DSP講義：第2章TMS320C54x的CPU結(jié)(精)

1、-盤思第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 第 2 章 TMS320C54X的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 2 1 TMS320C54* DSP的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 2 2 TMS320C54X的總線結(jié)構(gòu)的總線結(jié)構(gòu) 2 3 TMS320C54x的的CPU結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2.4 TMS320C54*存儲器和存儲器和I/O空間空間 -盤思第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 TMS320C54X 是 16 位定點 DSP。 TMS320C54X的中央處理單元（CPU）具仃改進 （修正）的哈佛結(jié)構(gòu)、 低功耗設(shè)計和高度并行性 等特點。 除此之外，高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)

2、可 以全面地發(fā)揮系統(tǒng)性能。使用TMS320C54X的 專用硬件邏輯的CPU,再配以按照用戶需要所 選擇的片內(nèi)存儲器和片內(nèi)外設(shè)，可組成用戶的 ASIC（Application Specific Intergrated Circuit, 專用集成電路）以應(yīng)用于電子產(chǎn)品的不同領(lǐng)域。 吐第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 TMS320C54x DSP的丄耍特點 BdLck TMS320C54X系列定點DSP芯片共 享同樣的CPU內(nèi)核和總線結(jié)構(gòu)，但每一 種器件片內(nèi)存儲器的配置和片內(nèi)外設(shè)不 盡相同。表1 -2提供了 TMS320C54X各 DSP基本性能的概耍。表1 2參見書1

3、5頁 (字太小，略) 竝第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 TMS320C54X 的卞要特征如下: (1) CPU(中央處理單元)利用其專用的硬件邏輯和肓 度并行性提高芯片的處理性能 o 1 條程序總線、3 條數(shù)據(jù)總線和 4 條地址總線組成 的改進型哈佛結(jié)構(gòu)，捉供了更快的速度和更高的靈活性。 40 bi 啲算術(shù)邏輯單元(ALU)包括 4() bit 的桶形移 位器和兩個獨立的 40 bit 累加器 A、Bo 17X17 bil并行乘法單元和專用的 40 bit 加法器用 于無等待狀態(tài)的單周期乘/累加操作。戀第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配

4、置 比較、選擇和存儲單元(CSSU)能夠完成維特 比(Viterbi,通信中的一種編碼方式)的加/比較/選擇 操作。 指數(shù)譯碼器可以在單周期內(nèi)對40 bit累加器 進行指數(shù)運算。 兩個地址發(fā)生器包扌舌8個輔助寄存器(AR0 AR7)和兩個輔助寄存器算術(shù)運算單元(ARAU0、 ARAUl)o TMS320C5420還包括個雙CPU的結(jié)構(gòu)。 一巔 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 (2)存儲器具有192 K字可尋址存儲 空間(包括64 K字程序存儲空間、64 K字 數(shù)據(jù)存儲空間和64 K字I/O空間)。其中， TMS320C548、TMS320C549. TMS320

5、C5402、TMS320C5410和 TMS320C5420的程序存儲空間還可以擴 展到8 M字。 片內(nèi)存儲器配置因型而異。-處 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 (3) 高度&業(yè)化的指令集能夠快速地實現(xiàn)算法 并用于高級語言編程優(yōu)化。苴包括： 單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)(148頁，44頁， 新書53頁)。 用于更好地管理程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器 的塊移動指令。 32位長整數(shù)操作指令。 指令同時讀取2或3個操作數(shù)。 并行存儲和加載的算術(shù)指令。 盅光 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 (4) 片內(nèi)外設(shè)和專用電路采用模塊化的結(jié) 構(gòu)設(shè)計，可

6、以快速地推山新的系列產(chǎn)品。其包 括: 可編程軟件等待狀態(tài)發(fā)生器。 可編稈分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路。 可使用內(nèi)部振蕩源或外部振蕩源的鎖相 環(huán)(PLL)時鐘發(fā)牛器。當使用外部振蕩源時， 內(nèi)部允許使用多個值對芯片倍頻。條件存儲指令。 快速中斷 反冋 C r 珞 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 外部總線接口可以禁止或允許外部數(shù)據(jù) 總線、地址總線和控制線的輸出。 數(shù)據(jù)總線支持總線掛起的特征。 可編程定時器。 8 bit并行主機接口(HPI)o 串行口：全雙工串口(支持8 b讓或16 bit 數(shù)據(jù)傳送)、時分多路(TDM)串口和緩沖(BSP) 串口。 TMS320C54X 的 CP

7、U 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 (5) TMS320C54X執(zhí)行單周期定點指令時間 為25/20/15/12.5/10 ns,每秒指令數(shù)為 40/66/1 OOMIPSo (6) TMS320C54X電源山IDLE1、IDLE2和 IDLE3功耗下降指令控制功耗，以便DSP工作 在節(jié)電模式下，使之更適合于手機。其控制 CLKOUT引腳的輸出，省功耗。 (7) 在片仿真接口、片上的JTAG接口符合 IEEE1 149.1邊界掃描邏輯接I I標準,可與主機 連接,用于芯片的仿真和測Back r 珞 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 試。 4 缸 _療呂第 2 章 TMS320C

