02：DSP原理及應(yīng)用-第2章DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)第2次課講稿課件

1、第2章 TMS320C54x的硬件結(jié)構(gòu)2.1 C54x的基本結(jié)構(gòu) 2.2 C54x的主要特性和外部引腳 2.3 C54x的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu) 第1頁，共37頁。 2.1 C54x的基本結(jié)構(gòu) TMS320C54x（簡稱C54x）TI公司設(shè)計的16位定點數(shù)字信號處理器采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有高度的操作靈活性和運行速度 適應(yīng)于遠程通信等實時嵌入式應(yīng)用的需要，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于無線電通信系統(tǒng)中。 第2頁，共37頁。 2.1 C54x的基本結(jié)構(gòu) 1. C54x的主要優(yōu)點 圍繞1組程序總線、3組數(shù)據(jù)總線和4組地址總線而建立的改進哈佛結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的多功能性和操作的靈活性。 具有高度并行性和專用硬件邏輯的CPU設(shè)

2、計，提高了芯片的性能。 具有完善的尋址方式和高度專業(yè)化指令系統(tǒng),更適應(yīng)于快速算法的實現(xiàn)和高級語言編程的優(yōu)化。 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使派生器件得到了更快的發(fā)展。 采用先進的IC制造工藝，降低了芯片的功耗,提高了芯片的性能。 采用先進的靜態(tài)設(shè)計技術(shù)，進一步降低了功耗，使芯片具有更強的應(yīng)用能力。 第3頁，共37頁。 2. C54x的內(nèi)部結(jié)構(gòu) TMS320C54x的組成 中央處理器CPU I/O功能擴展接口 內(nèi)部總線控制 特殊功能寄存器 數(shù)據(jù)存儲器RAM 程序存儲器ROM 串行口主機通信接口HPI 定時系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)第4頁，共37頁。 2. C54x的內(nèi)部結(jié)構(gòu) TMS320C54x的硬件結(jié)構(gòu)圖 PAGEN

3、 DAGEN系統(tǒng)控制程序地址生成器數(shù)據(jù)地址生成器 CPU乘法累加器算術(shù)/邏輯運算單元桶 形移位器比較器外部存儲器接口外部設(shè)備接口程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器串行口并行口定時器計數(shù)器中斷系統(tǒng)控制接口PABPBCABCBDABDBEABEB特殊功能寄存器第5頁，共37頁。 2.2 C54x的主要特性和外部引腳 2.2.1 C54x的主要特性 1、CPU2、存儲器3、指令系統(tǒng)其特性還將在后面章節(jié)專門介紹 第6頁，共37頁。 2.2.1 C54x的主要特性 4在片外圍電路 具有軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器 設(shè)有可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路 帶有內(nèi)部振蕩器或外部時鐘源的片內(nèi)鎖相環(huán)（PLL）發(fā)生器 支持全雙工操作的串行口，

4、可進行8位或16位串行通信第7頁，共37頁。 2.2.1 C54x的主要特性 4在片外圍電路 帶4位預(yù)定標器(前置分頻器）的16位可編程定時器 設(shè)有與主機通信的并行接口（HPI） 具有外部總線判斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號 數(shù)據(jù)總線具有總線保持器特性 第8頁，共37頁。 2.2.1 C54x的主要特性 5電源 具有多種節(jié)電模式。 可用IDLE1、IDLE2和IDLE3指令來控制芯片功耗，使CPU工作在省電方式。 可在軟件控制下，禁止CLKOUT輸出信號。 6片內(nèi)仿真接口 具有符合IEEE1149.1標準的片內(nèi)仿真接口。 第9頁，共37頁。 2.2.1 C54x的主要特性 7

5、速度 5.0V電壓的器件，其速度可達到40MIPS，指令周期時間為25ns。 3.3V電壓的器件，其速度可達到80MIPS，指令周期時間為12.5ns。 2.5V電壓的器件，其速度可達到100MIPS，指令周期時間為10ns。 1.8V電壓的器件，其速度可達到200MIPS，每個核的指令周期時間為10ns。 第10頁，共37頁。 2.2.2 C54x的引腳功能 C5402共有144個引腳，引腳分布如圖。 144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113

