ARM匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)第2章 TMS320C54x數(shù)字信號處理器硬件結(jié)構(gòu)

1、第第2章章 tms320c54x數(shù)字信號處理器硬件結(jié)構(gòu)數(shù)字信號處理器硬件結(jié)構(gòu)n2.1 tms320c54x的特點和硬件組成框圖的特點和硬件組成框圖n2.2 tms320c54x的總線結(jié)構(gòu)的總線結(jié)構(gòu)n2.3 tms320c54x的存儲器分配的存儲器分配n2.4 中央處理單元（中央處理單元（cpu）n2.5 tms320c54x片內(nèi)外設(shè)簡介片內(nèi)外設(shè)簡介n2.6 硬件復(fù)位操作硬件復(fù)位操作n2.7 tms320vc5402引腳及說明引腳及說明2.1 tms320c54x的特點和硬件組成框圖的特點和硬件組成框圖ntms320c54x的主要特性如下所示：的主要特性如下所示：cpun先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)。先進(jìn)的

2、多總線結(jié)構(gòu)。n40位算術(shù)邏輯運算單元（位算術(shù)邏輯運算單元（alu）。n17位位17位并行乘法器與位并行乘法器與40位專用加法器相連。位專用加法器相連。n比較、選擇、存儲單元（比較、選擇、存儲單元（cssu）。n指數(shù)編碼器可以在單個周期內(nèi)計算指數(shù)編碼器可以在單個周期內(nèi)計算40位累加器中數(shù)值的位累加器中數(shù)值的指數(shù)。指數(shù)。n雙地址生成器包括雙地址生成器包括8個輔助寄存器和兩個輔助寄存器算術(shù)個輔助寄存器和兩個輔助寄存器算術(shù)運算單元（運算單元（arau）。）。返回首頁存儲器存儲器n64 k字程序存儲器、字程序存儲器、64 k字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器以及字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器以及64 k字字i/o空間。在空間。在c548、c5

3、49、c5402、c5410和和c5420中程序存儲器可以擴(kuò)展。中程序存儲器可以擴(kuò)展。指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)n單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作。單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作。n塊存儲器傳送指令。塊存儲器傳送指令。n32位長操作數(shù)指令。位長操作數(shù)指令。n同時讀入兩個或同時讀入兩個或3個操作數(shù)的指令。個操作數(shù)的指令。n并行存儲和并行加載的算術(shù)指令。并行存儲和并行加載的算術(shù)指令。n條件存儲指令。條件存儲指令。n從中斷快速返回指令。從中斷快速返回指令。在片外圍電路（如圖在片外圍電路（如圖2-1所示）所示）n軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器。軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器。n可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路。可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路。n帶有內(nèi)

4、部振蕩器。帶有內(nèi)部振蕩器。n外部總線關(guān)斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地外部總線關(guān)斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號。址總線和控制信號。n數(shù)據(jù)總線具有總線保持器特性。數(shù)據(jù)總線具有總線保持器特性。n可編程定時器。并行主機(jī)接口（可編程定時器。并行主機(jī)接口（hpl）。）。 電源電源n可用可用idlel、idle2和和idle3指令控制功耗，以工指令控制功耗，以工作在省電方式。作在省電方式。n可以控制關(guān)斷可以控制關(guān)斷clkout輸出信號。輸出信號。在片仿真接口在片仿真接口n具有符合具有符合ieeell49.1標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口（jtag）。）。速度速度n單周期定點指令的執(zhí)

5、行時間為單周期定點指令的執(zhí)行時間為25/20/15/12.5/10-ns(40 mips/50 mips/66 mips/80 mips/100 mips)。返回本節(jié)圖2-1 tms320c54x dsp的內(nèi)部硬件組成框圖1圖2-1 tms320c54x dsp的內(nèi)部硬件組成框圖22.2 tms320c54x的總線結(jié)構(gòu)的總線結(jié)構(gòu)ntms320c54x dsp采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)并具有八采用先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)并具有八組總線，其獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線允許同時組總線，其獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線允許同時讀取指令和操作數(shù)，實現(xiàn)高度的并行操作。讀取指令和操作數(shù)，實現(xiàn)高度的并行操作。n采用各自分開的數(shù)據(jù)總線分別

