第二章21061結(jié)構(gòu)

1、ADSP-2106x 系列器件系列器件的結(jié)構(gòu)和功能的結(jié)構(gòu)和功能nSHARC系列系列DSP簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介nSHARC系列系列DSP的運(yùn)算單元的運(yùn)算單元n程序控制器程序控制器n寄存器寄存器n存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器組織n片內(nèi)集成的外部設(shè)備簡(jiǎn)介片內(nèi)集成的外部設(shè)備簡(jiǎn)介一、一、SHARC系列系列 DSP簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介多片處理器無(wú)需外部控制邏輯，就能無(wú)縫連接成一個(gè)高效的緊耦合（通過總線結(jié)構(gòu)）或松耦合（通過鏈路結(jié)構(gòu)）方式的并行多處理器系統(tǒng)。4套獨(dú)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(nèi)部存儲(chǔ)器劃分為： 程序存儲(chǔ)區(qū)PM存儲(chǔ)程序代碼或者數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)DM只能存儲(chǔ)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(zhǎng)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(yùn)算峰值運(yùn)算能力，能力， 可維可維持持80132MFLOPS 的運(yùn)算能力；的運(yùn)算能力； (ADSP21262，200MIPS,5ns,1200MFLOPS)n兩套地址產(chǎn)生器，支持兩套地址產(chǎn)生器，支持循環(huán)尋址循環(huán)尋址和和位反序位反序?qū)ぶ穼ぶ罚籲有效的程序控制，支持無(wú)開銷循環(huán)，單周有效的程序控

3、制，支持無(wú)開銷循環(huán)，單周期循環(huán)設(shè)置；期循環(huán)設(shè)置；n32位單精度和位單精度和40位擴(kuò)展精度位擴(kuò)展精度IEEE浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式或式或32位定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式；位定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式；n片內(nèi)集成了大容量的片內(nèi)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(gè)串行口；多個(gè)串行口；n多個(gè)鏈路口，每個(gè)鏈路口有多個(gè)鏈路口，每個(gè)鏈路口有4位數(shù)據(jù)線；位數(shù)據(jù)線；n標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)IEEE JTAG 1149.1測(cè)試端口和在線仿真；測(cè)試端口和在線仿真；SHARC系列成員系列成員SHA

4、RC系列內(nèi)部功能模塊系列內(nèi)部功能模塊n32位浮點(diǎn)運(yùn)算單元，包括乘法器、算術(shù)邏輯單位浮點(diǎn)運(yùn)算單元，包括乘法器、算術(shù)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(chǎn)生器：（數(shù)據(jù)地址產(chǎn)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(jí)）；級(jí)）；n內(nèi)部定時(shí)器（內(nèi)部定時(shí)器（32位）；位）；n4Mbit雙端口雙端口SRAM；n外部存儲(chǔ)器接口，外部存儲(chǔ)器接口，32位地址，位地址，48位數(shù)據(jù)；位數(shù)據(jù)；n主機(jī)和多處理器接口；主機(jī)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(diǎn)數(shù)定點(diǎn)數(shù)n定點(diǎn)數(shù)的字長(zhǎng)全部是定點(diǎn)數(shù)的字長(zhǎng)全部是32位，有以下幾種：位，有以下幾種： 有符號(hào)整數(shù)有符號(hào)整數(shù)(SI) 無(wú)符號(hào)整數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)(UI) 有符號(hào)小數(shù)有符號(hào)小數(shù)(SF) 無(wú)符號(hào)小數(shù)無(wú)符號(hào)小數(shù)(UF)注：若為有符號(hào)數(shù)，最高位（注：若為有符號(hào)數(shù)，最高位（D31）是符號(hào)位。）是符號(hào)位。定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算結(jié)果的約定定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算結(jié)果的約定n定點(diǎn)數(shù)的積定點(diǎn)數(shù)的積 兩個(gè)兩個(gè)32位定點(diǎn)數(shù)的積是位定點(diǎn)數(shù)的積是64位，存入寄存器位，存入寄存器Rx時(shí)只保留時(shí)只保留32位；位；n定點(diǎn)溢出處理定點(diǎn)溢出處理 飽和處理方式飽和處理方式 當(dāng)正值溢出

