《DSP技術(shù)及應(yīng)用》課件第4章

第4章尋址方式與流水線4.1數(shù)據(jù)尋址方式4.2程序?qū)ぶ贩绞?.3指令流水線4.4匯編程序流程控制

4.1數(shù)據(jù)尋址方式

C54x提供了7種基本數(shù)據(jù)尋址方式。

(1)立即數(shù)尋址：指令中包含了一個(gè)固定的數(shù)，主要用于初始化。

(2)絕對(duì)尋址：利用固定的16位地址尋址存儲(chǔ)單元。

(3)累加器尋址：把累加器的內(nèi)容作為地址去訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器單元。

(4)直接尋址：利用數(shù)據(jù)頁(yè)指針(DP)或堆棧指針(SP)尋址，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址由基地址和指令中的7位偏移地址決定。(5)間接尋址：將輔助寄存器的內(nèi)容作為地址訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

(6)存儲(chǔ)器映射寄存器尋址：用于快速尋址映射寄存器。(7)堆棧尋址：將數(shù)據(jù)壓入或彈出系統(tǒng)堆棧。4.1.1立即數(shù)尋址

立即數(shù)有兩種類型：短立即數(shù)(k)和長(zhǎng)立即數(shù)(lk)。短立即數(shù)長(zhǎng)度為3、5、8或9位，可以放在一個(gè)字長(zhǎng)的指令中；而長(zhǎng)立即數(shù)為16位，放在兩個(gè)字長(zhǎng)的指令中。下面以RPT指令來(lái)說(shuō)明一個(gè)立即數(shù)是如何放置在指令代碼中的。若立即數(shù)為8位，則RPT為單字長(zhǎng)指令，此時(shí)編譯后的機(jī)器操作碼放在指令的高8位(15~8位)，立即數(shù)放在指令的低8位(7~0位)，如圖4.1(a)所示。若立即數(shù)為16位，則RPT為雙字長(zhǎng)指令，此時(shí)操作碼放在低位字中，立即數(shù)放在高位字中，如圖4.1(b)所示。圖4.1帶立即數(shù)的RPT指令機(jī)器執(zhí)行碼注意：立即數(shù)需在數(shù)值或符號(hào)前面加一個(gè)“#”號(hào)，否則會(huì)認(rèn)為是一個(gè)地址。例如要將數(shù)值80H裝入累加器A中，指令應(yīng)該表示為

LD#80HA

但若表示為

LD80H，A

則指令變成了將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器偏移地址為80H單元的數(shù)據(jù)裝入累加器A中，具體訪問(wèn)哪個(gè)單元需要根據(jù)ST1的編譯模式位CPL而定。4.1.2絕對(duì)尋址

C54x絕對(duì)地址尋址有以下4種類型。

(1)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址(dmad)尋址，主要指令有：

MVDKSmem,dmad；(Smem)→dmad

MVKDdmad,Smem；(dmad)→Smem

MVDMdmad,MMR；(dmad)→MMR

MVMDMMR,dmad；(MMR)→dmad

dmad尋址的共同特點(diǎn)是指令中的dmad是用常數(shù)或符號(hào)表示的數(shù)據(jù)空間絕對(duì)地址。例如，要將AR3指向的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容復(fù)制到數(shù)據(jù)空間地址為SAMPLE的單元中去，可以使用下面的語(yǔ)句：

MVDK*AR3,SAMPLE

其中，SAMPLE是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址。若SAMPLE表示的數(shù)據(jù)地址為1000H，則上面的語(yǔ)句還可以表示為

MVDK*AR3，1000H

(2)程序存儲(chǔ)器地址(pmad)尋址，主要指令有：

pmad,Smem；Smem=pmad

MVDPSmem,pmad；pmad=Smem

MACPSmem,pmad,src；src=src+Smem*pmad，T=Smem

MACD[DW]Smem,pmad,src；src=src+Smem*pmad，T=Smem，(Smem+1)=Smem

FIRSXmem,Ymem,pmad；B=B+A*pmad，A=(Xmem+Ymem)<<16

pmad尋址的共同特點(diǎn)是指令中的pmad是用常數(shù)或符號(hào)表示的程序空間絕對(duì)地址。例如，要將AR7指向的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容復(fù)制到程序空間地址為TABLE的單元中去，可以使用下面的語(yǔ)句：

