DSP原理与应用——体系结构

1、12.1 C54x的基本结构的基本结构 2.2 C54x的主要特性和外部引脚的主要特性和外部引脚 2.3 C54x的内部总线结构的内部总线结构 2.4 C54x的中央处理器的中央处理器 2.5 C54x的存储空间结构的存储空间结构2.6 C54x的片内外设电路的片内外设电路2.7 C54x的系统控制的系统控制23DSP原理与应用4TMS320C54x的组成的组成 中央处理器中央处理器CPU I/O功能扩展接口功能扩展接口内部总线控制内部总线控制特殊功能寄存器特殊功能寄存器 数据存储器数据存储器RAM 程序存储器程序存储器ROM 串行口串行口主机通信接口主机通信接口HPI定时系统定时系统中断系统

2、中断系统5TMS320C54x的硬件结构图的硬件结构图 PAGEN DAGENPAGEN DAGEN 特殊功能特殊功能 寄存器寄存器系统控制系统控制程序地址生成器程序地址生成器数据地址生成器数据地址生成器 CPUCPU乘法乘法累加器累加器算术算术/逻辑逻辑运算单元运算单元桶桶 形形移位器移位器比较器比较器外部外部存储器存储器接口接口外部外部设备设备接口接口程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器串行口串行口并行口并行口定时器定时器计数器计数器中断中断系统系统控制控制接口接口PABPABPBPBCABCABCBCBDABDABDBDBEABEABEBEB6 中央处理器中央处理器CPU 采用了流水

3、线指令执行结构和相应的并行处理采用了流水线指令执行结构和相应的并行处理结构，可在一个周期内对数据进行高速的算术运算结构，可在一个周期内对数据进行高速的算术运算和逻辑运算。和逻辑运算。 7 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 共有共有26个特殊功能寄存器，位于具有特殊功能个特殊功能寄存器，位于具有特殊功能的的RAM区。主要用来对片内各功能模块进行管理、区。主要用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视。控制、监视。双寻址双寻址数据寄存器数据寄存器DARAM单单寻址寻址数据寄存器数据寄存器SARAMDARAM：在一个指令周期内，在一个指令周期内，可对其可对其进行两次进行两次存取操作，存取操作，即即一次读出

4、和一次写入；一次读出和一次写入； SARAM：在一个指令周期内，在一个指令周期内，只能进行一次存只能进行一次存取操作。取操作。 8 程序存储器程序存储器ROM 可由可由ROM和和RAM配置而成，即程序空间可以配置而成，即程序空间可以定义在定义在ROM上，也可以定义在上，也可以定义在RAM中。中。9 I/O口口 C54x共有两个通用共有两个通用I/O引脚（引脚（BIO和和XF）。）。 10 串行口串行口 11 主机接口主机接口HPI HPI是一个与主机通信的并行接口，主要用于是一个与主机通信的并行接口，主要用于DSP与其它总线或与其它总线或CPU进行通信。信息可通进行通信。信息可通过过C54x的

5、片内存储器与主机进行数据交换。的片内存储器与主机进行数据交换。12 定时器定时器 定时器是一个软件可编程的计数器，用来产生定定时器是一个软件可编程的计数器，用来产生定时中断。时中断。 13 中断系统中断系统 C54x的中断系统具有硬件中断和软件中断。的中断系统具有硬件中断和软件中断。 硬件中断：硬件中断： 软件中断软件中断： 中断管理优先级中断管理优先级14151617 支持单指令重复和块指令重复操作支持单指令重复和块指令重复操作 支持存储器块传送指令支持存储器块传送指令 支持支持32位长操作数指令位长操作数指令 具有支持具有支持2操作数或操作数或3个操作数的读指令个操作数的读指令 具有能并行

6、存储和并行加载的算术指令具有能并行存储和并行加载的算术指令 支持条件存储指令及中断快速返回指令支持条件存储指令及中断快速返回指令 1819202122 TMS320C54x芯片采用芯片采用CMOS制造工艺，整个制造工艺，整个系列的型号基本上都采用塑料或陶瓷四方扁平封装系列的型号基本上都采用塑料或陶瓷四方扁平封装形式（形式（TQFP）。）。 不同的器件型号其引脚的个数有所不同。下面不同的器件型号其引脚的个数有所不同。下面 以以TMS320VC5402芯片为例芯片为例,介绍介绍C54x引脚的名称引脚的名称及功能。及功能。 23 C5402共有共有144个引脚，引脚分布如图。个引脚，引脚分布如图。