6、時(shí)，結(jié)果取最大正數(shù)：當(dāng)正值溢出時(shí)，結(jié)果取最大正數(shù)：0X7FFFFFFF 當(dāng)負(fù)值溢出時(shí)，取最大負(fù)數(shù)：當(dāng)負(fù)值溢出時(shí)，取最大負(fù)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(jié)果位得到結(jié)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(diǎn)數(shù)浮點(diǎn)數(shù)n32位單精度浮點(diǎn)數(shù)：符合位單精度浮點(diǎn)數(shù)：符合IEEE754/854標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) D31是符號(hào)位是符號(hào)位s,s=0是正數(shù)，是正數(shù)，s=1是負(fù)數(shù)是負(fù)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(kuò)展精度的浮點(diǎn)數(shù)位擴(kuò)展精度的浮點(diǎn)數(shù) 尾數(shù)比尾數(shù)比32位多位多8位位n 16 位短浮點(diǎn)數(shù)位短浮點(diǎn)數(shù) 1位符號(hào)位位符號(hào)位s 4位階碼位階碼e 11位尾數(shù)位尾數(shù)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算結(jié)果的處理原則浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算結(jié)果的處理原則n尾數(shù)處理：尾數(shù)處理： 兩個(gè)兩個(gè)32位浮點(diǎn)數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會(huì)超過位浮點(diǎn)數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會(huì)超過23位，位，超過部分被舍棄；超過部分被舍棄； 兩個(gè)兩個(gè)40位浮點(diǎn)數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會(huì)超過位浮點(diǎn)數(shù)的和、差、積的尾數(shù)可能會(huì)超過31位，位，超過部分也被舍棄；超過部分也被舍棄；n浮點(diǎn)運(yùn)算浮點(diǎn)運(yùn)算 40 位時(shí)，浮點(diǎn)運(yùn)算單元讀入位時(shí)，浮點(diǎn)運(yùn)算單元讀入40位數(shù)據(jù)，并將位

8、數(shù)據(jù)，并將40位結(jié)果送位結(jié)果送往往40位寬的寄存器。位寬的寄存器。 32位時(shí)，浮點(diǎn)運(yùn)算單元接受位時(shí)，浮點(diǎn)運(yùn)算單元接受32 位輸入（低位輸入（低8 位置位置0），），結(jié)果也只取高結(jié)果也只取高32 位，這與位，這與IEEE的的32 位標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式是統(tǒng)位標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式是統(tǒng)一的。一的。 乘積寄存器乘積寄存器MR用來(lái)存放定點(diǎn)數(shù)的積，其長(zhǎng)用來(lái)存放定點(diǎn)數(shù)的積，其長(zhǎng)度是度是80位。位。80位的定點(diǎn)乘積寄存器從高到低位的定點(diǎn)乘積寄存器從高到低分成分成3個(gè)寄存器：個(gè)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(diǎn)乘法器浮點(diǎn)乘法器40-bit 結(jié)果結(jié)果,

9、可以截?cái)酁榭梢越財(cái)酁?2 bit乘法器與乘法器與ALU聯(lián)合實(shí)現(xiàn)單周期指令聯(lián)合實(shí)現(xiàn)單周期指令MACn32-bit 定點(diǎn)乘法器定點(diǎn)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(diǎn)數(shù)乘積位定點(diǎn)數(shù)乘積帶符號(hào)小數(shù)結(jié)果左移帶符號(hào)小數(shù)結(jié)果左移1 位定點(diǎn)結(jié)果位定點(diǎn)結(jié)果定點(diǎn)數(shù)乘積的存放定點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，結(jié)果放在如果乘法器輸入為整型定點(diǎn)數(shù)，結(jié)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(gè)輸入操作數(shù)都是小數(shù)型定點(diǎn)有符號(hào)數(shù)，兩個(gè)輸入操作數(shù)都