6、用于讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)采用各自分開的數(shù)據(jù)總線分別用于讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)，允許據(jù)，允許cpu在同一個機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行兩次讀操在同一個機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行兩次讀操作數(shù)和一次寫操作數(shù)。獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總作數(shù)和一次寫操作數(shù)。獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線允許線允許cpu同時訪問程序指令和數(shù)據(jù)。同時訪問程序指令和數(shù)據(jù)。 返回首頁2.3 tms320c54x的存儲器分配的存儲器分配n2.3.1 存儲器空間存儲器空間n2.3.2 程序存儲器程序存儲器n2.3.3 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器n2.3.4 i/o存儲器存儲器返回首頁2.3.1 存儲器空間存儲器空間ntms320c54x存儲器由存儲器由3個獨立的可選擇空間組個獨立的可選擇

7、空間組成：程序空間、數(shù)據(jù)空間和成：程序空間、數(shù)據(jù)空間和i/o空間?？臻g。n程序存儲器空間包括程序指令和程序中所需的常程序存儲器空間包括程序指令和程序中所需的常數(shù)表格；數(shù)據(jù)存儲器空間用于存儲需要程序處理數(shù)表格；數(shù)據(jù)存儲器空間用于存儲需要程序處理的數(shù)據(jù)或程序處理后的結(jié)果；的數(shù)據(jù)或程序處理后的結(jié)果；i/o空間用于與外部空間用于與外部存儲器映象的外設(shè)接口，也可以用于擴(kuò)展外部數(shù)存儲器映象的外設(shè)接口，也可以用于擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲空間。據(jù)存儲空間。 保留（ovly=1 ）外部（ovly=0）0000h007fh0080h片內(nèi)dram：16k（ovly=1）外部（ovly=0）3fffh4000h保留（ovly

8、=1 ）外部（ovly=0）0000h007fh0080h片內(nèi)dram：16k（ovly=1）外部（ovly=0）3fffh4000h程序空間： 頁0程序空間：頁0ff7fhff80hffffhff7fhff80hffffhefffhf000hfeffhff00h片外中斷矢量（外部）中斷矢量（片內(nèi)）片外片內(nèi)rom:4k保留存儲器映象寄存器0000h005fh0080h片內(nèi)dram：16k3fffh4000h數(shù)據(jù)空間ff7fhff80hffffh片外efffhf000hfeffhff00h片內(nèi)rom （drom=1）外部（drom=0） 保留（drom=1）外部（drom=0）0060h007f

9、h暫存器sprammp/mc=1（微處理器模式）mp/mc=0（微型計算機(jī)模式）圖2-2 tms320vc5402存儲器分配圖page 064kpage1:低16k外部page1:高48k外部1 0000h1 3fffh1 4000h0 0000h0 ffffh1 ffffhpage2:低16k外部page2:高48k外部2 0000h2 3fffh2 4000h2 ffffh.page15:低16k外部page15:高48k外部f 0000hf 3fffhf 4000hf ffffhxpc=0xpc=1xpc=2xpc=15圖2-3 c5402擴(kuò)展程序存儲器圖返回本節(jié)2.3.2 程序存儲器程

10、序存儲器n通過通過mp/和和ovly位的設(shè)置，可以實現(xiàn)對片內(nèi)存儲位的設(shè)置，可以實現(xiàn)對片內(nèi)存儲器（器（rom、ram）的配置，即哪些片內(nèi)存儲器的配置，即哪些片內(nèi)存儲器映象在程序存儲器空間。映象在程序存儲器空間。n器件復(fù)位時，復(fù)位、中斷和陷阱中斷的向量映象器件復(fù)位時，復(fù)位、中斷和陷阱中斷的向量映象在地址在地址ff80h開始的程序存儲器空間。然而，復(fù)開始的程序存儲器空間。然而，復(fù)位后這些向量可以被重新映象在程序存儲器空間位后這些向量可以被重新映象在程序存儲器空間任何任何128字頁的開始。這樣，可以把向量表移出字頁的開始。這樣，可以把向量表移出引導(dǎo)引導(dǎo)rom，并重新配置其地址。并重新配置其地址。 返回

11、本節(jié)2.3.3 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器n通過對處理器方式狀態(tài)寄存器通過對處理器方式狀態(tài)寄存器pmst的的drom位位的設(shè)置，將片內(nèi)的設(shè)置，將片內(nèi)rom配置在數(shù)據(jù)存儲器空間配置在數(shù)據(jù)存儲器空間（drom=1），），這樣，可以用指令將片內(nèi)這樣，可以用指令將片內(nèi)rom作作為數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)rom來讀取。復(fù)位時，來讀取。復(fù)位時，drom位被清位被清0。n64k字的數(shù)據(jù)存儲器空間包括數(shù)據(jù)存儲器映象寄字的數(shù)據(jù)存儲器空間包括數(shù)據(jù)存儲器映象寄存器，存器，0000h001fh是常用的是常用的cpu寄存器地址，寄存器地址，0020h005fh是片內(nèi)外設(shè)寄存器的地址。表是片內(nèi)外設(shè)寄存器的地址。表

