06000h6000h工频工频=外时钟外时钟/2/21 11 11 17000h7000h工频工频=内振荡器内振荡器/2/21 10 01 10007h0007h工频工频=外时钟外时钟1 10 01 11 1-停止方式停止方式复位时设置的时钟方式复位时设置的时钟方式 55锁定定时器锁定定时器 工作方式工作方式 锁定延时时间的设定锁定延时时间的设定 PLLCOUNTPLLCOUNT的数值设定的数值设定DIVDIV工作方式工作方式时钟发生器时钟发生器按按DIVDIV方式工作方式工作PLLPLL工作方式工作方式锁定定时器工作锁定定时器工作56设计举例设计举例 如果要从如果要从DIVDIV方式转到方式转到PLLPLL3 3方式，已知方式，已知CLKINCLKIN的频率为的频率为13MHz13MHz，PLLCOUNT=41PLLCOUNT=41（十进制（十进制数），只要在程序中加入如下指令即可：数），只要在程序中加入如下指令即可：STM#0010 0001 0100 1111 bSTM#0010 0001 0100 1111 b，CLKMDCLKMD 其中，其中，PLLMUL=0010PLLMUL=0010，PLLDIV=0PLLDIV=0，PLLNDIV=1PLLNDIV=1，故由表故由表5-105-10可得乘系数为可得乘系数为3 3；PLLON/OFF=1PLLON/OFF=1，表表5-105-10知知PLLPLL工作；工作；PLLCOUNT=00101001PLLCOUNT=00101001，十，十进制计数值为进制计数值为4141。57四、复位电路四、复位电路 功能功能简单的复位电路简单的复位电路 有监视功能的复位电路有监视功能的复位电路58第六节第六节 串行口串行口 标准同步串行口（标准同步串行口（SPSP）缓冲同步串行口（缓冲同步串行口（BSPBSP）多路缓冲串口（多路缓冲串口（McBSPMcBSP）时分多路串行口（时分多路串行口（TDMTDM）当缓冲串行口和时分多路串行口工作在标当缓冲串行口和时分多路串行口工作在标准方式时，它们的功能与标准串行口相同准方式时，它们的功能与标准串行口相同 串串行行口口分分类类59一、标准串口一、标准串口SPSP 601.1.串行口串行口组成组成 1616位数据接收寄存器（位数据接收寄存器（DRRDRR）数据发送寄存器（数据发送寄存器（DXRDXR）接收移位寄存器（接收移位寄存器（RSRRSR）发送移位寄存器（发送移位寄存器（XSRXSR）控制电路控制电路61标准串口标准串口SPSP特点特点 可有多个相互独立的标准同步串口可有多个相互独立的标准同步串口 发送和接收是双向缓冲的发送和接收是双向缓冲的 2个存储器映像寄存器用于传送数据个存储器映像寄存器用于传送数据 每个口有时钟、帧同步脉冲以及串行移位寄存器每个口有时钟、帧同步脉冲以及串行移位寄存器 可以按可以按8位字节或位字节或16位字节转换位字节转换 可以产生自己的可屏蔽收发中断可以产生自己的可屏蔽收发中断 可以工作在任意的时钟频率上可以工作在任意的时钟频率上 标准串行口的最高工作频率是标准串行口的最高工作频率是CLKOUT的的1/4。62串行口连接方法串行口连接方法 数据发送工作过程数据发送工作过程 数据接收工作过程数据接收工作过程 63第九节第九节 中断处理中断处理 受外部中断口信号触受外部中断口信号触发的外部硬件中断发的外部硬件中断受片内外围电路信号受片内外围电路信号触发的内部硬件中断触发的内部硬件中断 程序指令程序指令INTRINTRTRAPTRAPRESET RESET 1中断来源中断来源软件驱动软件驱动硬件驱动硬件驱动一、中断类型一、中断类型 642 2中断分类中断分类 可屏蔽中断可屏蔽中断非屏蔽中断非屏蔽中断中断中断可以用软件可以用软件屏蔽或开放屏蔽或开放（SINT15SINT15SINT0SINT0）C54xC54x总是响应总是响应所有软件中，所有软件中，两个外部硬件两个外部硬件中断中断 、RSNMI65二、中断标志寄存器（二、中断标志寄存器（IFRIFR）和）和中断屏蔽寄存器（中断屏蔽寄存器（IMRIMR）中断标志寄存器：功能、设置、清除中断标志寄存器：功能、设置、清除中断屏蔽寄存器：功能、设置、开放中断屏蔽寄存器：功能、设置、开放66三、中断处理过程三、中断处理过程（1 1）接受中断请求）接受中断请求（2 2）响应中断）响应中断 （3 3）执行中断服务程序）执行中断服务程序四、实现中断的相关问题四、实现中断的相关问题（1 1）中断向量地址的计算）中断向量地址的计算 67中断向量地址计算举例中断向量地址计算举例复位后的初始地址计算复位后的初始地址计算（1 1）取）取IPTRIPTR的值的值 （2 2）查表）查表2 22525得中断向量序号得中断向量序号（3 3）将十六进制的中断向量序号左移）将十六进制的中断向量序号左移2 2位位 （4 4）将（）将（1 1）与（）与（3 3）相加）相加 得中断向量地址得中断向量地址6869IPTR=1 1 1 1 1 1 1 1 1IPTR=1 1 1 1 1 1 1 1 1+K=0 0 0 0 0 0 0+K=0 0 0 0 0 0 01 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 0 0 01 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0F F 8 0 hF F 8 0 h故硬件复位后的开始地址为故硬件复位后的开始地址为0FF80h0FF80h。IPTR=0 0 0 0 0 0 0 0 1 IPTR=0 0 0 0 0 0 0 0 1+K=0 0 0 0 0 0 0+K=0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 01 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 8 0 h0 0 8 0 h此时中断向量被移到从此时中断向量被移到从0FF80h0FF80h单元开始处。单元开始处。70（2 2）外部中断响应的时间）外部中断响应的时间 响应的时间采样时间查询时间响应的时间采样时间查询时间1 12323个完整的机器周期个完整的机器周期外部中断的时间基本上在外部中断的时间基本上在3 38 8个机器周期个机器周期之间。之间。（3 3）外部中断触发方式）外部中断触发方式电平触发电平触发边沿触发边沿触发 71