第二章21061結構

1、ADSP-2106x 系列器件系列器件的結構和功能的結構和功能nSHARC系列系列DSP簡介簡介nSHARC系列系列DSP的運算單元的運算單元n程序控制器程序控制器n寄存器寄存器n存儲器組織存儲器組織n片內集成的外部設備簡介片內集成的外部設備簡介一、一、SHARC系列系列 DSP簡介簡介多片處理器無需外部控制邏輯，就能無縫連接成一個高效的緊耦合（通過總線結構）或松耦合（通過鏈路結構）方式的并行多處理器系統(tǒng)。4套獨立的總線，分別用于雙數(shù)據(jù)存取、指令存取和輸入輸出接口PM和DM總線n內部存儲器劃分為： 程序存儲區(qū)PM存儲程序代碼或者數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲區(qū)DM只能存儲數(shù)據(jù)nPM區(qū)地址總線24位，16 M的

2、程序數(shù)據(jù)尋址空間nPM數(shù)據(jù)總線48位，存放48位字長指令或者32位數(shù)據(jù)，位于48位的高32位中nDM地址總線為32位，4G尋址空間（含外部空間）nDM數(shù)據(jù)總線40位寬，32位數(shù)據(jù)位于高32位中n4066MIPS、每條指令、每條指令1525ns、指令單周指令單周期執(zhí)行期執(zhí)行；n120198MFLOPS 的的峰值運算峰值運算能力，能力， 可維可維持持80132MFLOPS 的運算能力；的運算能力； (ADSP21262，200MIPS,5ns,1200MFLOPS)n兩套地址產生器，支持兩套地址產生器，支持循環(huán)尋址循環(huán)尋址和和位反序位反序尋址尋址；n有效的程序控制，支持無開銷循環(huán)，單周有效的程序控

3、制，支持無開銷循環(huán)，單周期循環(huán)設置；期循環(huán)設置；n32位單精度和位單精度和40位擴展精度位擴展精度IEEE浮點數(shù)據(jù)格浮點數(shù)據(jù)格式或式或32位定點數(shù)據(jù)格式；位定點數(shù)據(jù)格式；n片內集成了大容量的片內集成了大容量的SRAM（544K4Mbit）,有些還集成了有些還集成了ROM（21262集成了集成了4Mbit ROM）n多套多套DMA（Direct Memory Access）控制器）控制器n多個串行口；多個串行口；n多個鏈路口，每個鏈路口有多個鏈路口，每個鏈路口有4位數(shù)據(jù)線；位數(shù)據(jù)線；n標準標準IEEE JTAG 1149.1測試端口和在線仿真；測試端口和在線仿真；SHARC系列成員系列成員SHA

4、RC系列內部功能模塊系列內部功能模塊n32位浮點運算單元，包括乘法器、算術邏輯單位浮點運算單元，包括乘法器、算術邏輯單元、移位器；元、移位器；n數(shù)據(jù)寄存器堆：數(shù)據(jù)寄存器堆：R0R15（或者（或者F0F15）；）；n數(shù)據(jù)地址產生器：（數(shù)據(jù)地址產生器：（DAG1，DAG2）；）；n程序控制器及指令緩沖（程序控制器及指令緩沖（32級）；級）；n內部定時器（內部定時器（32位）；位）；n4Mbit雙端口雙端口SRAM；n外部存儲器接口，外部存儲器接口，32位地址，位地址，48位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；n主機和多處理器接口；主機和多處理器接口； ADSP21061屬于屬于SHARC系列系列DSP，為，為QFP24

5、0封裝，封裝， 最高工作速率為最高工作速率為50MIPS數(shù)據(jù)格式概況數(shù)據(jù)格式概況定點數(shù)定點數(shù)n定點數(shù)的字長全部是定點數(shù)的字長全部是32位，有以下幾種：位，有以下幾種： 有符號整數(shù)有符號整數(shù)(SI) 無符號整數(shù)無符號整數(shù)(UI) 有符號小數(shù)有符號小數(shù)(SF) 無符號小數(shù)無符號小數(shù)(UF)注：若為有符號數(shù)，最高位（注：若為有符號數(shù)，最高位（D31）是符號位。）是符號位。定點數(shù)運算結果的約定定點數(shù)運算結果的約定n定點數(shù)的積定點數(shù)的積 兩個兩個32位定點數(shù)的積是位定點數(shù)的積是64位，存入寄存器位，存入寄存器Rx時只保留時只保留32位；位；n定點溢出處理定點溢出處理 飽和處理方式飽和處理方式 當正值溢出