12、2-1 表2-1 存儲器映象寄存器名稱地址說明imr0中斷屏蔽寄存器ifr1中斷標(biāo)志寄存器sto6狀態(tài)寄存器0stl7狀態(tài)寄存器1名稱地址說明al8累加器a低16位ah9累加器a高16位agah累加器a最高8位blbh累加器b低16位bhch累加器b高16位bgdh累加器b最高8位tregeh暫存器trnfh狀態(tài)轉(zhuǎn)移寄存器ar0710h17h輔助寄存器 sp18h堆棧指針bk19h循環(huán)緩沖大小brc1ah塊重復(fù)計數(shù)器rsa1bh塊重復(fù)起始地址寄存器名稱地址說明rea1ch塊重復(fù)終止地址寄存器pmst1dh處理器方式狀態(tài)寄存器xpc1eh擴(kuò)展程序計數(shù)器tim24h定時器0寄存器prd25h定時器

13、0周期寄存器tcr26h定時器0控制寄存器 swwsr28h軟件等待狀態(tài)寄存器bscr29h分區(qū)轉(zhuǎn)換控制寄存器swcr2bh軟件等待狀態(tài)控制寄存器hpic2ch主機(jī)接口控制寄存器tim130h定時器1寄存器prd131h定時器1周期寄存器tcr132h定時器1控制寄存器gpiocr3ch通用i/o控制寄存器，控制主機(jī)接口和toutlgpiosr3dh通用i/o狀態(tài)寄存器，主機(jī)接口作通用i/o時有用返回本節(jié)2.3.4 i/o存儲器存儲器n除程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間外，除程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間外，c54x系系列器件還提供了列器件還提供了i/o存儲器空間，利用存儲器空間，利用i/o空間

14、可空間可以擴(kuò)展外部存儲器。以擴(kuò)展外部存儲器。 i/o存儲器空間為存儲器空間為64k字字（0000hffffh），），有兩條指令有兩條指令portr和和portw可以對可以對i/o存儲器空間操作，讀寫時序與存儲器空間操作，讀寫時序與程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間有很大不同。程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間有很大不同。 返回本節(jié)2.4 中央處理單元（中央處理單元（cpu）ncpu的基本組成如下：的基本組成如下：ncpu狀態(tài)和控制寄存器狀態(tài)和控制寄存器n40位算術(shù)邏輯單元（位算術(shù)邏輯單元（alu）n40位累加器位累加器a和和bn桶形移位寄存器桶形移位寄存器n乘法器乘法器/加法器單元加法器單元n比較、選

15、擇和存儲單元（比較、選擇和存儲單元（cssu）n 指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器返回首頁1算術(shù)邏輯單元（算術(shù)邏輯單元（alu）和累加器和累加器ntms320c54x使用使用40位算術(shù)邏輯單元（位算術(shù)邏輯單元（alu）和和兩個兩個40位累加器（位累加器（acca和和accb）來完成算術(shù)來完成算術(shù)運算和邏輯運算，且大多數(shù)都是單周期指令。運算和邏輯運算，且大多數(shù)都是單周期指令。alu功能框圖如圖功能框圖如圖2-4所示。所示。圖2-4 alu功能框圖2桶形移位寄存器桶形移位寄存器n如圖如圖2-5所示為桶形移位寄存器的功能框圖。桶形所示為桶形移位寄存器的功能框圖。桶形移位寄存器的輸入可以為：從移位寄存器的輸入可以

16、為：從db獲得的獲得的16位位操作數(shù)；從操作數(shù)；從db和和cb獲得的獲得的32位操作數(shù)；從位操作數(shù)；從累加器累加器a或或b獲得的獲得的40位操作數(shù)。桶形移位寄存位操作數(shù)。桶形移位寄存器的輸出連到器的輸出連到alu或經(jīng)過或經(jīng)過msw/lsw（最高有效最高有效字字/最低有效字）寫選擇單元至最低有效字）寫選擇單元至eb總線?？偩€。 圖2-5 桶形移位器的功能框圖3乘法器乘法器/加法器單元加法器單元nc54x cpu有一個有一個1717位的硬件乘法器，與位的硬件乘法器，與40位位的專用加法器相連，可以在單周期內(nèi)完成一次乘的專用加法器相連，可以在單周期內(nèi)完成一次乘法累加運算。其功能框圖如圖法累加運算。其

