C28xDSP的CPU与指令系统课件

第3章C28xDSP的CPU与指令系统本章内容：3.1中央处理器

3.2寻址方式

3.3C28xDSP指令系统

4/2/202313.1中央处理器

C28xDSP的中央处理器（CPU）结构包括三个部分：CPU内核、仿真逻辑单元和CPU信号。C28xCPU组成概念框图

1.CPU结构4/2/20232仿真逻辑单元的主要功能是监视和控制CPU以及其他外设的工作情况，并实现对设备的测试和调试功能。CPU的信号主要包括4种：①存储器接口信号②时钟和控制信号③复位和中断信号④仿真信号4/2/20233C28x的CPU主要由总线、CPU寄存器、程序地址发生器和控制逻辑、地址寄存器算术单元(ARAU)、算术逻辑单元(ALU)、乘法器和移位器等逻辑部件组成，还包括指令队列和指令译码单元、中断处理逻辑等。ALU为32位的运算逻辑单元，主要执行算术运算和布尔运算。在运算之前，ALU从寄存器、数据存储器或程序控制逻辑单元接收数据，然后进行运算，最后把结果存入寄存器或数据存储器中。32位的乘法器，可执行32×32位的补码乘法，并产生64位的结果。乘法器采用32位乘数寄存器(XT,)、32位乘积寄存器(P)和32位累加器(ACC)。CPU的移位器实现对操作数的移位操作。4/2/20235FastprogramexecutionoutofbothRAMand

Flashmemory100-120MIPSwithFlashAccelerationTechnology150MIPSoutofRAMfortime-criticalcode

ControlPeripherals

MemorySub-SystemEventManagersUltra-Fast12-bitADC12.5MSPSthroughputDualsample&holdsenablesimultaneoussamplingAutoSequencer,upto16conversionsw/oCPUControlPortsMultiplestandardcommunicationportsprovidesimpleinterfacestoothercomponentsCommunicationsPorts150MIPSperformanceSinglecycle32x32-bitMAC(ordual16x16MAC)VeryFastInterruptResponseSinglecycleread-modified-writeF24x/LF240xSourceCodeCompatibleHigh-PerformanceCPU(C28xTMDSPCore)MemoryBus128KwFlash+2KwOTP4KwBootROM18KwRAMCodesecurityXINTF32-bitRegisterFileReal-TimeJTAG32-bit

Timers(3)150MIPsC28xTM32-bitDSP32x32-bit

MultiplierRMWAtomicALU

InterruptManagementEventMgrAEventMgrB12-BitADCWatchdogGPIOMcBSPCAN2.0BSCI-UARTASCI-UARTBSPIPeripheralBusTMS320F2812/TMS320F2810

MostPowerful-MostIntegratedDualFunctionDigitalSignalController4/2/20236Fast&flexibleinterruptmanagementsignificantlyreduceinterruptlatencySingle-cycle32-bitmultipliermakescomputationallyintensivecontrolalgorithmsmoreefficient

C28xTMDSPCoreThree32-bittimerssupportmultiplecontrolloops/timebases.Singlecycleread-modified-writeinanymemorylocationand32-bitregistersimprovecontrolalgorithmefficiencyReal-timeJTAGdebugshortensdevelopmentcycleC28xTM32-bitDSPInterruptManagement32-bitRegisterFileReal-TimeJTAG32-bit

Timers(3)32x32bit

MultiplierRMWAtomicALU

MostC/C++Efficient32-bitDSPCoreCodecompatiblewiththeTMS320C24x™DSPfamily4/2/20237多总线的结构使C28x能够实现流水线的指令执行机制。采用流水线机制可以大大加快指令执行速度，实现指令的执行在单机器周期内完成。C28x采用了8级流水线。(1)取指令阶段1：指令地址通过22位总线PAB送往程序存储器。(2)取指令阶段2：通过32位总线PRDB读程序存储器，放入指令队列。(3)译码阶段1：CPU硬件识别取指队列中指令的边界，并测定下一条待执行指令的长度。(4)译码阶段2：CPU硬件从取指队列中取回指令，并将该指令放入指令寄存器，译码。(5)读阶段1：从存储器中读取数据时，把地址送到相应的地址总线上。(6)读阶段2：硬件通过数据总线取回读阶段1所寻址的存储器内的数据。(7)执行阶段：CPU执行乘法、移位和ALU操作，包括算术和逻辑操作。(8)写阶段：需要时，将指令执行的结果写回存储器。4/2/202392.CPU的寄存器累加器(ACC、AH、AL)乘数寄存器(XT、T、TL)和乘积寄存器(P、PH、PL)

数据页指针寄存器(DP)

堆栈指针(SP)

辅助寄存器(XAR0~XAR7、AR0~AR7)

程序计数器(PC)

返回PC指针寄存器(RPC)

中断控制寄存器(IFR、IER、DBGIER)

状态寄存器(ST0，STl)

4/2/202310C28xDSP的CPU寄存器

4/2/202311乘数寄存器XT的分半单独存取结构

P寄存器的分半单独存取结构

(2)乘数寄存器(XT、T、TL)和乘积寄存器(P、PH、PL)

