DSP 重點(僅供參考)

第一章DSP技術(shù)綜述1.DSP的含義數(shù)字信號處理是用數(shù)值計算方法處理信號的科學數(shù)字信號處理器是數(shù)字信號處理用的可編程微處理器2.2.DSP系統(tǒng)的基本構(gòu)成DSP系統(tǒng)的基本構(gòu)成P13 .計算機總線結(jié)構(gòu)(1)馮諾伊曼總線的示意圖P2(2)哈佛構(gòu)造和改善哈佛構(gòu)造的形象P3(3)計算機的總線結(jié)構(gòu)分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。 許多微處理器和單片機采用電話噪聲定時結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行只能串行，不能并行，處理速度慢，數(shù)據(jù)吞吐量低，只包括內(nèi)部總線和數(shù)據(jù)總線DSP采用改進型哈佛總線結(jié)構(gòu)。 哈佛結(jié)構(gòu)的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是分離的。 有多個獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線。 程序地址總線(PAB )、程序數(shù)據(jù)總線(PDB )、程序控制總線(PCB )、數(shù)據(jù)總線(DAB )、數(shù)據(jù)控制總線(DCB )，它們能夠同時地尋址及讀寫程序和數(shù)據(jù)。 因此，能夠并行執(zhí)行指令和存取數(shù)據(jù)，能夠大幅提高CPU的動作速度和處理能力。 改進的硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是數(shù)據(jù)總線和程序總線之間存在布局交叉連接，即程序空間和數(shù)據(jù)空間之間存在相互訪問能力，從而增加了內(nèi)存訪問的靈活性，提高了DSP的運行效率。DSP的硬件總線的改進是： (1)片內(nèi)的RAM可以映像到數(shù)據(jù)空間中，可以映像到程序空間中，(2)片內(nèi)的ROM可以映像到程序空間中，或者可以映像到數(shù)據(jù)空間中，以及(3)具有加載功能4 .在DSP芯片內(nèi)集成硬件乘法器和乘法器，沒有除法硬件。5.DSP芯片具有硬件迭代循環(huán)機制，進入迭代機制的指令自動變成單周期指令，執(zhí)行時間大大減少。6.TI公司發(fā)展了三大系列DSP芯片TMS 320 c2000 TMS 320 c 5000 TMS 320 c 6000系列TMS320C2000此系列為測量應(yīng)用程序的16位/32定點DSP，執(zhí)行速度最高為150MIPS，有2個系列C24X、C28XTMS320C5000系列為低功耗的16位光點DSP，處理速度最高可達600MIPS，有C54X和C55X系列TMS320C6000系列是高性能的32位DSP，C6000還包括三個系列C62XX、C64XX和C67XX，其中C62XX、C64XX是定點DSP，C67XX是浮點DSP。7.ADI公司的DSP主要有四個系列ADSP21XX系列主要以218X和219系列為代表SHARC系列，本系列為32位浮點DSPTiger SHARC系列具有比SHARC系列更高的浮點運算功能Blackfin系列、低功耗、高性能的16/32位DSP8.DSP芯片分類按數(shù)據(jù)格式分為定點DSP和浮點DSP定點DSP以定點數(shù)據(jù)格式操作，數(shù)據(jù)長度通常為16/32位，其特征在于：成本低，功耗小，數(shù)值顯示范圍窄，編程難度高，有混合小數(shù)運算時，必須使用定點縮放方法浮點DSP以浮點數(shù)據(jù)形式操作，數(shù)據(jù)長度通常為32/64位。 