MVDP*AR7,TABLE

其中，TABLE表示程序存儲(chǔ)器地址。

(3)端口地址(PA)尋址，主要指令有：

PORTRPA,Smem；Smem=PA

PORTWSmem,PA；PA=Smem

PA尋址時(shí)，指令中的PA是用常數(shù)或符號(hào)來(lái)表示的端口地址。例如，要將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器200H單元的內(nèi)容復(fù)制到端口地址為FIFO的I/O口，可以表示為

PORTW200H,FIFO

其中,FIFO表示端口地址，同樣FIFO也可以用常數(shù)表示的端口地址替代。

(4)*(lk)絕對(duì)尋址。

它是用常數(shù)或符號(hào)lk來(lái)表示的數(shù)據(jù)空間地址。例如，要將累加器A的低16位放入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址為BUFFER的單元中，可以表示為

STLA,*(BUFFER)*(lk)尋址無(wú)須改變DP或初始化ARx就能夠訪問(wèn)數(shù)據(jù)空間的任何單元，但這種尋址方式會(huì)使指令的長(zhǎng)度增加1個(gè)字，使一個(gè)原來(lái)單字長(zhǎng)指令擴(kuò)展為雙字長(zhǎng)指令或使一個(gè)雙字長(zhǎng)指令擴(kuò)展成三字長(zhǎng)指令。注意：*(lk)絕對(duì)尋址的指令不能與單重復(fù)指令RPT和RPTZ一起使用。4.1.3累加器尋址

累加器尋址是將累加器的內(nèi)容作為一個(gè)程序存儲(chǔ)器地址來(lái)訪問(wèn)的。有兩條指令采用的是累加器尋址方式，它們分

別是:

READA

Smem

WRITA

Smem

READA是將累加器A所指定的程序存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容傳送到Smem指向的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中。

WRITA是將Smem指向的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容傳送到累加器A所指定的程序存儲(chǔ)器單元中。

需要注意的是，大多數(shù)C54x芯片的程序存儲(chǔ)器單元地址由累加器的低16位確定，但是某些DSP芯片(如C548、C549、C5410和VC5416有23根地址線)的累加器在尋址時(shí)，程序存儲(chǔ)

器單元地址由累加器的低23位確定。4.1.4直接尋址

在直接尋址中，有一個(gè)指示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的低7位偏移地址的操作數(shù),它與基地址結(jié)合，形成16位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址?；刂反娣旁跀?shù)據(jù)頁(yè)指針寄存器(DP)或者堆棧指針寄存器(SP)中。采用直接尋址無(wú)須改變DP或SP的值就可以任意訪問(wèn)當(dāng)前基地址中連續(xù)的128個(gè)單元,這種方式的顯著特點(diǎn)是指令代碼只有一個(gè)字，訪問(wèn)速度塊。圖4.2給出了使用直接尋址指令的機(jī)器執(zhí)行碼格式,其中15~8位為指令操作碼，第7位I為尋址方式，若I＝0，表示指令使用直接尋址方式，6~0位包含了指令的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的偏移地址。圖4.2直接尋址指令的機(jī)器執(zhí)行碼格式根據(jù)ST1中的編譯模式位CPL可確定基地址。當(dāng)CPL=0時(shí)，基地址為DP，實(shí)際訪問(wèn)的地址如圖4.3所示，高9位為DP的值(稱為數(shù)據(jù)頁(yè))，低7位為指令中的偏移地址。圖4.3以DP為基地址的直接地址形成過(guò)程由于DP的范圍為0~511(29－1)，因此以DP為基地址的直接尋址將存儲(chǔ)器分為512頁(yè)。偏移地址的范圍為0~127(27－1)，因此每頁(yè)有128個(gè)可以訪問(wèn)的單元。也就是說(shuō)，DP指向了512頁(yè)中的某一頁(yè)，而偏移地址則指向該頁(yè)的某一個(gè)單元。在以DP為基地址的直接尋址中，必須注意先初始化DP，否則程序運(yùn)行結(jié)果將不正常。當(dāng)CPL=1時(shí)，基地址為SP，實(shí)際訪問(wèn)的地址如圖4.4所示，等于SP+指令中的7位偏移地址。這種尋址方式可以訪問(wèn)以SP為基地址的連續(xù)的128個(gè)單元。由于SP為16位的地址，因此不像DP那樣有頁(yè)面邊界限制。圖4.4以SP為基地址的直接地址形成過(guò)程4.1.5間接尋址