17、功能框圖如圖2-6所示。所示。乘法器的乘法器的輸出經(jīng)小數(shù)輸出經(jīng)小數(shù)/整數(shù)乘法（整數(shù)乘法（frct）輸入控制后加到輸入控制后加到加法器的一個輸入端，加法器的另一個輸入端來加法器的一個輸入端，加法器的另一個輸入端來自累加器自累加器a或或b。n加法器還包括零檢測器、舍入器（二進(jìn)制補碼）加法器還包括零檢測器、舍入器（二進(jìn)制補碼）及溢出及溢出/飽和邏輯電路。飽和邏輯電路。 圖2-6 乘法器/加法器單元功能框圖4比較、選擇和存儲單元（比較、選擇和存儲單元（cssu）n比較、選擇和存儲單元（比較、選擇和存儲單元（cssu）是專門為是專門為viterbi算法設(shè)計的加法算法設(shè)計的加法/比較比較/選擇（選擇（ac

18、s）操作操作的硬件單元，其功能框圖如圖的硬件單元，其功能框圖如圖2-7所示。所示。ncssu支持均衡器和信道譯碼器所用的各種支持均衡器和信道譯碼器所用的各種viterbi算法。算法。viterbi算法示意圖如圖算法示意圖如圖2-8所示。所示。 圖2-7 比較、選擇和存儲單元（cssu）功能框圖圖2-8 viterbi算法示意圖5指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器n指數(shù)編碼器用于支持單周期指令指數(shù)編碼器用于支持單周期指令exp的專用硬件。的專用硬件。在在exp指令中，累加器中的指數(shù)值能以二進(jìn)制補指令中，累加器中的指數(shù)值能以二進(jìn)制補碼的形式碼的形式（-831）存儲在）存儲在t寄存器中。指數(shù)值定寄存器中。指數(shù)值定

19、義為前面的冗余位數(shù)減義為前面的冗余位數(shù)減8的差值，即累加器中為的差值，即累加器中為消除非有效符號位所需移動的位數(shù)。當(dāng)累加器中消除非有效符號位所需移動的位數(shù)。當(dāng)累加器中的值超過的值超過32位時，指數(shù)為負(fù)值。位時，指數(shù)為負(fù)值。6cpu狀態(tài)和控制寄存器狀態(tài)和控制寄存器ntms320c54x有三個狀態(tài)和控制寄存器，分別為有三個狀態(tài)和控制寄存器，分別為狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器st0、狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器st1和處理器方式和處理器方式狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器pmst。st0和和st1包括各種工作條件包括各種工作條件和工作方式的狀態(tài)，和工作方式的狀態(tài)，pmst包括存儲器配置狀態(tài)包括存儲器配置狀態(tài)和控制信息。和控制信

20、息。n狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器st0的位結(jié)構(gòu)如圖的位結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，表所示，表2-2所所示是示是st0的說明。的說明。 圖2-9 狀態(tài)寄存器st0位結(jié)構(gòu)1513121110980arptccovaovbdp表2-2 狀態(tài)寄存器st01514131211109876540brafcplxfhmintm0ovmsxmc16frctcmptasm圖2-10 狀態(tài)寄存器st1的位結(jié)構(gòu)表2-3 狀態(tài)寄存器st1(1)表2-3 狀態(tài)寄存器st1(2)1576543210iptrmp/mcovlyavisdromclkofftsmultsstt圖2-11 處理器方式狀態(tài)寄存器pmst的位結(jié)構(gòu)表2-4 狀態(tài)寄

21、存器pmst返回本節(jié)2.5 tms320c54x片內(nèi)外設(shè)簡介片內(nèi)外設(shè)簡介1通用通用i/o引腳引腳2定時器定時器3時鐘發(fā)生器時鐘發(fā)生器4主機(jī)接口（主機(jī)接口（hpi）5串行口串行口6軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器7可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯返回首頁2.6 硬件復(fù)位操作硬件復(fù)位操作復(fù)位期間，處理器進(jìn)行以下操作：復(fù)位期間，處理器進(jìn)行以下操作：npmst中的中斷向量指針中的中斷向量指針iptr設(shè)置成設(shè)置成1ffh。npmst中的中的mp/位設(shè)置成與引腳位設(shè)置成與引腳mp/狀態(tài)相同的值。狀態(tài)相同的值。npc設(shè)置為設(shè)置為ff80h。n擴(kuò)展程序計數(shù)器擴(kuò)展程序計數(shù)器xpc清清0。n 無論無論mp