特點：當開發(fā)容易，適用于大量數(shù)字信號處理運算時，硬件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，功耗大，價格高于定點DSP。 浮點芯片通常被用于數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍和高精度系統(tǒng)。按芯片用途分為通用型DSP和專用型DSP通用DSP程序和處理能力強，適合普通的數(shù)字信號處理應(yīng)用。專用型DSP是為實現(xiàn)不同算法而設(shè)計的芯片，運算速度高，編程能力有限，靈活性低第二章TMS320C54X硬件結(jié)構(gòu)和原理1.C54X的內(nèi)部結(jié)構(gòu)C54X DSP的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由C54X CPU核心、片上存儲器、片上外圍設(shè)備(簡稱片上外圍設(shè)備)三大部分構(gòu)成。 多總線的哈佛結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)CPU與片內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)交換，C54X片內(nèi)配置有8組16位地址總線和數(shù)據(jù)總線，片內(nèi)具有外設(shè)總線，通過6信道直接存儲器訪問(DMA )執(zhí)行片內(nèi)外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸在CPU核心c54x的CPU內(nèi)，三個rom和RAM集成在一個40位算術(shù)邏輯運算單元(ALU )和兩個40位累加器(ACCA、ACCB)C54X片段內(nèi)的存儲空間：C54X片段中C54X片上外圍設(shè)備具有芯片內(nèi)鎖相環(huán)(PLL )的時鐘發(fā)生器和具有4位給定標記的16位可編程計時器支持全雙工多緩沖串行端口8/16位并行主機接口(HPI) 6通道與主機通信軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路的多個通用數(shù)字I/O接口包括符合IEEE-1149.1標準的片上仿真接口等。 C54X省電模式可編程省電模式： IDLE1 IDLE2 IDLE3(最大省電)C54X總線結(jié)構(gòu)C54X采用多總線結(jié)構(gòu)，包括8組16位內(nèi)部總線 2套程序存儲器操作總線：程序地址總線PAB、程序總線PB6套數(shù)據(jù)存儲操作總線：數(shù)據(jù)地址總線CAB DAB EAB、數(shù)據(jù)總線CB DBEB程序存儲器操作總線程序地址總線PAB向CPU提供讀取命令和寫入命令所需的地址，CPU能夠經(jīng)由程序總線PB讀取程序存儲器的命令代碼和即時數(shù)，并經(jīng)由數(shù)據(jù)總線EB進行程序的寫入操作9 .數(shù)據(jù)存儲器操作總線數(shù)據(jù)地址總線CAB DAB EAB在執(zhí)行傳輸命令時所需的數(shù)據(jù)存儲地址總線CB DB EB負責讀/寫數(shù)據(jù)的傳輸，內(nèi)部總線的使用狀況：單數(shù)據(jù)操作數(shù)(Smem )的讀取使用DAB和DB，單數(shù)據(jù)的寫入使用EAB和EB讀出長數(shù)據(jù)操作數(shù)(Lmem )時，CAB和CB分別提供高位16位數(shù)據(jù)的地址和數(shù)據(jù)，DAB和DB分別提供低位16位數(shù)據(jù)的地址和數(shù)據(jù)讀出雙數(shù)據(jù)操作數(shù)(Xmem，Ymem )時，由DAB給出的Xmen的地址從DB讀出數(shù)據(jù)，Ymem的地址和數(shù)據(jù)分別從CAB和CB總線取得在片內(nèi)提供與片內(nèi)外圍設(shè)備通信的雙向總線10 .