在間接尋址中，數(shù)據(jù)空間的任意單元都可以通過(guò)一個(gè)輔助寄存器中的內(nèi)容所代表的16位地址進(jìn)行訪問(wèn)。C54x有8個(gè)16位的輔助寄存器AR0~AR7。借助兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元ARAU0和ARAU1的運(yùn)算，輔助寄存器的地址還可以有選擇地進(jìn)行增量、減量、偏移或變址的修改，其中AR0除了可以像其他輔助寄存器一樣使用外，還能夠用于循環(huán)尋址和位反轉(zhuǎn)尋址中。間接尋址方式相當(dāng)靈活，不但可以用一條指令從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀或?qū)懸粋€(gè)16位的數(shù)據(jù)操作數(shù)(單操作數(shù)間接尋址)，還能在一條指令中訪問(wèn)兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元(雙操作數(shù)間接尋址)，包括從兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元讀數(shù)據(jù)和寫兩個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器單元，或者讀一個(gè)存儲(chǔ)器單元同時(shí)寫另一個(gè)存儲(chǔ)器單元。

1.單操作數(shù)間接尋址

這種方式可以通過(guò)修改輔助寄存器的值來(lái)自動(dòng)改變尋址單元，具體修改方式有：地址加1或減1、加16位偏移量或用AR0值作為偏移量等。這些地址修改可以在地址訪問(wèn)之前或者之后進(jìn)行，共形成16種具體的尋址方式。表4.1列出了單操作數(shù)間接尋址的語(yǔ)法以及每一種語(yǔ)法的功能。表4.1中涉及到循環(huán)尋址和位反轉(zhuǎn)尋址兩種特殊的尋址過(guò)程，下面作詳細(xì)介紹。

(1)循環(huán)尋址。在卷積、相關(guān)和FIR濾波等許多算法中，都需要在存儲(chǔ)器中設(shè)置循環(huán)緩沖區(qū)。循環(huán)緩沖區(qū)是一個(gè)滑動(dòng)窗口(如圖4.5所示)，它包含了最近的數(shù)據(jù)。如果有新的數(shù)據(jù)到來(lái)，它將覆蓋最早的不再使用的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)循環(huán)緩沖區(qū)的關(guān)鍵是循環(huán)尋址，循環(huán)尋址用％表示。圖4.5循環(huán)緩沖區(qū)及循環(huán)尋址若BK定義的循環(huán)緩沖區(qū)的大小為R，則要求緩沖區(qū)的首地址始于最低N位為0的地址，且N是滿足2N>R的最小整數(shù)。例如，R=31寫成二進(jìn)制為011111B，即N=5。一個(gè)長(zhǎng)度為

31個(gè)字的循環(huán)緩沖區(qū)必須開(kāi)始于最低5位為0的地址(即xxxxxxxxxxx00000B)，且賦值BK=31。又如，一個(gè)長(zhǎng)度為32個(gè)字的循環(huán)緩沖區(qū)必須開(kāi)始于最低6位為0的地址(即xxxxxxxx

xx000000B)，且賦值BK=32。設(shè)循環(huán)緩沖區(qū)的索引index是當(dāng)前ARx的低N位值，步長(zhǎng)step是一次加到ARx中或從ARx中減去的值。循環(huán)尋址的算法(index+step)%BK的具體代碼如下：

if0≤index+step<BK:

index=index+step.