6、1121111101091 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930313233343536108107106105 104 103 102 101 100 99 98 97 969594939291908988878685848382818079787776757473TMS320VC5402373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172第11頁，共37頁。 2.2.2 C54x的引腳功能 TMS320C5402引腳：電

7、源引腳時鐘引腳 控制引腳地址和數(shù)據(jù)引腳串行口引腳 主機接口引腳通用I/O引腳 測試引腳第12頁，共37頁。 2.2.2 C54x的引腳功能 1. 電源引腳 C5402采用雙電源供電，其引腳有： CVDD（16、52、68、91、125、142）， 電壓為+1.8V，為CPU內(nèi)核提供的專用電源； DVDD（4、33、56、75、112、130）， 電壓為+3.3V，為各I/O引腳提供的電源； VSS（3、14、34、40、50、57、70、76、93、 106、111、128），接地。 第13頁，共37頁。電源電路第14頁，共37頁。 2時鐘引腳 C5402的時鐘發(fā)生器由內(nèi)部振蕩器和鎖相環(huán)PLL

8、構(gòu)成，其引腳功能如表2.2.1所示。 CLKOUT：主時鐘輸出引腳,周期為CPU的機器周期。 CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3： 設(shè)定時鐘工作模式引腳，用來硬件配置時鐘模式。 X2/CLKIN：時鐘振蕩器引腳。 若使用內(nèi)部時鐘，用來外接晶體電路； 若使用外部時鐘，該引腳接外部時鐘輸入。 X1：時鐘振蕩器引腳。 若使用內(nèi)部時鐘，用來外接晶體電路； 若使用外部時鐘，該引腳懸空。 TOUT：定時器輸出引腳。第15頁，共37頁。時鐘電路設(shè)計內(nèi)部振蕩電路第16頁，共37頁。時鐘電路設(shè)計晶體振蕩電路3.3V第17頁，共37頁。 3控制引腳 控制引腳用來產(chǎn)生和接收外部器件的各種控制信號，引腳功能見表

9、2.2.2。 RS ：復(fù)位信號； MSTRB ：外部存儲器選通信號； PS ：外部程序存儲器片選信號； DS：外部數(shù)據(jù)存儲器片選信號； I S：I/O設(shè)備選擇信號； IOSTRB：I/O設(shè)備選通信號； R/W：讀/寫信號； READY：數(shù)據(jù)準備好信號。 HOLD：請求控制存儲器接口信號；第18頁，共37頁。3控制引腳 HOLDA：響應(yīng)控制存儲器請求信號； MSC：微狀態(tài)完成信號； IAQ：中斷請求信號； IACK：中斷響應(yīng)信號； MP/MC：DSP工作方式選擇信號； INT0、INT1、INT2、INT3：外部中斷請求信號。 NMI：非屏蔽中斷。 第19頁，共37頁。專用復(fù)位芯片和單片機兩種復(fù)

10、位方式第20頁，共37頁。4地址和數(shù)據(jù)引腳 C5402芯片共有20個地址引腳和16條數(shù)據(jù)引腳 。 地址引腳用來尋址外部程序空間、外部數(shù)據(jù)空間和片外I/O空間。 A19A0：可尋址1M的外部程序空間 64K外部數(shù)據(jù)空間 64K片外I/O空間第21頁，共37頁。4地址和數(shù)據(jù)引腳 數(shù)據(jù)引腳：用于在處理器、外部數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器和I/O器件之間進行16位數(shù)據(jù)并行傳輸。 D15D0：組成16位外部數(shù)據(jù)總線。 在下列情況下，D15D0將呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 當沒有輸出時 當RS有效時 當HOLD有效時 當EMU1/OFF為低電平時第22頁，共37頁。外擴數(shù)據(jù)存儲器電路設(shè)計第23頁，共37頁。外擴程序存儲器電