6、時，結果取最大正數(shù)：當正值溢出時，結果取最大正數(shù)：0X7FFFFFFF 當負值溢出時，取最大負數(shù)：當負值溢出時，取最大負數(shù)：0X80000000 非飽和處理方式非飽和處理方式 直接從高直接從高32 位得到結果位得到結果n數(shù)據(jù)取整方法數(shù)據(jù)取整方法 接近接近0方式取整方式取整 接近數(shù)據(jù)自身值取整接近數(shù)據(jù)自身值取整 乘法器只能選擇后一取整方式乘法器只能選擇后一取整方式浮點數(shù)浮點數(shù)n32位單精度浮點數(shù)：符合位單精度浮點數(shù)：符合IEEE754/854標標準準 D31是符號位是符號位s,s=0是正數(shù)，是正數(shù)，s=1是負數(shù)是負數(shù) D30D23是階碼是階碼e, 階碼值階碼值127-e（偏移）（偏移） D22D

7、0是尾數(shù)是尾數(shù)n 40位擴展精度的浮點數(shù)位擴展精度的浮點數(shù) 尾數(shù)比尾數(shù)比32位多位多8位位n 16 位短浮點數(shù)位短浮點數(shù) 1位符號位位符號位s 4位階碼位階碼e 11位尾數(shù)位尾數(shù)浮點數(shù)運算結果的處理原則浮點數(shù)運算結果的處理原則n尾數(shù)處理：尾數(shù)處理： 兩個兩個32位浮點數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會超過位浮點數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會超過23位，位，超過部分被舍棄；超過部分被舍棄； 兩個兩個40位浮點數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會超過位浮點數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會超過31位，位，超過部分也被舍棄；超過部分也被舍棄；n浮點運算浮點運算 40 位時，浮點運算單元讀入位時，浮點運算單元讀入40位數(shù)據(jù)，并將位

8、數(shù)據(jù)，并將40位結果送位結果送往往40位寬的寄存器。位寬的寄存器。 32位時，浮點運算單元接受位時，浮點運算單元接受32 位輸入（低位輸入（低8 位置位置0），），結果也只取高結果也只取高32 位，這與位，這與IEEE的的32 位標準浮點格式是統(tǒng)位標準浮點格式是統(tǒng)一的。一的。 乘積寄存器乘積寄存器MR用來存放定點數(shù)的積，其長用來存放定點數(shù)的積，其長度是度是80位。位。80位的定點乘積寄存器從高到低位的定點乘積寄存器從高到低分成分成3個寄存器：個寄存器：MR2、MR1、MR0。16位位32位位32位位乘法器特征乘法器特征n32 或者或者40-bit 浮點乘法器浮點乘法器40-bit 結果結果,

9、可以截斷為可以截斷為32 bit乘法器與乘法器與ALU聯(lián)合實現(xiàn)單周期指令聯(lián)合實現(xiàn)單周期指令MACn32-bit 定點乘法器定點乘法器n輸入數(shù)據(jù)可以為整數(shù)或者小數(shù)輸入數(shù)據(jù)可以為整數(shù)或者小數(shù) 64-bit 乘積乘積 80-bit 累加累加 支持單指周期令支持單指周期令MAC64位定點數(shù)乘積位定點數(shù)乘積帶符號小數(shù)結果左移帶符號小數(shù)結果左移1 位定點結果位定點結果定點數(shù)乘積的存放定點數(shù)乘積的存放n整數(shù)：整數(shù)：如果乘法器輸入為整型定點數(shù)，結果放在如果乘法器輸入為整型定點數(shù)，結果放在MR0（MR寄存器的低寄存器的低32 bit）中。）中。n小數(shù)：小數(shù)：兩個輸入操作數(shù)都是小數(shù)型定點有符號數(shù)，兩個輸入操作數(shù)都

10、是小數(shù)型定點有符號數(shù)，乘法器自動將結果左移乘法器自動將結果左移1位以去掉多余的符號位，位以去掉多余的符號位，相乘結果放在相乘結果放在MR1（MR寄存器的中間寄存器的中間32位）中。位）中。n傳送到寄存器：傳送到寄存器：當從當從MR2讀取讀取32 bit數(shù)據(jù)時，高數(shù)據(jù)時，高16bit符號擴展。當從符號擴展。當從MR2、MR1、MR0向向40 bit寄寄存器送數(shù)時，低存器送數(shù)時，低8 bit填填0。n傳送到傳送到MR：40 bit寄存器的高寄存器的高32 bit被寫入。如果被寫入。如果是寫入到是寫入到MR1，MR2作符號擴展，但寫入到作符號擴展，但寫入到MR0時，不進行符號擴展。時，不進行符號擴展