10、是小數(shù)型定點(diǎn)有符號(hào)數(shù)，乘法器自動(dòng)將結(jié)果左移乘法器自動(dòng)將結(jié)果左移1位以去掉多余的符號(hào)位，位以去掉多余的符號(hào)位，相乘結(jié)果放在相乘結(jié)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(dāng)從當(dāng)從MR2讀取讀取32 bit數(shù)據(jù)時(shí)，高數(shù)據(jù)時(shí)，高16bit符號(hào)擴(kuò)展。當(dāng)從符號(hào)擴(kuò)展。當(dāng)從MR2、MR1、MR0向向40 bit寄寄存器送數(shù)時(shí)，低存器送數(shù)時(shí)，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(hào)擴(kuò)展，但寫入到作符號(hào)擴(kuò)展，但寫入到MR0時(shí)，不進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。時(shí)，不進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展

11、。定點(diǎn)數(shù)乘積的取舍處理n定點(diǎn)數(shù)取舍是針對(duì)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(diǎn)數(shù)乘積的飽和處理定點(diǎn)數(shù)乘積的飽和處理n設(shè)置飽和指令（設(shè)置飽和指令（SAT）后，當(dāng)溢出（）后，當(dāng)溢出（MV=1)時(shí)，乘積時(shí)，乘積MR取最大值；取最大值；n定點(diǎn)數(shù)的飽和值可以返回到定點(diǎn)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(chǎn)生器地址產(chǎn)生器(DAG1、DAG2)簡(jiǎn)化存儲(chǔ)器操作簡(jiǎn)化存儲(chǔ)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(zhuǎn)尋址支持位反轉(zhuǎn)尋址特點(diǎn)特點(diǎn):地址產(chǎn)生器構(gòu)成n DAG1 指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(zhǎng)度寄存器Lx,x=07n DAG2 指向程序存儲(chǔ)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(zhǎng)度寄存器Lx,x=815N指令執(zhí)行向程序存儲(chǔ)器存數(shù)時(shí)，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(gè)周期，在下一個(gè)周期取出指令；指令入指令緩存，下一次出現(xiàn)沖突時(shí)，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(chǔ)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(chǎn)生寄存器DAG1、DAG2n 總線交換寄存器PXn 定時(shí)器寄存器（ADSP-21065L除外）R0R15(F0F15),MR寄存器,計(jì)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(yùn)算狀態(tài)標(biāo)志，位測(cè)試標(biāo)志運(yùn)算狀態(tài)標(biāo)志，位測(cè)試標(biāo)志 STKY 運(yùn)算

14、狀態(tài)附加標(biāo)志，堆棧狀態(tài)標(biāo)志運(yùn)算狀態(tài)附加標(biāo)志，堆棧狀態(tài)標(biāo)志n中斷管理寄存器中斷管理寄存器 IRPTL 中斷信號(hào)鎖存寄存器中斷信號(hào)鎖存寄存器 IMASK 中斷信號(hào)屏蔽中斷信號(hào)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(jì)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(dāng)前循環(huán)