11、路第24頁，共37頁。液晶顯示電路設(shè)計第25頁，共37頁。5. 串行口引腳 C5402器件有兩個McBSP串行口，共有12個外部引腳。 BCLKR0：緩沖串行口0同步接收時鐘信號； BCLKR1：緩沖串行口1同步接收時鐘信號； BCLKX0：緩沖串行口0同步發(fā)送時鐘信號； BCLKX1：緩沖串行口1同步發(fā)送時鐘信號； BDR0：緩沖串行口0的串行數(shù)據(jù)接收輸入； BDR1：緩沖串行口1的串行數(shù)據(jù)接收輸入； 第26頁，共37頁。5. 串行口引腳 BDX0：緩沖串行口0的串行數(shù)據(jù)發(fā)送輸出； BDX1：緩沖串行口1的串行數(shù)據(jù)發(fā)送輸出； BFSR0：緩沖串行口0同步接收信號； BFSR1：緩沖串行口1同

12、步接收信號； BFSX0：緩沖串行口0同步發(fā)送信號； BFSX1：緩沖串行口1同步發(fā)送信號。第27頁，共37頁。6. 主機接口HPI引腳 C5402的HPI接口是一個8位并行口，用來與主設(shè)備或主處理器接口，實現(xiàn)DSP與主設(shè)備或主處理器間的通信。 HDS1： HDS2： HD7HD0：8位雙向并行數(shù)據(jù)線； HCS：片選信號，作為HPI的使能端； HAS：地址選通信號；數(shù)據(jù)選通信號，由主機控制HPI數(shù)據(jù)傳輸；第28頁，共37頁。主機控制信號。用于主機選擇所要尋址的寄存器； HR/W ：主機對HPI口的讀/寫信號； HRDY ：HPI數(shù)據(jù)準備好信號； HINT/TOUT1：HPI向主機請求的中斷信號

13、； HPIENA：HPI模塊選擇信號。 6. 主機接口HPI引腳 HBIL：字節(jié)識別信號，用來判斷主機送來的數(shù)據(jù)是 第1字節(jié)還是第2字節(jié)。 HCNTL0 HCNTL1第29頁，共37頁。7. 通用I/O引腳 C5402芯片都有2個通用的I/O引腳，分別為： XF：外部標志輸出信號，用來給外部設(shè)備發(fā)送 信號。通過編程設(shè)置，控制外設(shè)工作。 BIO：控制分支轉(zhuǎn)移輸入信號，用來監(jiān)測外設(shè)的 工作狀態(tài)。 第30頁，共37頁。測試程序：.text_c_int00: SSBX XF CALL DELAY RSBX XF CALL DELAY B _c_int00DELAY: STM #999,BRC RPTB

14、 done-1 RPT #9999 NOPdone: RET .end第31頁，共37頁。8. 測試引腳 C5402芯片具有符合IEEE1149.1標準的在片仿真接口。 TCK：測試時鐘輸入引腳； TDI：測試數(shù)據(jù)輸入引腳； TDO：測試數(shù)據(jù)輸出引腳； TMS：測試方式選擇引腳； TRST：測試復(fù)位引腳； EMU0：仿真器中斷0引腳； EMU1/OFF：仿真器中斷1引腳/關(guān)斷所有 輸出引腳。 第32頁，共37頁。在片仿真接口電路第33頁，共37頁。 2.3 C54x的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu) TMS320C54x的結(jié)構(gòu)是以8組16位總線為核心，形成了支持高速指令執(zhí)行的硬件基礎(chǔ)。 總線結(jié)構(gòu) 1組程序總線PB3組數(shù)據(jù)總線CB、DB、EB4組地址總線PAB、CAB、DAB、EAB 第34頁，共37頁。1程序總線PB 主要用來傳送取自程序存儲器的指令代碼和立即操作數(shù)。第35頁，共37頁。2數(shù)據(jù)總線CB 、DB和EB 3條數(shù)