elseifindex+step≥BK:

index=index+step-BK.

elseifindex+step<0:

index=index+step+BK.例如，下面一段代碼可實(shí)現(xiàn)a到b的抽取(8抽1)運(yùn)算。

STM#a,AR1

STM#b,AR2

STM#8,AR0

STM#10H,BRC

RPTB#EXT_END-1

LD*AR1+0%,A

STLA,*AR2+%設(shè)AR1=1000H，BK=20H，則N=6。根據(jù)指令A(yù)R0=8，可得step=8，則“LD*AR1+0%,A”循環(huán)尋址的單元分別是0x1000,0x1008,0x1010,0x1018,0x1000,0x1008,…。

使用循環(huán)尋址時(shí)，必須遵循以下三個(gè)原則：

①循環(huán)緩沖區(qū)的長(zhǎng)度R小于2N，且地址從一個(gè)低N位為0的地址開(kāi)始；

②步長(zhǎng)小于或等于循環(huán)緩沖區(qū)的長(zhǎng)度R；

③所使用的輔助寄存器必須指向緩沖區(qū)單元。

(2)位反轉(zhuǎn)尋址。位反轉(zhuǎn)尋址主要用于FFT算法中，這種尋址方式可以大大提高程序的執(zhí)行速度和存儲(chǔ)器的利用效率。使用時(shí)，AR0存放的整數(shù)值為FFT點(diǎn)數(shù)的一半，另一個(gè)輔助寄存器ARx指向存放數(shù)據(jù)的單元。位反轉(zhuǎn)尋址將AR0加到輔

助寄存器中，地址以位反轉(zhuǎn)方式產(chǎn)生。也就是說(shuō)，兩者相

加時(shí)，進(jìn)位是從左向右反向傳播的，而不是通常加法中的

從右向左傳播。例如，1010B與1100B的位反轉(zhuǎn)相加結(jié)果為0001B，如圖4.6所示。圖4.6位反轉(zhuǎn)進(jìn)位示意圖設(shè)輔助寄存器為8位，AR2的值為01100000B，AR0的值為00001000B，則位反轉(zhuǎn)尋址中AR2中的值修改的順序和修改后AR2的值如下:*AR2+0B，AR2=01100000B(第0值)

*AR2+0B，AR2=01101000B(第1值)

*AR2+0B，AR2=01100100B(第2值)

*AR2+0B，AR2=01101100B(第3值)

*AR2+0B，AR2=01100010B(第4值)

*AR2+0B，AR2=01101010B(第5值)

*AR2+0B，AR2=01100110B(第6值)

*AR2+0B，AR2=01101110B(第7值)表4.2給出了AR0為00001000B時(shí)，位模式和位反轉(zhuǎn)模式與AR2低4位的關(guān)系。

2.雙操作數(shù)間接尋址

雙操作數(shù)間接尋址用于完成2個(gè)讀操作數(shù)或者1個(gè)讀和1個(gè)存儲(chǔ)(寫)并行的操作。采用這種方式的指令代碼都為一個(gè)字長(zhǎng)且只能以間接尋址方式工作。由于指令代碼中只有兩位用來(lái)表示輔助寄存器，因此只有4個(gè)輔助寄存器AR2~AR5可以使用，與2個(gè)ARAU一起，在一個(gè)周期內(nèi)訪問(wèn)2個(gè)操作數(shù)。表4.3列出了雙操作數(shù)間接尋址的類型。4.1.6存儲(chǔ)器映射寄存器尋址

這種尋址方式用來(lái)修改存儲(chǔ)器映射寄存器的內(nèi)容，但不會(huì)影響當(dāng)前的DP或SP值。由于不需要對(duì)DP或SP進(jìn)行操作，因此這種尋址方式的開(kāi)銷是最小的。存儲(chǔ)器映射寄存器尋址既可以在直接尋址中使用，又可以在間接尋址中使用，具體的地址產(chǎn)生方法如下所述。

