【正文】 能等； ； 。 二、 TMS320系列 DSP芯片的特點(diǎn) 1．改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu) 采用雙存儲(chǔ)空間和數(shù)條總線，即一條程序總線和多 條數(shù)據(jù)總線。 比傳統(tǒng)處理器 的馮 2． 多總線結(jié)構(gòu) 可以同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并由輔 助寄存器自動(dòng)增減地址進(jìn)行尋址，使 CPU在一個(gè)機(jī) 器周期內(nèi)可多次對(duì)數(shù)據(jù)空間和程序空間進(jìn)行訪問(wèn)， 解決傳統(tǒng)芯片的總線沖突問(wèn)題，大大提高系統(tǒng)的速 度和效率。 DSP芯片廣泛采用流水線，使取指、譯碼、取操作數(shù)和 執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行，即實(shí)現(xiàn)多條指令的并行執(zhí) 行。 C54x的流水線操作由 6個(gè)操作階段（周期）組成，預(yù)取 指、取指、譯碼、尋址、讀操作數(shù)、執(zhí)行彼此相互獨(dú) 立。 3． 流水線操作 DSP芯片都配有專用的硬件乘法 累加器 ， 可在 1個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法操作 。 4．專用的硬件乘法 累加器 5．特殊的 DSP指令 完成特殊功能的指令。 6. 快速的指令周期 哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令及繼承電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)， 目前 TMS320系列處理器的指令周期已經(jīng)達(dá)到了 20ns以下，有的甚至達(dá)到了幾個(gè) ns，這使得 DSP芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多 DSP應(yīng)用。 四、 TMS320系列 DSP芯片 ? TI公司的通用型 DSP芯片可歸納為四大系列，即 ? C6000（ C64x/C62x/C67x）系列 主要用于高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)； C5000（ C5x/C54x/C55x/OMAP5910）系列 主要用于低功耗、便攜的無(wú)線通信終端產(chǎn)品； C2022（ C2x/C2xx）系列 主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)。 1. C54x的基本結(jié)構(gòu) C54x DSP系列芯片種類很多，但結(jié)構(gòu)基本相同； ? 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(jìn)的 哈佛結(jié)構(gòu)； ? 主要 由 中央處理器 CPU、內(nèi)部總線控制、特殊功能寄存器、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器 RAM、程序存儲(chǔ)器 ROM、 I/O接口擴(kuò)展功能、串行口、主機(jī) 通信接口 HPI、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)等 部分組成； ? 不同型號(hào)的 C54x DSP芯片 CPU結(jié)構(gòu)與功能完全相同，其差異主要 體現(xiàn)在存儲(chǔ)器容量、片內(nèi)外設(shè)、供電電壓、速度以及封裝上。 2. C54x內(nèi)核的結(jié)構(gòu)和原理 一、 C54x的內(nèi)部總線結(jié)構(gòu) ? 片內(nèi) 3套 8組 16位總線 ： 1組程序總線 (PB)和 3組數(shù)據(jù)總線 (CB、 DB、 EB)以及對(duì)應(yīng)的 4組地址總線 (PAB、 CAB、 DAB， EAB(4套總 線可同時(shí)操作 ))； ? CB、 DB是與讀操作相關(guān)的數(shù)據(jù)總線，用來(lái)傳送從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的 數(shù)據(jù)； ? EB是與寫操作相關(guān)的數(shù)據(jù)總線，用來(lái)傳送寫入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。將 CPU、 PAGEN、 DAGEN、片內(nèi)外設(shè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等連接在一起； ? PB主要用來(lái)傳送取自程序存儲(chǔ)器的指令代碼和立即操作數(shù)； ? 4組地址總線主要用來(lái)提供執(zhí)行指令所需的地址。 圖 3 ALU的功能 框圖 ALU輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理： 16位時(shí)， 則當(dāng) SXM=0，高 24位用 0填充； SXM=1，高 24位 擴(kuò)展 為 符號(hào) 符號(hào)擴(kuò)展 圖 3 ALU的功能 框圖 ALU輸入數(shù)據(jù)的預(yù)處理： 16位時(shí)， 則當(dāng) SXM=0， 3932位和 150位用 0填充； SXM=1， 3932位擴(kuò)展 為符號(hào)， 150位用 0填充 圖 3 ALU的功能 框圖 ALU的輸出 為 40位運(yùn)算結(jié)果。 