蓄能器C54X CPU內(nèi)有2個40位存儲器a和b，每個存儲器有3個組件：低150高1631和8位保護位3932 .保護位的作用：在數(shù)值計算中發(fā)生32位編碼運算溢出時，保存溢出結(jié)果11 .指數(shù)編碼器(計算)指數(shù)編碼器為用于在累加器中求數(shù)據(jù)指數(shù)的專業(yè)硬件，其特別對于浮點數(shù)據(jù)格式的數(shù)字信號處理有用，且計算中需要高精度且采用CPU的狀態(tài)和控制寄存器C54X CPU有狀態(tài)寄存器ST0、ST1、處理器模式狀態(tài)寄存器PMST種狀態(tài)和控制寄存器。訪問或修改ST0、ST1的方法-通過命令SSBX或RSBX清除ST0、ST1所在的位置位或零用加載指令LD將數(shù)據(jù)加載到ST0、ST1的位中通過存儲器指令STM等將設(shè)定值加載到ST0、ST1中13.C54X存儲空間分為三個獨立的空間程序空間、數(shù)據(jù)空間、I/O空間程序存儲器基本空間64K字，最大可擴展到8M字數(shù)據(jù)存儲器空間64K字、I/O空間64K字14 .程序存儲器(第0頁) P30程序空間用于存儲指令代碼和常數(shù)表程序存儲器第0頁的地址0000hFFFFh=0時，上電復(fù)位程序從片上ROM執(zhí)行，變?yōu)樽畛踔噶畹牡刂稦F80h在=1情況下，通電復(fù)位后的程序從片外擴展的程序存儲器芯片的地址FF80h開始執(zhí)行.15 .頁面擴展P32C5402是20條外部地址線a19a0、16條外部數(shù)據(jù)線D15D0、最大可擴展程序空間220=1M字、擴展后的程序空間16頁、每頁64K字節(jié)、CPU內(nèi)部16位的專用寄存器即程序計數(shù)器16 .通過MMR方式訪問寄存器的優(yōu)點地址方式被簡化，存取效率提高，通過CPU的寄存器的讀取和寄存器之間，寄存器和存儲器之間的數(shù)據(jù)交換變得更加靈活、方便了17.C54X復(fù)位時DSP執(zhí)行的操作P35處理器模式狀態(tài)寄存器PMST的位IPTR=1FFh在程序存儲器的FF80hFFFh區(qū)域中設(shè)置中斷向量表的128字程序計數(shù)器PC=FF80h，即復(fù)位程序從FF80h開始執(zhí)行設(shè)ST1的位INTM=1，關(guān)閉所有可屏蔽的中斷設(shè)中斷標志寄存器IFR=0，指向程序存儲器空間的第0頁18.C54X系列DSP提供多種省電動作方式P36有空閑模式1 (復(fù)位或中斷喚醒)、空閑模式2 (外部中斷源喚醒)、空閑模式3 (外部中斷源喚醒)和保持模式4種，IDLE3最省電19 .中斷的分類P38(C54X中斷請求源可以把中斷分成軟件中斷和硬件中斷，其中由指令I(lǐng)NTR、TRAP或RESET的執(zhí)行引起的硬件中斷是來自外部端子的觸發(fā)信號或來自芯片內(nèi)外圍設(shè)備的中斷(2)從切斷的觀點出發(fā)，可分為可切斷和不可切斷。 未被掩蔽的中斷是指未被禁止的中斷。 C54X非屏蔽中斷包括所有軟件中斷和兩個外部硬件中斷的和。 可屏蔽中斷是指通過軟件設(shè)定可以禁止或允許的中斷。 在C54X中，與外部端子和芯片上外圍設(shè)備對應(yīng)硬件中斷有1316個20 .中斷優(yōu)先級P38中斷優(yōu)先級由芯片本身決定，用戶無法通過軟件進行變更(硬件復(fù)位)。21.14個可阻斷的中斷外部 (4個)定時器中斷TINT (1個)串行端口中斷RINT0、XINT0、RINT1、XINT1、RINT2、XINT2 (6個)主機接口中斷(1個)直接內(nèi)存訪問DMA中斷DMAC4、DMAC5 (2個)22 .中斷向量地址的計算P4023 .軟件中斷命令的介紹指令RESET :可在程序的任意位置使用，基于RESET的軟件復(fù)位和硬件復(fù)位的初始狀態(tài)不同與intrk 0k31 s t 1中的中斷掩碼位INTM及中斷掩碼寄存器(IER )的狀態(tài)無關(guān)，執(zhí)行該指令后，強制CPU跳轉(zhuǎn)到k指定的中斷矢量地址。 