(1)直接尋址方式中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低7位的地址來(lái)自指令字，高9位都被強(qiáng)制清0，而不管當(dāng)前DP值或SP值為多少。

(2)在間接尋址方式中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低7位的地址來(lái)自當(dāng)前輔助寄存器的低7位，高9位都被強(qiáng)制清0。當(dāng)操作完成后，輔助寄存器的高9位被強(qiáng)制清0。存儲(chǔ)器映射寄存器的尋址范圍為0x00~0x7F，包括數(shù)據(jù)第0頁(yè)中的便箋式RAM(地址在0x0060～0x007F內(nèi)的RAM)的任意單元。在匯編指令中，只有以下8條指令能使用存儲(chǔ)器映射寄存器的尋址方式。

LDMMMR，dst

STM#lk,MMR

STLMsrc,MMR

MVDMdmad,MMR

MVMDMMR,dmad

MVMMMMRx,MMRy

POPMMMR

PSHMMMR

需要注意的是，在存儲(chǔ)器映射寄存器尋址方式下，不能采用下列間接尋址的句法：

*ARx(lk)，*+ARx(lk)，*+ARx(lk)％和*+(lk)4.1.7堆棧尋址

系統(tǒng)堆棧是用戶定義的一段數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元,用于中斷或子程序調(diào)用時(shí)自動(dòng)保存程序計(jì)數(shù)器PC中的值，當(dāng)前程序的運(yùn)行環(huán)境以及函數(shù)調(diào)用時(shí)的數(shù)據(jù)傳遞等。堆棧存放數(shù)據(jù)是從高端地址向低端地址進(jìn)行的,其最高地址單元稱為棧底。DSP用一個(gè)16位的堆棧指針SP來(lái)實(shí)現(xiàn)棧尋址，SP總是指向堆棧中最后存入的數(shù)據(jù)單元。

PSHD；將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的一個(gè)數(shù)壓入堆棧

PSHM；將一個(gè)MMR中的值壓入堆棧

POPD；從堆棧中彈出一個(gè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元

POPM；從堆棧中彈出一個(gè)數(shù)據(jù)到一個(gè)MMR圖4.7給出了將一個(gè)數(shù)據(jù)X2壓入堆棧(PSHDX2)的操作過(guò)程，從圖4.7中可以清楚地看出堆棧和指針SP在操作前后的變化情況。對(duì)于TMS320C5000DSP來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)壓入堆棧前要對(duì)SP進(jìn)行減量運(yùn)算，而在數(shù)據(jù)彈出堆棧操作之后，要對(duì)指針進(jìn)行增量運(yùn)算。圖4.7數(shù)據(jù)壓入堆棧操作過(guò)程示意圖注意：堆棧沒(méi)有超出容量的自動(dòng)保護(hù)功能。如果壓入堆棧的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)超出堆棧的容量，則存儲(chǔ)在比堆棧最低地址更低的地址單元上的數(shù)據(jù)有可能覆蓋其他的數(shù)據(jù)，因此在考慮堆棧容量時(shí)，一定要有余地。一種簡(jiǎn)單測(cè)試堆棧是否超出范圍的方法是，在初始化主程序時(shí)，將堆棧全部初始化為一個(gè)不用的常數(shù)，如0xFFFF等，然后當(dāng)程序執(zhí)行到一定階段的時(shí)候觀察堆棧里是否至少還有一個(gè)這樣的常數(shù)，若沒(méi)有，則程序使用堆棧超出了堆棧的容量。在中斷和調(diào)用子程序過(guò)程中，堆棧用來(lái)存放和恢復(fù)PC的值。當(dāng)一個(gè)中斷產(chǎn)生或者調(diào)用一個(gè)子程序時(shí)，返回地址會(huì)自動(dòng)壓入堆棧頂部。返回地址從堆棧中彈出，存放到PC中。此外，F(xiàn)RAME指令也能影響堆棧，它將一個(gè)短立即數(shù)偏移量與SP指針相加，從而修改SP的值。在直接尋址中，也可以用堆棧指針SP作為基地址來(lái)尋址。