11、。定點數(shù)乘積的取舍處理n定點數(shù)取舍是針對小數(shù)類型; 取舍方法有兩種： 加指令后綴SSF或者SSFR 使用取舍指令RND 可以按照最接近方式取舍； 可以按照接近0方式取舍；定點數(shù)乘積的飽和處理定點數(shù)乘積的飽和處理n設置飽和指令（設置飽和指令（SAT）后，當溢出（）后，當溢出（MV=1)時，乘積時，乘積MR取最大值；取最大值；n定點數(shù)的飽和值可以返回到定點數(shù)的飽和值可以返回到MR或者或者Rx寄存寄存器；器；4. 程序控制器程序控制器.地址產生器地址產生器(DAG1、DAG2)簡化存儲器操作簡化存儲器操作支持間接尋址支持間接尋址提供備用提供備用DAG寄存器寄存器支持雙數(shù)據(jù)單周期存取支持雙數(shù)據(jù)單周期存

12、取支持循環(huán)尋址方式支持循環(huán)尋址方式支持位反轉尋址支持位反轉尋址特點特點:地址產生器構成n DAG1 指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)DM，其中 變址寄存器Ix, x=07 地址修改寄存器Mx, x=07 基址寄存器Bx, x=07 循環(huán)長度寄存器Lx,x=07n DAG2 指向程序存儲區(qū)PM 變址寄存器Ix, x=815 地址修改寄存器Mx, x=815 基址寄存器Bx, x=815 循環(huán)長度寄存器Lx,x=815N指令執(zhí)行向程序存儲器存數(shù)時，N2條指令正在取指令沖突解決沖突的辦法：第一次取指沖突，必須等待一個周期，在下一個周期取出指令；指令入指令緩存，下一次出現(xiàn)沖突時，可并行取指和存取程序區(qū)數(shù)據(jù)。寄存器寄存器

13、n通用寄存器nI/O處理器(IOP)寄存器n存儲器映射寄存器n中斷控制寄存器通用寄存器n 數(shù)據(jù)寄存器:n 系統(tǒng)寄存器n 程序控制寄存器n 地址產生寄存器DAG1、DAG2n 總線交換寄存器PXn 定時器寄存器（ADSP-21065L除外）R0R15(F0F15),MR寄存器,計算使用用于控制系統(tǒng),具有自己的位管理單元.包括系統(tǒng)模式控制寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷管理寄存器、用戶狀態(tài)寄存器系統(tǒng)寄存器n系統(tǒng)模式控制寄存器系統(tǒng)模式控制寄存器 MODE1，MODE2 模式控制與狀態(tài)寄存器模式控制與狀態(tài)寄存器n狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 ASTAT 運算狀態(tài)標志，位測試標志運算狀態(tài)標志，位測試標志 STKY 運算

14、狀態(tài)附加標志，堆棧狀態(tài)標志運算狀態(tài)附加標志，堆棧狀態(tài)標志n中斷管理寄存器中斷管理寄存器 IRPTL 中斷信號鎖存寄存器中斷信號鎖存寄存器 IMASK 中斷信號屏蔽中斷信號屏蔽/使能寄存器使能寄存器 IMASKP 中斷屏蔽指針，指向嵌套的中斷中斷屏蔽指針，指向嵌套的中斷n用戶狀態(tài)寄存器用戶狀態(tài)寄存器 USTAT1，USTAT2 用戶狀態(tài)寄存器用戶狀態(tài)寄存器程序控制寄存器n PC程序計數(shù)器n PCSTK24位的PC棧頂?shù)刂罚ㄗ罡叩刂罚﹏ PCSTKPPC堆棧已用數(shù)n FADDR取指地址（只讀）n DADDR譯碼地址（只讀）n LADDR循環(huán)和終止地址堆棧（32位6）棧頂n CURLCNTR當前循環(huán)

15、計數(shù)器，LOOP計數(shù)器堆棧(32位 6）棧頂n LCNTR下一層Loop的循環(huán)計數(shù)值通用寄存器地址管理寄存器n地址產生器DAG1指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)DM,包括8套： I7I0DAG1變址寄存器 M7M0DAG1地址修改寄存器 L7L0DAG1循環(huán)尋址長度寄存器 B7B0DAG1循環(huán)尋址基址寄存器n地址產生器DAG2指向數(shù)據(jù)存儲區(qū)PM,包括8套： I15I8DAG2變址寄存器 M15M8DAG2地址修改寄存器 L15L8DAG2循環(huán)尋址長度寄存器 B15B8DAG2循環(huán)尋址基址寄存器通用寄存器總線交換寄存器和定時器n總線交換寄存器總線交換寄存器器成PM和DM之間的數(shù)據(jù)交換：PX232位，PMDM總線交