8、54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配冒 2.1 TMS320C54x DSP 的結(jié)構(gòu) 2.1.1 TMS320C54x DSP的基本結(jié)構(gòu) 圖2-1和圖22給出TTMS320C54X的兩種結(jié) 構(gòu)框圖。 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 PA電 PEE CA CQZ PC1PTR BRC.R5A Memory Oand External Interface EAff EEC XTDT iFKCUOilfd O Peripheral 圖21 TMS320C54X的組成框圖 Ap B MU MdUpher- JO 乙ero|號祉|尺00 EXP Encoder TH* E

9、TC卜 占第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 2.2 TMS320C54X的總線結(jié)構(gòu) TMS320C54x DSP片內(nèi)|8組16 bit總線 （1組程序 總線、3組數(shù)據(jù)線和4組地址總線） 構(gòu)成。 稈序總線 （PB）傳送從程序存儲器裝載的指令代碼和立即數(shù)。 這些總線的功能分別是：3組數(shù)據(jù)總線（CB、DB和 EB）負責將片內(nèi)的各種元器件和互連接，例如CPU、 數(shù)據(jù)地址產(chǎn)牛邏輯、 程序地址產(chǎn)牛邏輯、 片內(nèi)外設(shè) 和數(shù)據(jù)存儲器等。 鮭 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 Program DataZR Program Data/R. JATG En

10、nil nti oil Control D(15 0)SP C/PU MAC _ AKU rf7*iVMP :二-： r4CbitAddeff rCKffSjOp RND SAT EXP Encoder I - -J L. Sliiftcr F4Obit Barrel l - 1 l i (-1631) DMA 4(Jbit ALU ； 壬鮎Accinniilalors idiit XccX ACCB _ Acick r 8 Auxiliary Rcgici _ Powei Maiiageiiicnt Buffered | 11111 ci TDM Serial Poi Sfatidat 1

11、SeriM Port HoKt Port SAV Waitstatc Ocucrator 圖22 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 TMS320C54X能利用兩個輔助寄存器算術(shù)單元 (ARAUO和ARAU1)在同一個周期內(nèi)生成兩個數(shù)據(jù)存 儲器地址。 PB能加載保存于程序宇間的操作數(shù)(例如， 系數(shù) 表)，并將操作數(shù)傳送到乘法器和加法器中進行乘累 加操作，或利用數(shù)據(jù)移動指令(MVPD和READA)把程 序空間的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)空間，此種功能連同雙操作 數(shù)的特性，支持在一個周期內(nèi)執(zhí)行3操作數(shù)指令(如 FIRS指令)。 -總息一第 2 章 TMS320C54X 的 CPU

12、結(jié)構(gòu)和存儲器配置 TMS320C54X還有一組雙向的片內(nèi)總線用 于訪問片內(nèi)外設(shè)，這組總線輪流使用DB和EB 與CPU連接。訪問者使用這組總線進行讀/寫操 作需要兩個或更多的周期，具體所需周期數(shù)取 決于片內(nèi)外設(shè)的結(jié)構(gòu)。表格22總結(jié)了各種不同 類型的總線訪問。 鮭 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 . 表22總線訪問類型 訪問類型 地址總線 數(shù)摒總錢& PAB CA DAB EAB， PB- DB EB 程序i知 J a J a P 程序?qū)慗 2 v & g 農(nóng) g & 32 bm長數(shù)據(jù)i矣 VP c P hjV* w hw* 妙 Q 單如弓

13、a p 測詢芒剛位。丁匚保結(jié)算禾邏輕里元位測如乍的結(jié)執(zhí) TC的扶吉些泣和清琢用握 條件分支、訴用、執(zhí)行和返回指令的魏作 a O 理位位?？残袦p法時產(chǎn)生出也 清商 市執(zhí)行加法時產(chǎn)生赴應(yīng)， H .反乙DJ相民 1咲 OVA 累加器A溢岀 如 ve. 劉加般Bitt出“ 8 DPJ 致?lián)炛羔?DP中的9垃與指令字中的低位連接.形成16位地址.這一操作在 CPAO時育效、 15 1 4 1 3 12 1 1 10 9 8 7 6 5 4 ( BRA 1CPL XF 14 M 1NTI A O OVb 1SXM C16 FRCliLMP IASM 盒第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和

14、存儲器配置 圖2-6 ST1寄存器結(jié)構(gòu) -鮭-第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配冒 表24 ST1寄存器 垃八 :待號“ 功 能 15 BRAF 塊mr效.BRAF掃識當前是否有舷貫扌盼正祀進行 14- CPL* 曲譯力二苗；i=. CPL=a便用DPI CPL=I,很用SP 13- XQ 外部擴展引脖XF的扶奮人 12- Hl： 硅起方或。應(yīng)害HOLD召1JH)的”.HM揩出是否運行處理翳內(nèi)祁嫌作 HM亠0.處耀昶一直在內(nèi)部程序存林醛運行.帀外部存辭廷竝 并般聊足結(jié)逞 為畐 d HM=1.處HI器內(nèi)部拮起、 11 1NTW 士局中甘膚荒位。INTM=】所有廠笳皆口階