4.2程序?qū)ぶ贩绞?/p>

4.2.1程序存儲(chǔ)器地址生成器

程序存儲(chǔ)器有指令代碼、參數(shù)表和立即數(shù)。C54x程序地址總線(PAB)為16位總線，可尋址空間為64K字。5416等還有額外的7根地址總線可尋址外部128個(gè)64K字的頁(yè)。

5416共有5個(gè)寄存器單元組成程序地址產(chǎn)生邏輯(PAGEN)，為指令代碼、參數(shù)表、長(zhǎng)立即數(shù)或其他存入程序存儲(chǔ)器的信息產(chǎn)生地址，并把該地址放在PAB上。這5個(gè)寄存器分別是PC(程序計(jì)數(shù)器)、RC(重復(fù)計(jì)數(shù)器)、BRC(塊重復(fù)計(jì)數(shù)器)、RSA(塊重復(fù)起始地址寄存器)和REA(塊重復(fù)結(jié)束地址寄存器)，如圖4.8所示。圖4.8程序地址生成器(PAGEN)組成示意圖當(dāng)順序執(zhí)行時(shí)，PC的值(程序地址)放在PAB總線上，進(jìn)而在程序存儲(chǔ)器相應(yīng)的地址取指。然后PC值自動(dòng)加1，指向下一個(gè)指令地址。如果程序地址不是連續(xù)的，如跳轉(zhuǎn)、返回、中斷或循環(huán)，則需要根據(jù)具體指令給PC加載合適的地址。重復(fù)執(zhí)行類似于執(zhí)行C語(yǔ)言的for循環(huán)語(yǔ)句，DSP的重復(fù)執(zhí)行是為了提高執(zhí)行效率而作的特殊改進(jìn)，它不需要CPU計(jì)算重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)。如果重復(fù)執(zhí)行某行代碼(單重復(fù)執(zhí)行)，程序先將重復(fù)次數(shù)減1的值載入到RC，然后重復(fù)執(zhí)行；如果重復(fù)執(zhí)行某一段代碼(塊重復(fù)執(zhí)行)，程序先將重復(fù)次數(shù)減1的值載入到BRC，同時(shí)初始化BSA和BEA，然后重復(fù)執(zhí)行。兩者都是每重復(fù)執(zhí)行一次，RC或BRC的值就自動(dòng)減1，當(dāng)減到0后，再執(zhí)行一次，然后就停止執(zhí)行。4.2.2程序計(jì)數(shù)器(PC)和擴(kuò)展程序計(jì)數(shù)器(XPC)

程序計(jì)數(shù)器(PC)是一個(gè)16位寄存器，控制著程序的運(yùn)行過(guò)程。在通常情況下，程序指令按前后順序逐條執(zhí)行時(shí)，PC值依次遞增。但是，當(dāng)程序指令出現(xiàn)轉(zhuǎn)移、子程序調(diào)用、子程序返回、條件操作、單指令重復(fù)、指令塊重復(fù)、硬件復(fù)位或者中斷操作時(shí)，PC值會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)的情況，此時(shí)PC值的變化情況見(jiàn)表4.4。擴(kuò)展程序計(jì)數(shù)器(XPC)是一個(gè)7位寄存器。在C548、C549、C5410、C5416和C5420等DSP芯片中，使用XPC可以對(duì)程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展空間進(jìn)行尋址。在程序計(jì)數(shù)器PC被載入時(shí)，XPC的值也隨情況不同發(fā)生變化。表4.5給出了各種情況下XPC值的變化。4.2.3延時(shí)轉(zhuǎn)移下的PC操作