確認了INTR K中斷時，位INTM設(shè)置為1，禁止其他可屏蔽的中斷，但中斷標志寄存器IFR的對應(yīng)標志位不設(shè)置，也無法清除該位。TRAP K 0K31 TRAP命令不影響比特INTM，響應(yīng)于TRAP命令的CPU的中斷可以在其他高優(yōu)先級的可掩碼中斷。24.C54X具有用于管理中斷的兩個寄存器，其中中斷標志寄存器IFR和中斷掩碼寄存器IMR全部是16位寄存器圖像寄存器，且地址為(IFR)0001H (IMR)0000H2-5 .如果出現(xiàn)中斷請求，那么將對應(yīng)于中斷標記寄存器IFR的位置1置于26.IMR的每一位可被看作是可斷開的開關(guān)，在其相位的標志位中可寫入1，允許斷開源斷開，禁止寫入0，ST1的INTM閉合總開關(guān)，INTM=0以及總開關(guān)，允許根據(jù)IMR的存在=1而閉合斷開2-7 .中斷響應(yīng)和中斷處理過程(1)非屏蔽中斷或者軟件中斷的處理順序發(fā)生中斷響應(yīng)信號將INTM位置1屏蔽其他可屏蔽中斷(TRAPK指令除外)保存當前的PC值，中斷結(jié)束后返回主程序 CPU進入適當?shù)闹袛喾?wù)程序ISR，執(zhí)行ISRISR的結(jié)束位置有返回命令，執(zhí)行返回命令，將返回地址從堆棧擊落到PC CPU繼續(xù)執(zhí)行主程序(2)能夠切斷中斷的處理過程首先判斷：1)INTM=02)IMR的相位為13 )當前中斷優(yōu)先級最高時進行處理在 INTM位置1，其他可屏蔽中斷 CPU開始中斷向量表的相應(yīng)位地址取出中斷矢量的起始字節(jié)指令后，DSP會產(chǎn)生中斷響應(yīng)信號，清除IFR對應(yīng)位保存當前的PC值 CPU進入適當?shù)闹袛喾?wù)程序ISR，執(zhí)行ISRISR的結(jié)束位置有返回命令，執(zhí)行返回命令后，返回地址從堆棧中被PC擊中 CPU繼續(xù)執(zhí)行主程序28.C54X管線操作由六個階段組成預(yù)取是指(p )，(f )解碼(d )地址(a )讀取(r )執(zhí)行(x )29 .命令的末尾加上“d”的是延遲操作，否則就無延遲操作，有延遲操作，縮短了執(zhí)行時間30 .管線沖突(時序性、邏輯性)當多條管線上的指令同時訪問DSP中的相同資源時發(fā)生的時間序列沖突或指令必須使用先前指令或先前指令的執(zhí)行結(jié)果，但此結(jié)果尚未發(fā)生時，將發(fā)生邏輯錯誤第三章匯編語言指令系統(tǒng). 1即使在實時要求高的情況下，也有必要采用匯編程序2.C54X指令集匯編語言指令，包括匯編偽指令和宏指令。 匯編語言指令也稱為硬指令。 宏指令是由硬指令和偽指令組成的程序段，組件偽指令在組件和連接的過程中提供信息。3 .地址方式立即指定地址，例如： LD #4、DP 4DP絕對地址、指令中包含操作數(shù)的地址* ()有4種類型1 )數(shù)據(jù)存儲地址2 )程序存儲器地址3)I/O端口地址、相關(guān)命令PORTR PA、Smem PORTW Smem、PA4)*(lk )地址指定，該命令不能與單環(huán)路命令RPT、RPTZ并用存儲器地址有采用該地址方式的2個指令1)READA Smem:A的內(nèi)容是程序存儲器的地址，將該地址的數(shù)據(jù)發(fā)送到Smem指定的數(shù)據(jù)存儲器2)WRITA Smem； 將Smem指定的數(shù)據(jù)存儲的內(nèi)容發(fā)送到a指定的程序存儲直接地址指定有“”符號，是相對地址指定p6間接地址，*ARX P67存儲器映像寄存器地址存儲器映射寄存器地址可以通過直接訪問存儲器映射寄存器MMR的方式，用于修正MMR的值，MMR全部映射到數(shù)據(jù)空間的第0頁，因此在直接地址的情況下，無論SP或DP的值如何，強制性地