15、禁匕【NTM忖不影側(cè) E 府蔽 9 斷 (RS 和 NM1 比曲擔為0P OVW 點出方式儀適定左發(fā)工總出IF的處理方式 鮭 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 2 3：M 符號擴黒方式位 a 7P CL6 雙 皿或咖虔算法方式也 C16=0. ALU處于嘆卅填方式“ C16= 1, ALU處于雙16仗運算方式 6“ FRCT 小數(shù)方式位。當FRCT=1時.承法蘇精出左移1垃以消除多余的符號位 5。 CMPD 世正方武位。CMPT 0,在間揍導(dǎo)址方式中不 0 正ARP, ARP必刃!jf Ch CMFT= 1.在間揍尋址方式時，ARP的蟲苛以修改 4 ASM- 加法

16、稱忖方丈位.5 ? ASM以 儲和的補碼方斗指定-16W的移立值 遼第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 2處理器工作方式狀態(tài)寄存器(PMST) PMST可山存儲器映像寄存器指令裝載, 如STM o圖27是PMST寄存器的結(jié)構(gòu)圖。 PMST各位的含義列于表25中。 15 7 6 5 4 3 2 1 O IPTR MPODVL、 AVIS DRON KJLKOF IBMUL SST 江：十農(nóng)示僅LP器件有此位，其他器件為保留位。 圖 27 PMST 寄存器結(jié)構(gòu) 遼第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 血 第 2 章 TMS320C54X 的 C

17、PU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 11 表2-5 PMST寄存 符號 Q 功 誌 152 1PTRQ 中斷向豈指針。9位的IPTR字段指向他手存佶器內(nèi)中斷矢緒射所在頁(皿刊頁卜 MP/ 徴處埋器飾型計算機工作方式位。 在這兩神方式下，TMS32OC54X的存俺空1眺己 盤不一樣，此位決定TMS320C54X片內(nèi)ROM是否在程序存儲壬間朗。該位的設(shè) 養(yǎng)和清隊由軟件決定 5Q OVLY RAM重爲位.決定斤內(nèi)取哥址數(shù)擺RAM區(qū)是否唆盤到稈序有諭空 4 AVIS: 地址可見也測S允許蠢止內(nèi)部程序車儲空何地址銭杲否可以巴氏在芯片外裸 引腳上匸 3。 DROM、 數(shù)侖ROM位。陽期Jl ROM映保到敬躋儲空間中、

18、 扣 CLK0F7. 時愉出恙斷飾 當CLKOVT=19t CLKOUT引卿代薪出禁止，此BT CLKOUT 為高電平J SMULt 乘注器迪甸方式位。當SMUL 1 Hl. t MAC tl MAS的加法招令使用討 乘法 產(chǎn)主宜旬站舉。SMUL位應(yīng)frOVb：=l和FRCT=1E1逋耳有效。一艙為保鋁應(yīng) 1 2 SST： 存話也和位.當S汀=1時.左把曇加器內(nèi)套存?zhèn)チ蓄绸移?M 前，皴據(jù)進行 血和撫作.飽和換作左移位猱作之后，一腔為保缶位 概第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 2.3.8尋址單元 TMS320C54X有兩個地址發(fā)生器： PAGEN(Program

19、Address Generation Logic)利I DAGEN(Data Address Generation Logic) PAGEN包括稈序計數(shù)器PC、IPTR、塊循環(huán)寄 存器(RC、BRC、RSA和REA),這些寄存器可 支持程序存儲器尋址。 Back 釘?shù)?2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 DAGE N包括循環(huán)緩沖區(qū)大小寄存器BK、 DP、堆棧指針寄存器SP、8個輔助寄存 器(AROAR7)和2個輔助寄存器算術(shù)單 元(ARAU0和ARAUl)o 8個輔助寄存器 和2個輔助寄存器算術(shù)單元一道可進行16 位無符號數(shù)算術(shù)運算，支持間接尋址模 塊，AROAR7由STO中的ARP來指定。 第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 2.4 TMS320C54X存儲器和 I/O 空間 DSP擴展存儲器主要分為兩類：ROM和RAM。 ROM包扌舌EPROM、EEPROM、Flash Memroy等。 這一類存儲器主要用于存儲用戶程序和系統(tǒng)常數(shù) 表， 一般映像在程序存儲空間。RAM主要指靜態(tài) RAM(SRAM)O本章主要討論片內(nèi)存儲器，而片 外擴展存儲器將在第&Back 章中詳細介紹O 迄注第 2 章 TMS320C54X 的 CPU 結(jié)構(gòu)和存儲器配置 所有TMS320C54X芯片內(nèi)都包含