由于C54xDSP在執(zhí)行指令時(shí)采用了流水線結(jié)構(gòu)，執(zhí)行一條指令被分成了預(yù)取指、取指、譯碼、操作數(shù)尋址、讀操作數(shù)和執(zhí)行(回寫)6個(gè)部分。也就是說(shuō)，當(dāng)一條指令運(yùn)行到執(zhí)行部分時(shí)，后續(xù)的一條雙字長(zhǎng)指令或者兩條單字長(zhǎng)指令也已經(jīng)進(jìn)入流水線。C54xDSP中的匯編指令在執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作時(shí)都分為延時(shí)轉(zhuǎn)移和不延時(shí)轉(zhuǎn)移兩種方式，在轉(zhuǎn)移指令上加上后綴D表示延時(shí)轉(zhuǎn)移。延時(shí)轉(zhuǎn)移指令能夠使緊跟轉(zhuǎn)移指令之后的一條雙字長(zhǎng)指令或兩條單字長(zhǎng)指令執(zhí)行完畢后，再跳轉(zhuǎn)到指令指定的地址執(zhí)行；而不延時(shí)轉(zhuǎn)移指令，它直接跳轉(zhuǎn)到指令指定的地址執(zhí)行，此時(shí)緊跟在轉(zhuǎn)移指令之后的一條雙字長(zhǎng)指令或兩條單字長(zhǎng)指令將不被執(zhí)行，直接在流水線上被沖洗掉。由于沖洗流水線需要附加周期，降低了程序運(yùn)行效率，因此正確應(yīng)用延時(shí)轉(zhuǎn)移指令和不延時(shí)轉(zhuǎn)移指令可以提高程序運(yùn)行速度和效率。

4.3指令流水線

DSP的指令流水線為指令的并行執(zhí)行提供了硬件支持，大大提高了DSP的指令執(zhí)行速度。C54x的流水線由6級(jí)深度組成，彼此相互獨(dú)立，并行工作。也就是說(shuō)，要完整地執(zhí)行一條指令，需要6個(gè)時(shí)鐘周期，如果后面的指令能建立流水線結(jié)構(gòu)，則每條指令只需占用一個(gè)時(shí)鐘周期，大大提高了運(yùn)行速度。這6個(gè)指令階段分別是程序預(yù)取指、程序取指、指令譯碼、尋址操作數(shù)、讀操作數(shù)和執(zhí)行，如圖4.9所示。圖4.9流水線操作示意圖

(1)程序預(yù)取指(Prefetch)：將PC的地址放在程序地址總線(PAB)上。

(2)程序取指(Fetch)：從程序總線(PB)取指令，載入指令寄存器(IR)。

(3)指令譯碼(Decode)：對(duì)指令的內(nèi)容進(jìn)行譯碼，確定所要操作的存儲(chǔ)器類型、數(shù)據(jù)地址單元及相關(guān)控制信號(hào)。

(4)尋址操作數(shù)(Address)：又稱“訪問(wèn)”，就是得到“讀”操作數(shù)的地址，它將第一操作數(shù)地址放在DAB上，將第二操作數(shù)地址放在CAB上，并對(duì)輔助寄存器和堆棧指針進(jìn)行修正。(5)讀操作數(shù)(Read)：將第一操作數(shù)放在DB上，將第二操作數(shù)放在CB上，如果是并行指令，將第三操作數(shù)的寫地址放在EAB上。

(6)執(zhí)行(Execute)：將執(zhí)行后的數(shù)據(jù)(在EB總線上)按EAB地址寫到存儲(chǔ)單元。不同的指令，具體執(zhí)行內(nèi)容有所不同，如有的指令沒(méi)有讀操作數(shù)，有的指令沒(méi)有寫操作數(shù)，則相應(yīng)的操作數(shù)為空。對(duì)于不能建立流水線的指令，流水線需要作特殊處理，以免出現(xiàn)流水線沖突，這些指令主要是程序控制指令，如分支指令、條件執(zhí)行指令等。避免流水線沖突的主要方法是加NOP空操作指令延時(shí)以及合理設(shè)計(jì)代碼等?？赡墚a(chǎn)生流水線沖突的硬件資源有：