7、1441431421411401391381371361351341331321311301291281271261251241231221211201191181171161151141131121111101091 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930313233343536108107106105 104 103 102 101 100 99 98 97 969594939291908988878685848382818079787776757473TMS320VC5402373839404142434445

8、46474849505152535455565758596061626364656667686970717224 TMS320C5402引脚：引脚：25 1. 电源引脚电源引脚 VSS（3、14、34、40、50、57、70、76、93、 106、111、128），接地。），接地。26 2时钟引脚时钟引脚 27 3控制引脚控制引脚 282930313233343536373839 3条数据总线分别与不同功能的内部单元相连接。条数据总线分别与不同功能的内部单元相连接。 如：如：CPU、程序地址、程序地址产生逻辑产生逻辑PAGEN、数据地、数据地址址产生逻辑产生逻辑 DAGEN、片内外设和数据存储

9、器等。、片内外设和数据存储器等。 CB和和DB用来传送从数据存储器读出的数据；用来传送从数据存储器读出的数据； EB用来传送写入存储器的数据。用来传送写入存储器的数据。40C54xC54x读读/写操作占用总线情况写操作占用总线情况读读/写方式写方式地址总线地址总线程序总线程序总线数据总线数据总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序读程序读 程序写程序写 单数据读单数据读 双数据读双数据读 32位长数据读位长数据读 (hw) (lw) (hw) (lw)单数据写单数据写 数据读数据读/数据写数据写 双数据读双数据读/系数读系数读 外设读外设读 外设写外设写 4142CPU包括下列基本部件

10、：包括下列基本部件： 4040位算术逻辑位算术逻辑运算运算单元单元ALU； 2 2个个4040位的累加器位的累加器A和和B； 支持支持-16-163131位移位范围的桶形移位寄存器；位移位范围的桶形移位寄存器； 能能完成乘法完成乘法-加法运算的乘法累加器加法运算的乘法累加器MAC； 1616位暂存寄存器位暂存寄存器T； 1616位转移寄存器位转移寄存器TRN； 比较、选择、存储单元比较、选择、存储单元CSSU； 指数译码器；指数译码器； CPU状态和控制寄存器。状态和控制寄存器。 432.4.12.4.1 算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元ALUALU 44ALU的功能框图的功能框图 MAC输出

11、输出SXMSXMOVMC16CZA/ZBTCXYAMUBBACTDSOVA/OVB桶形移位桶形移位器输出器输出452.4.2 2.4.2 累加器累加器A A和和B B 462.4.2 2.4.2 累加器累加器A A和和B B 39 3231 1615 0累加器累加器AAGAHAL保护位保护位39 32高阶位高阶位31 16低阶位低阶位15 0累加器累加器BBGBHBL保护位保护位高阶位高阶位低阶位低阶位472.4.2 2.4.2 累加器累加器A A和和B B 48【例例2.4.12.4.1】累加器累加器A=FF 0123 4567H，执行带移位，执行带移位的的STH和和STL指令后，求暂存器指

12、令后，求暂存器T和和A的内容。的内容。 492.4.3 2.4.3 桶形移位寄存器桶形移位寄存器 5051【例例2.4.2】 对累加器对累加器A执行不同的移位操作。执行不同的移位操作。 522.4.4 2.4.4 乘法乘法- -累加单元累加单元MAC MAC 零检测零检测舍入器舍入器饱和逻辑饱和逻辑取整取整XM YM乘法器乘法器(17 17)符号控制符号控制符号控制符号控制DB15DB0CB15CB0PB15PB0YAXA 535455（1）加法器的输入）加法器的输入 XA输入：来自乘法器的输出。输入：来自乘法器的输出。 YA输入：输入： 来自累加器来自累加器A的操作数；的操作数； 来自累加器

13、来自累加器B的操作数。的操作数。（2）加法器的输出）加法器的输出 输出经零检测器、舍入器和溢出输出经零检测器、舍入器和溢出/饱和逻辑电路饱和逻辑电路后，将产生的状态标志送入状态寄存器，并将运算后，将产生的状态标志送入状态寄存器，并将运算结果送入累加器结果送入累加器A或或B。 56 C54x的比较、选择和存储单元的比较、选择和存储单元（CSSU）是一是一个特殊用途的硬件电路，专门用来完成个特殊用途的硬件电路，专门用来完成Viterbi算法算法中的加法中的加法/比较比较/选择选择（ACS）操作操作。 57 例如，例如，CMPS指令可以对累加器的高阶位和低阶位进行指令可以对累加器的高阶位和低阶位进行