溢出處理 ? 若 OVM=0，對(duì)運(yùn)算結(jié)果不進(jìn)行任何調(diào)整，直接送累加器； ? 若 OVM=1，飽和邏輯使能，根據(jù)溢出方向，累加器加載最大正 32 位值（ 00 7FFF FFFFH）或最小負(fù) 32位值（ FF 8000 0000H）。 ? 通過(guò)使結(jié)果保持為最大值或最小值， ALU的飽和邏輯可防止結(jié) 果產(chǎn)生溢出。 累加器 ACCA和 ACCB是 CPU內(nèi)核中最繁忙的寄存器， ALU要進(jìn)行的大 部分運(yùn)算都要通過(guò)累加器 A或 B進(jìn)行中轉(zhuǎn)。 保護(hù)位用于防止迭代運(yùn)算中產(chǎn)生的溢出。 ACCA的 32～ 16位可用作乘累加單元的一個(gè)輸入。 STH A， 8， TEMP ； T=2112H STH A， 8， TEMP； T=FF43H STL A， 8， TEMP； T=3400H STL A， 8， TEMP； T=2112H 例 ： STH B， –8， *AR7– F F 8 4 2 1 1 2 3 4 B B e f o r e I n st r u c t i o n 0 3 2 1 A R 7 A f t e r I n st r u c t i o n F F 8 4 2 1 1 2 3 4 B 0320 A R 7 A B C D 0321 H F F 8 4 0321 H D a t a M e m o r y ? MAC單元 包括 1個(gè) 17位 17位的乘法器和 1個(gè) 40位的專用 加法器。 乘累加單元 ? ST0 ? 反映尋址要求和運(yùn)行中間狀態(tài) ? ST1 ? 反映尋址要求、計(jì)算的初始設(shè)置、 I/O及中斷控制 ? PMST ? 主要設(shè)定并控制處理器的工作方式，反映其工作狀態(tài)。 PMST中的 DROM=1， 可以將部分片內(nèi) ROM 映射到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 PMST與存儲(chǔ)器配置有關(guān)： 2. C54x內(nèi)核的結(jié)構(gòu)和原理 三、存儲(chǔ)空間 C54x DSP的存儲(chǔ)空間可達(dá) 192 K字，分為 3個(gè)獨(dú)立的可選擇空間： ? 64 K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 ? 64 K字的程序存儲(chǔ)空間 ? 64 K字的 I/O空間 用于存放執(zhí)行指令所使用的數(shù)據(jù)，包括需要程序處理的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果； 用來(lái)存放要執(zhí)行的指令以及指令執(zhí)行中所需的常數(shù)表格； 用于對(duì)片外設(shè)備的訪問(wèn)，也可用于擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 ? VC5402有 20根地址線，可尋址 1兆字的外部程序空間。 Page 064 KPage 1 :低 16 K外部Page 1 :高 48 K外部1 0000 H1 3 FFFH1 4000 H0 0000 H0 FFFFH 1 FFFFHPage 2 :低 16 K外部Page 2 :高 48 K外部2 0000 H2 3 FFFH2 4000 H2 FFFFH............Page 15 :低 16 K外部Page 15 :高 48 K外部F 0000 HF 3 FFFHF 4000 HF F FF FHXP C = 0 XP C = 1 XP C = 2 XP C = 15圖 2 VC5402擴(kuò)展程序存儲(chǔ)空間結(jié)構(gòu)圖 C 5 4 2 /5 4 3 /5 4 8 /5 4 9 /5 4 0 2 /5 4 1 0自 舉 加 載 代 碼F 8 0 0 hC 5 4 1 /5 4 5 /5 4 6用 戶 程 序F 9 0 0 hF A 0 0 hF B 0 0 hF C 0 0 hF D 0 0 hF E 0 0 hF F 0 0 hF F 8 0 h保留中 斷 向 量 表保留中 斷 向 量 表正 弦 查 找 表256 字 A 律 擴(kuò) 展 表256 字 ? 律 擴(kuò) 展 表圖 3 片內(nèi) ROM程序存儲(chǔ)器映射 (高 2 K字的地址 ) ? VC5402有 4k字的內(nèi)部 ROM。 ? 當(dāng)處理器復(fù)位時(shí)，復(fù)位和中斷向量被映射到起始地址為 FF80H的程序空間。 ? 寫到片內(nèi) ROM并且在片內(nèi) ROM執(zhí)行的應(yīng)用程序代碼必 須保留 128字 (FF00H～ FF7FH)。 ? 低 1k字的數(shù)據(jù)空間包括存儲(chǔ)器映射的 CPU寄存器、存儲(chǔ)器映射外設(shè)寄存器、 32位的暫存寄存器和 896字的 DARAM（ 0080H～ 03FFH）。包栝： ? 26個(gè) CPU寄存器（ 0000H～ 001FH），訪問(wèn)不需要插入等待周期； ? 