(1)輔助寄存器(AR0~AR7)；

(2)循環(huán)緩沖區(qū)大小寄存器(BK)；

(3)塊重復(fù)計(jì)數(shù)器(BRC)；

(4)堆棧指針(SP)；

(5)暫存器(T)；

(6)微處理器方式寄存器(PMST)；

(7)狀態(tài)寄存器(ST0和ST1)；

(8)存儲(chǔ)器映射寄存器中的累加器(AG、AH、AL、BG、BH、BL)。

它們都是映射寄存器，如果在流水線中同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行尋址，則有可能產(chǎn)生不能防范的沖突(一般出現(xiàn)在先寫后讀的情況下)，而算術(shù)運(yùn)算不會(huì)出現(xiàn)此類沖突問(wèn)題。

4.4匯編程序流程控制

4.4.1條件操作

C54x的一些指令，只有當(dāng)滿足一個(gè)或多個(gè)條件時(shí)才能執(zhí)行，表4.6列出了一些指令的執(zhí)行條件及其操作符。當(dāng)使用多個(gè)條件時(shí)，只有滿足所有條件時(shí)，指令才可以執(zhí)行。多個(gè)條件指令的條件組合不能任意選擇，必須滿足表4.7的分類。4.4.2分支轉(zhuǎn)移指令

C54x的分支轉(zhuǎn)移指令分無(wú)條件分支轉(zhuǎn)移指令(相當(dāng)于C語(yǔ)言的goto語(yǔ)句)、條件分支轉(zhuǎn)移指令(相當(dāng)于C語(yǔ)言的if…end語(yǔ)句)和遠(yuǎn)分支轉(zhuǎn)移指令(在擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器上的分支轉(zhuǎn)移)三大類。

1.無(wú)條件分支轉(zhuǎn)移指令

無(wú)條件分支轉(zhuǎn)移指令共有2條指令，B［D］和BACC［D］如表4.8所示。由于DSP的指令執(zhí)行采用流水線結(jié)構(gòu)，當(dāng)執(zhí)行到將pmad或累加器的低16位的值加載到PC上時(shí)，指令后面2個(gè)周期的指令(可以是2個(gè)單字或一個(gè)雙字的指令)已加載到流水線上。指令B表示指令后面的2個(gè)周期的指令不執(zhí)行，直接拋棄。指令BD表示指令后面的2個(gè)周期的指令先繼續(xù)執(zhí)行，然后分支轉(zhuǎn)移，稱為延遲(Delay)操作。指令BACC和BACCD的區(qū)別也同此。例4.1

B指令執(zhí)行示例。

2.條件分支轉(zhuǎn)移指令

條件分支轉(zhuǎn)移指令共有2條指令，BANZ［D］和BC［D］，如表4.9所示。例4.2

BANZ指令執(zhí)行示例。例4.3

BC指令執(zhí)行示例單條指令的條件為“與”關(guān)系，需要同時(shí)滿足;若為“或”的關(guān)系，可以分成多行書(shū)寫即可。如：

BCnext,AGT

BCnext,AOV;如果A>0或A溢出，就跳到next處執(zhí)行其他條件執(zhí)行的指令與此相同。

如果要有條件地跳過(guò)1~2字的指令，可用XC條件轉(zhuǎn)移指令快速執(zhí)行，格式為

XCn,cond［,cond［,cond］］；n=1~2

如果后面的條件全部滿足，就執(zhí)行后面的n字指令，否則就執(zhí)行n條NOP(空操作)。當(dāng)n=1時(shí)為一個(gè)單字指令，當(dāng)n=2時(shí)為兩個(gè)單字或一個(gè)雙字指令。

3.遠(yuǎn)分支轉(zhuǎn)移指令

遠(yuǎn)分支轉(zhuǎn)移指令共有2條指令，F(xiàn)B［D］和FBACC［D］，如表4.10所示。例4.4

FB指令執(zhí)行示例。例4.5

FBACC指令執(zhí)行示例。4.4.3重復(fù)操作指令

1.單指令重復(fù)操作指令

單指令重復(fù)操作指令有兩條指令RPT和RPTZ，可重復(fù)其后的一條指令,如表4.11所示。

重復(fù)次數(shù)由RPT或RPTZ指令放在RC寄存器里，值的范圍為0~65535，實(shí)際執(zhí)行次數(shù)比指令操作數(shù)多1次。RC寄存器不能對(duì)外訪