14、比较，并选择较大的数存放在指令所指定的存储单元中。比较，并选择较大的数存放在指令所指定的存储单元中。 指令格式：指令格式： CMPS A，* *AR1 功能：功能：对累加器对累加器A的高的高16位字（位字（AH）和低）和低16位字（位字（AL）进行比较，进行比较， 若若AHAL，则，则AH* *AR1，TRN左移左移1位，位，0TRN(0)， 0TC； 若若AHAL，则，则AL* *AR1，TRN左移左移1位，位，1TRN(0)， 1TC。 58 指数编码器指数编码器是一个用于支持指数运算指令的专用是一个用于支持指数运算指令的专用硬件，可以在单周期内执行硬件，可以在单周期内执行EXP指令，求累

15、加器中数指令，求累加器中数的指数值。的指数值。 59 C54x提供三个提供三个16位寄存器来作为位寄存器来作为CPU状态和控状态和控制寄存器，它们分别为：制寄存器，它们分别为： 601状态寄存器状态寄存器0（ST0）15 1312111098 0ST0：ARPTCCOVAOVBDP612状态寄存器状态寄存器1 (ST1)1514131211109876540BRAF CPLXFHMINTM0OVM SXM C16 FRCT CMPTASMBRAFCPLXFHMINTM0OVM SXM C16 FRCT CMPT ASMBRAF CPLXFHMINTM0OVM SXM C16 FRCT CMPT

16、ASM623工作方式状态寄存器工作方式状态寄存器PMSTSSTSMULCLKOFFDROMAVISOVLYMP/MCIPTR0123456157中中断断向向量量指指针针CPUCPU工工作作方方式式选选择择位位RAMRAM重重复复占占位位标标志志地地址址可可见见控控制制位位数数据据ROMROM映映射射选选择择位位时时钟钟输输出出选选择择位位乘乘法法饱饱和和方方式式位位存存储储饱饱和和位位636465C54x片内存储器资源配置片内存储器资源配置DSP存储器存储器C541C541 C542C542 C543C543 C545C545 C546C546 C548C548C549C549C5402C54

17、02 C5410C5410 C5416C5416 C5420C5420ROM程程 序序程序程序/数据数据DARAMSARAM28K20K8K5K02K2K010K02K2k010K048K32K16K6K048K32K16K6K02K2K08K24K16K16K08K24K4K4K4K16K0 16K16K08K56K 16K16K064K64K 00032K168K 66 C54x所有内部和外部程序存储器及内部所有内部和外部程序存储器及内部和外部数据存储器分别统一编址。和外部数据存储器分别统一编址。 内部内部RAM总是映射到数据存储空间，但总是映射到数据存储空间，但也可映射到程序存储空间。也

18、可映射到程序存储空间。 ROM可以灵活地映射到程序存储空间，可以灵活地映射到程序存储空间，同时也可以部分地映射到数据存储空间。同时也可以部分地映射到数据存储空间。67 程序存储空间可通过程序存储空间可通过PMST寄存器的寄存器的MP/MC和和OVLY控制位来设置内部存储器的映射地址。控制位来设置内部存储器的映射地址。6869OVLY=1OVLY=10000H0000H007FH007FH 保留保留 0080H0080H3FFFH 3FFFH 内部内部DARAMDARAM 0000H0000HEFFFHEFFFH 外部存储器外部存储器 4000H4000HEFFFH EFFFH 外部存储器外部存

19、储器F000HF000HFEFFH FEFFH 内部内部ROMROMFF00HFF00HFF7FH FF7FH 保留保留FF80HFF80HFFFFH FFFFH 中断矢量表中断矢量表FF00HFF00HFF7FH FF7FH 保留保留F000HF000HFEFFH FEFFH 内部内部ROMROMOVLY=0OVLY=00000H0000H007FH007FHOVLY=1OVLY=1 保留保留OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器0080H0080H3FFFH3FFFHOVLY=1OVLY=1 内部内部DARAMDARAMOVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器4000H400

