第二章‘C5000DSP硬件結(jié)構(gòu)

1、第二章：第二章：C5000 DSP硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)TMS320C54XX硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 在這一章中，我們介紹在這一章中，我們介紹：l多總線結(jié)構(gòu)，三組多總線結(jié)構(gòu)，三組16-bit數(shù)據(jù)總線和一組程序數(shù)據(jù)總線和一組程序總線總線l 40-bit算術(shù)邏輯單元（算術(shù)邏輯單元（ALU），），包括一個(gè)包括一個(gè)40-bit的桶形的桶形l 移位器和兩個(gè)獨(dú)立的移位器和兩個(gè)獨(dú)立的40-bit累加器累加器l 17x17-bit并行乘法器，連接一個(gè)并行乘法器，連接一個(gè)40-bit的專用的專用加法器，加法器，l可用來(lái)進(jìn)行非流水單周期乘可用來(lái)進(jìn)行非流水單周期乘/加（加（MAC）運(yùn)算運(yùn)算l 比較、選擇和存儲(chǔ)單元（比較、選擇和存儲(chǔ)

2、單元（CSSU）用于用于Viterbi運(yùn)算器的加運(yùn)算器的加/比較選擇比較選擇l 指數(shù)編碼器在一個(gè)周期里計(jì)算一個(gè)指數(shù)編碼器在一個(gè)周期里計(jì)算一個(gè)40-bit累加累加器值的指數(shù)值器值的指數(shù)值l 兩個(gè)地址發(fā)生器中有八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)兩個(gè)地址發(fā)生器中有八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元（輔助寄存器算術(shù)單元（ARAUS）61IC中國(guó)電子在線http:/61IC工程師社區(qū)http:/l數(shù)據(jù)總線具有總線保持特性數(shù)據(jù)總線具有總線保持特性lC548,549,5402,5410等具有擴(kuò)展尋址方式，最等具有擴(kuò)展尋址方式，最大可尋址擴(kuò)展程序空間為大可尋址擴(kuò)展程序空間為8Mx16-bitlC54X可訪問(wèn)的存儲(chǔ)器空間

3、最大可為可訪問(wèn)的存儲(chǔ)器空間最大可為192Kx16-bit（64K程序存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器，64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64KI/O存儲(chǔ)器）存儲(chǔ)器）l支持單指令循環(huán)和塊循環(huán)支持單指令循環(huán)和塊循環(huán)l 存儲(chǔ)塊移動(dòng)指令提供了更好的程序和數(shù)據(jù)管存儲(chǔ)塊移動(dòng)指令提供了更好的程序和數(shù)據(jù)管理理l 支持支持32-bit長(zhǎng)操作數(shù)指令，支持兩個(gè)或三個(gè)操長(zhǎng)操作數(shù)指令，支持兩個(gè)或三個(gè)操作數(shù)讀指令，支持并行存儲(chǔ)和并行裝入的算術(shù)作數(shù)讀指令，支持并行存儲(chǔ)和并行裝入的算術(shù)指令，支持條件存儲(chǔ)指令及中斷快速返回指令指令，支持條件存儲(chǔ)指令及中斷快速返回指令l 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程的存儲(chǔ)軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程的存儲(chǔ)

4、單元轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換l連接內(nèi)部振蕩器或外部時(shí)鐘源的鎖相環(huán)（連接內(nèi)部振蕩器或外部時(shí)鐘源的鎖相環(huán)（PLL）發(fā)生器發(fā)生器l支持支持8-或或16-bit傳送的全雙工串口傳送的全雙工串口l時(shí)分多路（時(shí)分多路（TDM）串口串口l緩沖串口（緩沖串口（BSP）lMcBSPs串口串口l8/16-bit并行主機(jī)接口（并行主機(jī)接口（HPI）l一個(gè)一個(gè)16-bit定時(shí)器定時(shí)器l外部外部I/O（XIO）關(guān)閉控制，禁止外部數(shù)關(guān)閉控制，禁止外部數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)據(jù)、地址和控制信號(hào)l片內(nèi)基于掃描的仿真邏輯，片內(nèi)基于掃描的仿真邏輯，JTAG邊界掃邊界掃描邏輯（描邏輯（IEEE1149.1）l單周期定點(diǎn)指令執(zhí)行時(shí)間單周期定點(diǎn)指令執(zhí)

5、行時(shí)間10-25nsTMS320C542功能框圖功能框圖TMS320C54x內(nèi)部硬件框圖l程序總線（程序總線（PB）傳送從程序存儲(chǔ)器來(lái)的指令傳送從程序存儲(chǔ)器來(lái)的指令代碼和立即數(shù)。代碼和立即數(shù)。l三組數(shù)據(jù)總線（三組數(shù)據(jù)總線（CB，DB和和EB）連接各種元器連接各種元器件，如件，如CPU、數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯、程序地址產(chǎn)數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯、程序地址產(chǎn)生邏輯，片內(nèi)外設(shè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。生邏輯，片內(nèi)外設(shè)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CB和和DB總總線傳送從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的操作數(shù)。線傳送從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的操作數(shù)。EB總線總線傳送寫(xiě)入到存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。傳送寫(xiě)入到存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。l四組數(shù)據(jù)總線（四組數(shù)據(jù)總線（PAB，CAB，DAB和