外設(shè)寄存器（ 0020H～ 005F） 用于控制外圍電路的狀態(tài)，可作為外設(shè) 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 具有 專用的外設(shè)總線結(jié)構(gòu) 。 ? 從 0080H開始，按每 80H個(gè)存儲(chǔ)單元為一個(gè)數(shù)據(jù)塊，將 DARAM分成若 干數(shù)據(jù)塊，便于 CPU并行操作，提高芯片的高速處理能力。 ? 訪問(wèn) I/O是對(duì) I/O映射的器件進(jìn)行訪問(wèn)，而不是訪問(wèn)存儲(chǔ)器 。 ? PLL具有頻率放大和信號(hào)提純功能，利用 PLL的特性，可以鎖定時(shí)鐘 發(fā)生器的振蕩頻率，為系統(tǒng)提供高穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率。 ? 時(shí)鐘發(fā)生器 ? 主機(jī)通信接口（ HPI） ? HPI提供與主機(jī)設(shè)備或主處理器接口的并行端口，用于 DSP與其他 總線或 CPU進(jìn)行通信 ； ? 通過(guò)片內(nèi)存儲(chǔ)器 實(shí)現(xiàn) C54x器件與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； ? 不同型號(hào)的器件 HPI配置不同； ? 可 分為 8位標(biāo)準(zhǔn) HPI接口、 8位 /16位增強(qiáng)型 HPI接口 。 標(biāo)準(zhǔn) 8位 HPI 增強(qiáng)型 8位 HPI 只允許訪問(wèn)片內(nèi) RAM指定的 2k字 允許對(duì)整個(gè)片內(nèi) RAM進(jìn)行訪問(wèn) 在 HOM方式，僅能主機(jī)尋址 HPI存儲(chǔ)器 主機(jī)與 C54x都能訪問(wèn) HPI存儲(chǔ)器 在 HOM方式，允許主機(jī)的異步訪問(wèn) 主機(jī)訪問(wèn)總是與 C54x的時(shí)鐘同步 ? SP標(biāo)準(zhǔn)同步串行口 。 ? BSP緩沖同步串口 。在 SP基礎(chǔ)上增加一個(gè)自動(dòng)緩沖單元 （ ABU），允許串口直接 讀寫內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)與 CPU的并行操作。增強(qiáng)的同步串口，允許數(shù)據(jù)分時(shí)多路轉(zhuǎn) 換，可配置為同步串口 SP方式和 TDM方式，應(yīng)用于多處理器。高速、雙向、通道數(shù)多、數(shù)據(jù)格式 范圍寬等特點(diǎn)。 McBSP以標(biāo)準(zhǔn)串口為基礎(chǔ)，并進(jìn)行了很多功能擴(kuò)展。 當(dāng)省電方式結(jié)束后， CPU可以繼續(xù)正常工作。 省電方式的實(shí)現(xiàn)： ① 執(zhí)行 IDLE IDLE2和 IDLE3三條 指令； ② 使外部信號(hào) HOLD=0，狀態(tài)位 HM=1。 主 時(shí)鐘關(guān)斷 ：用指令禁止 CLKOUT信號(hào)輸出。 ? 外部總線優(yōu)先級(jí)： 數(shù)據(jù)存取的優(yōu)先級(jí)高于程序的讀取。 若外部器件要求插入的等待周期大于 7~14個(gè)時(shí)，可以利用硬 READY線來(lái)實(shí)現(xiàn)。 例如： STM 349B， SWWSR 349BH=0011 0100 1001 1011 SWWSR=0 011 010 010 011 011 I/O空間 ： 3個(gè)等待狀態(tài)； 數(shù)據(jù)空間 ： 2個(gè)等待狀態(tài)； 程序空間 ： 3個(gè)等待狀態(tài)。 ? 操作原理：將指令分成幾個(gè)子操作，每個(gè)子操作由不同的操作階段 完成。 ? 在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，在不同的操作階段可以處理多條指令，相當(dāng) 于并行執(zhí)行了多條指令 。 ? C54x DSP的流水線操作由 6個(gè)操作階段或操作周期組成 。 ? 在任何一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，可以有 1～ 6條不同的指令同時(shí)工作，每條指 令可在不同的周期內(nèi)工作在不同的操作階段。 ? 這 6級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的功能如下： P ( 預(yù) 取 指 ） F ( 取 指 ） D ( 譯 碼 ） A ( 尋 址 ） R ( 讀 數(shù) ） X ( 執(zhí) 行 ）將 P C 的 內(nèi) 容放 到 P A B將 取 得 的 指令 放 到 P B 上將 P B 中 的 指 令 代 碼放 到 I R 中 ， 并 譯 碼將 第 一 操 作 數(shù) 的 地 址 放 到 D A B將 第 二 操 作 數(shù) 的 地 址 放 到 C A B更 新 輔 助 寄 存 器 和 堆 棧 指 針將 第 一 操 作 數(shù) 放 到 D B將 第 二 操 作 數(shù) 放 到 C B將 第 三 操 作 數(shù) 的 寫 地 址 放 到 E A B執(zhí) 行 指 令 ， 將 需 要寫 的 內(nèi) 容 放 到 E B 上圖 2 流水線的 6個(gè)階段中的各個(gè)操作 2. 取指 F： 在 T