20、0HEFFFHEFFFH外部存储器外部存储器F000HF000HFEFFHFEFFH内部内部ROMROMFF00HFF00HFF7FHFF7FH保留保留FF80HFF80HFFFFHFFFFH中断矢量表中断矢量表(内部存储器内部存储器)地址地址程序存储空间程序存储空间OVLY=1OVLY=1 保留保留0000H0000H007FH007FHOVLY=1OVLY=1 内部内部DARAMDARAM0080H0080H3FFFH3FFFH外部存储器外部存储器4000H4000HEFFFHEFFFH内部内部ROMROMF000HF000HFEFFHFEFFH保留保留FF00HFF00HFF7FHFF7

21、FH中断矢量表中断矢量表(内部存储器内部存储器)FF80HFF80HFFFFHFFFFHOVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器0000H0000H007FH007FHOVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器0080H0080H3FFFH3FFFHOVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器4000H4000HEFFFHEFFFH保留保留FF00HFF00HFF7FHFF7FH中断矢量表中断矢量表(内部存储器内部存储器)FF80HFF80HFFFFHFFFFHFF80HFF80HFFFFH FFFFH 中断矢量表中断矢量表内部内部ROMROMF000HF000HFEFFHFEFF

22、H中断矢量表中断矢量表(内部存储器内部存储器)保留保留内部内部ROMROM外部存储器外部存储器OVLY=1OVLY=1 内部内部DARAMDARAMOVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器OVLY=1OVLY=1 保留保留OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器内部内部存储器存储器内部内部存储器存储器70地址地址程序存储空间程序存储空间0000H0000H007FH007FHOVLY=1OVLY=1 保留保留OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器0080H0080H3FFFH3FFFHOVLY=1OVLY=1 内部内部DARAMDARAMOVLY=0OVLY=0 外部存储器

23、外部存储器4000H4000H外部存储器外部存储器FF7FHFF7FHFF80HFF80HFFFFHFFFFH中断矢量表中断矢量表(外部存储器外部存储器)OVLY=1OVLY=1：O V L Y = 1O V L Y = 1 保 留保 留OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器OVLY=1OVLY=1 保留保留0000H0000H007FH007FHOVLY=1OVLY=1 内部内部DARAMDARAM0080H0080H3FFFH3FFFH外部存储器外部存储器4000H4000HFF7FHFF7FH中断矢量表中断矢量表(外部存储器外部存储器)FF80HFF80HFFFFHFFFFHOV

24、LY=0OVLY=0：外部存储器外部存储器4000H4000HO V L Y = 1O V L Y = 1 保 留保 留OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器0000H0000H007FH007FHOVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器0080H0080H3FFFH3FFFHFF7FHFF7FH中断矢量表中断矢量表(外部存储器外部存储器)FF80HFF80HFFFFHFFFFH中断矢量表中断矢量表(外部存储器外部存储器)外部存储器外部存储器 外部存储器外部存储器OVLY=1OVLY=1 内部内部DARAMDARAMOVLY=0OVL

25、Y=0 外部存储器外部存储器OVLY=1OVLY=1 保留保留OVLY=0OVLY=0 外部存储器外部存储器7172分页扩展技术的分页扩展技术的特点：特点： 有有20或或23条外部条外部程序地址线，可寻址程序地址线，可寻址1M或或8M存存储空间储空间； 有有1个额外的存储器映个额外的存储器映像像寄存器寄存器程序计数器扩展程序计数器扩展寄存器寄存器XPC； 有有6 6条寻址扩展程序空间的指令，用于寻址扩展程条寻址扩展程序空间的指令，用于寻址扩展程序空间。序空间。73 74 75 公共块：公共块：由所有页共享由所有页共享专用块：按指定的页号寻址专用块：按指定的页号寻址00 8000H00 8000

26、H00 FFFFH00 FFFFHPage0Page032K32K0101 8000H8000H0101 FFFFHFFFFHPage1Page132K32K02 8000H02 8000H02 FFFFH02 FFFFHPage1Page132K32K7F 8000H7F 8000H 7F FFFFH7F FFFFHPage127Page12732K32KXPC=0XPC=0XPC=1XPC=1XPC=2XPC=2XPC=127XPC=127XX 0000HXX 0000HXX 7FFFHXX 7FFFHPage0Page032K32K( (片内片内RAM)RAM)XPC=XXXPC=XX7