6、和EAB）傳傳送執(zhí)行指令所需要的地址。送執(zhí)行指令所需要的地址。 l C54x通過(guò)使用兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元（通過(guò)使用兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU0和和ARAU1），），每周期能產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。每周期能產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址。lPB總線能把存儲(chǔ)在程序空間的數(shù)據(jù)操作數(shù)（如系數(shù)表）總線能把存儲(chǔ)在程序空間的數(shù)據(jù)操作數(shù)（如系數(shù)表）傳送到乘法器和加法器中進(jìn)行乘傳送到乘法器和加法器中進(jìn)行乘/累加運(yùn)算，或者在數(shù)累加運(yùn)算，或者在數(shù)據(jù)移動(dòng)指令（據(jù)移動(dòng)指令（MVPD和和READA）中傳送到數(shù)據(jù)空間。中傳送到數(shù)據(jù)空間。這種能力再加上雙操作數(shù)讀的特性，支持單周期這種能力再加上雙操作數(shù)讀的特性，支持單周期3操

7、作操作數(shù)指令的執(zhí)行，如數(shù)指令的執(zhí)行，如FIRS指令。指令。lC54x還有一組尋址片內(nèi)外設(shè)的片內(nèi)雙向總線，通過(guò)還有一組尋址片內(nèi)外設(shè)的片內(nèi)雙向總線，通過(guò)CPU接口中的總線交換器與接口中的總線交換器與DB和和EB 相連接。對(duì)這組相連接。對(duì)這組總線的訪問(wèn)，需要兩個(gè)或更多的機(jī)器周期來(lái)進(jìn)行讀和總線的訪問(wèn)，需要兩個(gè)或更多的機(jī)器周期來(lái)進(jìn)行讀和寫(xiě)，具體所需周期數(shù)由片內(nèi)外設(shè)的結(jié)構(gòu)決定。寫(xiě)，具體所需周期數(shù)由片內(nèi)外設(shè)的結(jié)構(gòu)決定。C54x/LC54x使用使用40-bit的算術(shù)邏輯單元（的算術(shù)邏輯單元（ALU）和兩個(gè)和兩個(gè)40-bit的累加器（的累加器（ACCA和和ACCB）來(lái)完成二進(jìn)制補(bǔ)碼的來(lái)完成二進(jìn)制補(bǔ)碼的算術(shù)運(yùn)算。

8、同時(shí)算術(shù)運(yùn)算。同時(shí)ALU也能完成布爾運(yùn)算。也能完成布爾運(yùn)算。ALU可使用以可使用以下輸入：下輸入： 16-bit的立數(shù)的立數(shù) 從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的 16-bit字字 暫存器暫存器T中的中的16-bit值值 從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的兩個(gè)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的兩個(gè)16-bit字字 從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的一個(gè)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的一個(gè)32-bit字字 從其中一個(gè)累加器輸出的從其中一個(gè)累加器輸出的40-bit值值 ALU能起兩個(gè)能起兩個(gè)16-bitALUs的作用，且在狀態(tài)寄存器的作用，且在狀態(tài)寄存器ST1中中的的C16位置位置1時(shí)，可同時(shí)完成兩個(gè)時(shí)，可同時(shí)完成兩個(gè)16-bit運(yùn)算運(yùn)算l累加器累加器ACC

9、A和和ACCB存放從存放從ALU或乘或乘法器法器/加法器單元輸出的數(shù)據(jù)，累加器也加法器單元輸出的數(shù)據(jù)，累加器也能輸出到能輸出到ALU或乘法器或乘法器/加法器中。加法器中。ALU框圖：框圖：lC54x的桶形移位器有一個(gè)與累加器或的桶形移位器有一個(gè)與累加器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（CB，DB）相連接的相連接的40-bit輸入，和一個(gè)與輸入，和一個(gè)與ALU或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（EB）相連接的相連接的40-bit輸出。桶形移位器能把輸輸出。桶形移位器能把輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行入的數(shù)據(jù)進(jìn)行0到到31bits的左移和的左移和0到到16bits的右移。所移的位數(shù)由的右移。所移的位數(shù)由ST1中的移中的移位數(shù)域（