4/2/202313(3)数据页指针寄存器(DP)

在直接寻址方式中，操作数的地址由两部分组成：一个页地址(DataPage)和一个页内的偏移量。C28x的数据存储器每64个字构成一个数据页，这样，4MW的数据存储器共有65536个数据页，用0~65535进行标号。在直接寻址方式下，当前的页地址存放于16位的数据页指针寄存器(DP)中，可以通过给DP赋新值可改变数据页号。当CPU工作在C2xLP源兼容模式时，使用一个7位的偏移量，并忽略DP寄存器的最低位。4/2/202314数据存储器的数据页

4/2/202315(5)辅助寄存器(XAR0~XAR7、AR0~AR7)XAR0~XAR7寄存器

4/2/202317(6)程序计数器(PC)C28x的程序计数器(PC)是一个22位的寄存器，存放当前CPU正在操作指令的地址。(7)返回PC指针寄存器(RPC)

(8)中断控制寄存器(IFR、IER、DBGIER)有两对长调用指令：LC和LRET，LCR和LRETR。LCR和LRETR执行效率更高，只有LCR和LRETR指令使用RPC。当使用LCR指令时，当前RPC的值被压入堆栈。返回地址将被装载到RPC寄存器中，而22位的函数入口地址将被装载到PC计数器，从而使流程转入函数体中运行。调用结束通过LRETR指令返回时，存放在RPC内的返回地址装载到PC中，而压入堆栈中的RPC的值从堆栈中装载到RPC内。4/2/202318(9)状态寄存器(ST0，STl)

C28xCPU有两个重要的状态寄存器：ST0和ST1，其中包含着不同的标志位和控制位。ST0包含指令操作所使用或影响的控制或标志位，如溢出、进位、符号扩展等。ST1则主要包含一些特殊的控制位，如处理器的兼容模式选择、寻址模式配置等。4/2/202319状态寄存器ST1·ARP：辅助寄存器指针。·XF：XF状态位。该位用于控制输出引脚XF的状态。·M0M1MAP：存储器M0和M1映射模式位。·OBJMODE：目标兼容模式位。用来在C27x目标模式(=0)和C28x目标模式(=1)之间进行选择。·AMODE：寻址模式位。在C28x寻址模式(AMODE=0)和C2xLP寻址模式(AMODE=1)之间进行选择。4/2/202321·IDLESTAT：空闲状态位。·EALLOW：仿真允许访问使能位。为1，允许访问。·LOOP：循环指令状态位。·SPA：队栈指针定位(StackPointerAlignment)位。·VMAP：向量映像(VectorMap)位。·DBGM：调试使能屏蔽位。·INTM：中断全局屏蔽位。为0，中断使能。4/2/2023223.2寻址方式

3.2.1寻址方式概述C28xCPU四种基本寻址方式：直接寻址、堆栈寻址、间接寻址和寄存器寻址还有数据/程序/IO空间立即寻址方式或程序空间间接寻址方式。1.寻址方式分类4/2/202323汇编器/编译器对AMODE位的跟踪C/C++编译器是假定寻址方式设定在AMODE=0。汇编器可以按照命令行操作指定默认状态为AMODE=0或AMODE=1。-v28 ;假设AMODE=0(C28x寻址方式)-v28-m20 ;假设AMODE=1(C2xLP兼容寻址方式)汇编器还允许文件中嵌套指令改变寻址方式。.c28_amode ;告知汇编器后缀代码为AMODE=0(C28x寻址方式).lp_amode ;告知汇编器后缀代码为AMODE=1(C2xLP兼容寻址方式)4/2/2023253.2.2直接寻址方式直接寻址方式操作数的22位物理地址被分成两部分，16位的数据页指针(DP)寄存器作为固定的页指针，指令中提供6位或7位的偏移量，这些偏移量与DP中的值一起确定操作数的地址。4/2/2023263.2.5寄存器寻址方式寄存器寻址方式操作数在寄存器中。寄存器寻址方式可分为32位和16位寻址方式。4/2/2023293.2.6数据/程序/IO空间立即寻址方式数据/程序/IO空间立即寻址方式有4种语法：*(0：16bit)、*(PA)、0:pma和*(pma)。4/2/2023303.2.7程序空间间接寻址方式程序空间间接寻址方式的访问程序空间有3种语法：*AL、*XAR7和*XAR7++。3.2.8字节寻址方式与32位操作数的定位字节寻址方式

32位操作数的定位

4/2/2023313.3C28xDSP指令系统

C28xDSP指令系统一览表见教材。XARn寄存器(XAR0~XAR7)操作

DP寄存器操作

SP寄存器操作

AX寄存器操作(AH,AL)

16位ACC累加器操作

32位ACC累加器操作

64位ACC：P寄存器操作

P或XT寄存器操作(P,PH,PL,XT,T,TL)

16×16位乘法操作

4/2/202332

32×32位乘法操作

直接存储器操作

I/O空间操作

程序空间操作

跳转/