27、6 77 F000HF7FFH：用户专用程序，由用户专用程序，由TI公司固化公司固化； F800HFFFFH：TI公司定义公司定义。78 引导程序。引导程序。 引导程序引导程序律扩展表律扩展表A A律扩展表律扩展表sinsin函数表函数表保留保留中断向量表中断向量表7980FF00HFF00HFFFFHFFFFHF000HF000HFEFFHFEFFH4000H4000HEFFFHEFFFH0080H0080H3FFFH3FFFH0060H0060H007FH007FH0000H0000H005FH005FHDROM=1 DROM=1 保留保留 DROM=0 DROM=0 外部存储器外部存储器

28、DROM=1 DROM=1 内部内部ROMROMDROM=0 DROM=0 外部存储器外部存储器外部存储器外部存储器内部内部DARAMDARAM(16K(16K字）字）暂存器暂存器SPRAMSPRAM存储器映像存储器映像寄存器寄存器81内部内部RAMRAM前前1 1K K的配置：的配置：82 地址地址符号符号寄存器名称寄存器名称地址地址符号符号寄存器名称寄存器名称00H IMR 中断屏蔽寄存器10H AR0 辅助寄存器001H IFR 中断标志寄存器11H AR1 辅助寄存器102H 保留 ( 用于测试 )12H AR2 辅助寄存器203H 保留 ( 用于测试 )13H AR3 辅助寄存器30

29、4H 保留 ( 用于测试 )14H AR4 辅助寄存器405H 保留 ( 用于测试 )15H AR5 辅助寄存器506H ST0 状态寄存器016H AR6 辅助寄存器607H ST1 状态寄存器117H AR7 辅助寄存器708H AL 累加器A低字(150位) 18H SP 堆栈指针09H AH 累加器A高字(3116位)19H BK 循环缓冲区长度寄存器0AH AG 累加器A保护位(3932位)1AH BRC 块重复计数器0BH BL 累加器B低字(150位)1BH RSA 块重复起始地址寄存器0CH BH 累加器B高字(3116位)1CH REA 块重复结束地址寄存器0DH BG 累加

30、器B保护位(3932位)1DH PMST 处理器模式状态寄存器0EH T 暂存寄存器1EH XPC 程序计数器扩展寄存器0FH TRN 状态转移寄存器1FH 保留特殊功能特殊功能寄存器寄存器83C549片内外设寄存器片内外设寄存器地址地址符号符号寄存器名称寄存器名称地址地址符号符号寄存器名称寄存器名称20H BDRR0 缓冲串行口0数据接收寄存器35H TRAD TDM串行口接收地址寄存器 21H BDXR0 缓冲串行口0数据发送寄存器3637H 保留22H BSPC0 缓冲串行口0控制寄存器38H AXR0 ABU0发送地址寄存器23H BSPCE0 缓冲串行口0控制扩展寄存器39H BKX

31、0 ABU0发送缓冲范围寄存器24H TIM 定时设定寄存器3AH ARR0 ABU0接收地址寄存器25H PRD 定时周期寄存器3BH BKR0 ABU0接收缓冲范围寄存器26H TCR 定时控制寄存器3CH AXR1 ABU1发送地址寄存器27H 保留3DH BKX1 ABU1发送缓冲范围寄存器28H SWWSR 软件等待状态寄存器 3EH ARR1 ABU1接收地址寄存器29H BSCR 多路开关控制寄存器3FH BKR1 ABU1接收缓冲范围寄存器2A2BH 保留40H BDRR1 缓冲串行口1数据接收寄存器2CH HPIC 主机口（HPI）控制寄存器41H BDXR1 缓冲串行口1数

32、据发送寄存器2D2FH 保留42H BSPC1 缓冲串行口1控制寄存器30H TRCV TDM串行口数据接收寄存器 43H BSPCE1 缓冲串行口1控制扩展寄存器31H TDXR TDM串行口数据发送寄存器 4457H 保留32H TSPC TDM串行口控制寄存器58H CLKMD 时钟模式寄存器33H TCSR TDM串行口通道选择寄存器 595FH 保留34H TRTA TDM串行口接收发送寄存器 84 C54x除了程序和数据存储空间外，还提供了一除了程序和数据存储空间外，还提供了一个具有个具有64K字的字的I/O空间。空间。 主要用于对片外设备的访问。可以使用输入指主要用于对片外设备的访问。可以使用输入指令令PORTR和输出指令和输出指