15、計(jì)數(shù)器，LOOP計(jì)數(shù)器堆棧(32位 6）棧頂n LCNTR下一層Loop的循環(huán)計(jì)數(shù)值通用寄存器地址管理寄存器n地址產(chǎn)生器DAG1指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(zhǎng)度寄存器 B7B0DAG1循環(huán)尋址基址寄存器n地址產(chǎn)生器DAG2指向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(zhǎng)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(shí)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(shí)器兩個(gè)與32位定時(shí)器有關(guān)的寄存器：TPERIOD 定時(shí)器周期數(shù)TCOUNT 定時(shí)器計(jì)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(shè)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(chǔ)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(gè)中斷源： 串行口和鏈路口收/發(fā)中斷 DMA中斷 多處理器/主機(jī)中斷 3個(gè)外部引腳中斷 定時(shí)器中斷 堆棧溢出、循環(huán)尋址緩沖區(qū)溢出、運(yùn)算溢出中斷 用戶定義的軟中斷6個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，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(yīng)至少需要3個(gè)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(gè)中斷源(32 Bit) 相應(yīng)的位由中斷控制器設(shè)置 每個(gè)指令周期中斷服務(wù)子程序清除請(qǐng)求位 通過鎖存器的位軟件可以強(qiáng)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(fù)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(jī)制存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器總線n片內(nèi)存儲(chǔ)器分成兩塊 BLOCK1(DM): DAG1用16位、32位、48位字長(zhǎng)訪問 BLOCK2(PM): DAG2用16位、32位、48位字長(zhǎng)訪問n三條內(nèi)部總線與片內(nèi)存儲(chǔ)器相連 PM總線 DM總線 IO總線 在一個(gè)周期內(nèi)三條總線都可以對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器訪問存儲(chǔ)器空間劃分n片內(nèi)存儲(chǔ)器空間 1M位 IOP寄存器 片內(nèi)雙端口RAM最大4M位，可以16/32位尋址 分成兩塊，PM存儲(chǔ)區(qū)DM存儲(chǔ)區(qū)n多處理器存儲(chǔ)空間 最多6個(gè)處理器的內(nèi)部

19、存儲(chǔ)器空間實(shí)現(xiàn)互相訪問n外部存儲(chǔ)器空間 可以尋址4 G(232) 分成五組，BANK03,NONBANKEDADSP-21061存儲(chǔ)器映射片內(nèi)存儲(chǔ)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(gè)片內(nèi)存儲(chǔ)塊的尋址方式，當(dāng)其為1時(shí)選定48位訪問方式來(lái)執(zhí)行40位訪問，當(dāng)其為0時(shí)，則為32 位訪問方式n短字訪問始終是16位；nPM對(duì)PX寄存器的訪問為48 位（除非使用短字尋址）；nDM對(duì)PX寄存器的訪問為40位（除非使用短字尋址）；n不能對(duì)同一物理地址既用32 位又用48 位方式訪問。片內(nèi)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)nADSP21061: 劃分成8列，每列長(zhǎng)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(zhǎng)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(jié)果正好是32位字的低16位，如果此16位地址加1就成了對(duì)應(yīng)的高16位數(shù)地址。反之，16位短字地址除2（右移1位）就對(duì)應(yīng)了32位正常字地址。多處理器存儲(chǔ)空間nSHARC系列支持多達(dá)6片的多片總線共享連接n由標(biāo)識(shí)碼管腳（ID20）設(shè)編號(hào)：001B110Bn當(dāng)PMDM總線指向其自身所處的存儲(chǔ)空間時(shí)，指令數(shù)據(jù)的訪問表現(xiàn)為片內(nèi)訪問。n當(dāng)指向其它DSP所在存儲(chǔ)空間時(shí)，表現(xiàn)為多處理器存儲(chǔ)共享形

21、式。n當(dāng)指向片外存儲(chǔ)器時(shí)，則為片外存儲(chǔ)訪問。片外存儲(chǔ)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(dāng)訪問32位數(shù)據(jù)時(shí)，使用48位數(shù)據(jù)總線的高32位l DM總線用DAG1產(chǎn)生32位地址，有4G尋址空間l PM用DAG2只尋址片內(nèi)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(chǔ)空間。n外部存儲(chǔ)空間分成了五個(gè)組： 組0、組1、組2、組3和無(wú)分組空間 前四組空間內(nèi)部譯碼為信號(hào)線/MS0 、/MS1 、/MS2 、/MS3作片選來(lái)選通。六、片內(nèi)集成的外圍設(shè)備SHARC系列主機(jī)接口的特點(diǎn)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(nèi)部的SRAMn直接訪問處理器內(nèi)部的IOP 寄存器n2個(gè)DMA 通道n