16、換寄存器PXl l6位， PMDM總線交換寄存器PX（48位），PX2（高32位）：PX1（低16位）n定時器兩個與32位定時器有關的寄存器：TPERIOD 定時器周期數(shù)TCOUNT 定時器計數(shù)器I/O處理器(IOP)寄存器n重要的IOP寄存器包括： SYSCON 系統(tǒng)設置寄存器 SYSTAT 系統(tǒng)狀態(tài)寄存器 WAIT 等待寄存器 VIRPT 多處理器矢量中斷寄存器存儲器映射寄存器nDMACx DMA控制寄存器x=6，7，8，9nIIx，IMx，Cx，EIx，EMx，ECxDMA參數(shù)寄存器x=0，1，9nSTCTLx 串口發(fā)送控制寄存器x=0,1nSRCTLx 串口接收控制寄存器x=0,1nL

17、CTL 鏈路口緩沖控制寄存器nLCOM 鏈路口通用控制寄存器nLAR 鏈路口指定寄存器中斷控制寄存器n中斷處理32個中斷源： 串行口和鏈路口收/發(fā)中斷 DMA中斷 多處理器/主機中斷 3個外部引腳中斷 定時器中斷 堆棧溢出、循環(huán)尋址緩沖區(qū)溢出、運算溢出中斷 用戶定義的軟中斷6個中斷優(yōu)先級，中斷可屏蔽可以選擇中斷嵌套中斷向量表起始地址位0X20000*中斷響應至少需要3個周期nMODE1 全局中斷使能位IRPTEN 中斷嵌套使能位NESTMn中斷鎖存寄存器IRPTL 每一位都表示一個中斷源(32 Bit) 相應的位由中斷控制器設置 每個指令周期中斷服務子程序清除請求位 通過鎖存器的位軟件可以強制

18、/清除IRQs n中斷屏蔽寄存器IMASK 所有的中斷都是可屏蔽的（除了復位中斷） 中斷屏蔽指針寄存器IMASKP 在嵌套模式可以建立中斷屏蔽緩存機制存儲器組織存儲器總線n片內存儲器分成兩塊 BLOCK1(DM): DAG1用16位、32位、48位字長訪問 BLOCK2(PM): DAG2用16位、32位、48位字長訪問n三條內部總線與片內存儲器相連 PM總線 DM總線 IO總線 在一個周期內三條總線都可以對片內存儲器訪問存儲器空間劃分n片內存儲器空間 1M位 IOP寄存器 片內雙端口RAM最大4M位，可以16/32位尋址 分成兩塊，PM存儲區(qū)DM存儲區(qū)n多處理器存儲空間 最多6個處理器的內部

19、存儲器空間實現(xiàn)互相訪問n外部存儲器空間 可以尋址4 G(232) 分成五組，BANK03,NONBANKEDADSP-21061存儲器映射片內存儲器的訪問原則n指令始終按48位訪問； SYSCON寄存器中的IMDW0位和IMDW1位定義兩個片內存儲塊的尋址方式，當其為1時選定48位訪問方式來執(zhí)行40位訪問，當其為0時，則為32 位訪問方式n短字訪問始終是16位；nPM對PX寄存器的訪問為48 位（除非使用短字尋址）；nDM對PX寄存器的訪問為40位（除非使用短字尋址）；n不能對同一物理地址既用32 位又用48 位方式訪問。片內存儲器的結構nADSP21061: 劃分成8列，每列長度4Kn48

20、位指令需要3的整數(shù)倍列n32 位數(shù)據(jù)需要2的整數(shù)倍列16位短字尋址的物理空間和32位正常字尋址的物理空間是相同的，差別只是讀寫的字長不同。地址表示方法是32位字地址乘2（左移1位）就成了16 位地址，按16位方式取值結果正好是32位字的低16位，如果此16位地址加1就成了對應的高16位數(shù)地址。反之，16位短字地址除2（右移1位）就對應了32位正常字地址。多處理器存儲空間nSHARC系列支持多達6片的多片總線共享連接n由標識碼管腳（ID20）設編號：001B110Bn當PMDM總線指向其自身所處的存儲空間時，指令數(shù)據(jù)的訪問表現(xiàn)為片內訪問。n當指向其它DSP所在存儲空間時，表現(xiàn)為多處理器存儲共享形

21、式。n當指向片外存儲器時，則為片外存儲訪問。片外存儲器和總線n外部總線接口：l 32位地址線l 48位數(shù)據(jù)線l 當訪問32位數(shù)據(jù)時，使用48位數(shù)據(jù)總線的高32位l DM總線用DAG1產生32位地址，有4G尋址空間l PM用DAG2只尋址片內和外部存貯器的低12M空間。l I/O總線能訪問除IOP映射和保留空間外的全部存儲空間。n外部存儲空間分成了五個組： 組0、組1、組2、組3和無分組空間 前四組空間內部譯碼為信號線/MS0 、/MS1 、/MS2 、/MS3作片選來選通。六、片內集成的外圍設備SHARC系列主機接口的特點n低的硬件和軟件開銷n提供有效的與16位和32位微處理器的接口n直接訪問處理器內部的SRAMn直接訪問處理器內部的IOP 寄存器n2個DMA 通道n