10、位數(shù)域（ASM）或被指定作為移位數(shù)寄或被指定作為移位數(shù)寄存器的暫存器（存器的暫存器（TREG）決定決定。l乘法器乘法器/加法器與一個(gè)加法器與一個(gè)40-bit的累加器在一個(gè)單指令周期的累加器在一個(gè)單指令周期里完成里完成17x17-bit的二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算。乘法器的二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算。乘法器/加法器單元加法器單元由以下部分組成：乘法器，加法器，帶符號(hào)由以下部分組成：乘法器，加法器，帶符號(hào)/無(wú)符號(hào)輸入無(wú)符號(hào)輸入控制，小數(shù)控制，零檢測(cè)器，舍入器（二進(jìn)制補(bǔ)碼），控制，小數(shù)控制，零檢測(cè)器，舍入器（二進(jìn)制補(bǔ)碼），溢出溢出/飽和邏輯和暫存器（飽和邏輯和暫存器（TREG）。）。l乘法器有兩個(gè)輸入：一個(gè)是從乘法器有兩個(gè)

11、輸入：一個(gè)是從TREG，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)，或一個(gè)累加器中選擇；另一個(gè)則從程序存儲(chǔ)器，數(shù)數(shù)，或一個(gè)累加器中選擇；另一個(gè)則從程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，一個(gè)累加器或立即數(shù)中選擇。據(jù)存儲(chǔ)器，一個(gè)累加器或立即數(shù)中選擇。l另外，乘法器和另外，乘法器和ALU在一個(gè)指令周期里共同執(zhí)行乘在一個(gè)指令周期里共同執(zhí)行乘/累加累加（MAC）運(yùn)算且并行運(yùn)算且并行ALU運(yùn)算。這個(gè)功能可用來(lái)確定運(yùn)算。這個(gè)功能可用來(lái)確定歐幾里德距離，以及完成復(fù)雜的歐幾里德距離，以及完成復(fù)雜的DSP算法所需要的算法所需要的LMS濾波濾波 比 較 、 選 擇 和 存 儲(chǔ) 單 元比 較 、 選 擇 和 存 儲(chǔ) 單 元（CSSU）完成累加

12、器的高完成累加器的高位字和低位字之間的最大值位字和低位字之間的最大值比較，即選擇累加器中較大比較，即選擇累加器中較大的字并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，的字并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，不改變狀態(tài)寄存器不改變狀態(tài)寄存器ST0中的中的測(cè)試測(cè)試/控制位和傳送寄存器控制位和傳送寄存器（ T R N ） 的 值 。 同 時(shí) ，的 值 。 同 時(shí) ，CSSU利用優(yōu)化的片內(nèi)硬件利用優(yōu)化的片內(nèi)硬件促進(jìn)促進(jìn)Viterbi型蝶形運(yùn)算。型蝶形運(yùn)算。比較，選擇和存儲(chǔ)單元（比較，選擇和存儲(chǔ)單元（CSSUCSSU） 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。在的專用硬件。在EXP指令中，指令中，累加器中的

13、指數(shù)值能以二進(jìn)制補(bǔ)碼累加器中的指數(shù)值能以二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式存儲(chǔ)在的形式存儲(chǔ)在T寄存器中，范圍為寄存器中，范圍為bit-8至至31。指數(shù)值定義為前面的冗。指數(shù)值定義為前面的冗余位數(shù)減余位數(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(hào)位所需移動(dòng)的位數(shù)消除非有效符號(hào)位所需移動(dòng)的位數(shù)。當(dāng)累加器中的值超過(guò)了。當(dāng)累加器中的值超過(guò)了32bits，該操作將產(chǎn)生負(fù)值。該操作將產(chǎn)生負(fù)值。指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器lC54x有三個(gè)狀態(tài)和控制寄存器，它們分別為：有三個(gè)狀態(tài)和控制寄存器，它們分別為：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和處理器方和處理器方式狀態(tài)寄存器式狀態(tài)寄存器PMST。ST0和

14、和ST1包括了各種條包括了各種條件和方式的狀態(tài)，件和方式的狀態(tài)，PMST包括了存儲(chǔ)器配置狀包括了存儲(chǔ)器配置狀態(tài)和控制信息。態(tài)和控制信息。 lST0lST1lPMSTlC54x存儲(chǔ)器由三個(gè)獨(dú)立的可選擇空間存儲(chǔ)器由三個(gè)獨(dú)立的可選擇空間組成：程序，數(shù)據(jù)和組成：程序，數(shù)據(jù)和I/O空間。所有空間。所有的的C54x芯片都包括隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器芯片都包括隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。）。RAM又分兩種：雙訪問(wèn)又分兩種：雙訪問(wèn)RAM（DARAM）和單訪問(wèn)和單訪問(wèn)RAM（SARAM）。）。分頁(yè)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分頁(yè)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 兩個(gè)通用兩個(gè)通用I/O引腳，引腳，/BIO和和XF。 軟件

15、可編程等待軟件可編程等待 狀態(tài)發(fā)生器。狀態(tài)發(fā)生器。 可編程塊切換邏輯?？删幊虊K切換邏輯。 主機(jī)接口（主機(jī)接口（HPIHPI）： 8/16 bit 8/16 bit 硬件定時(shí)器。硬件定時(shí)器。 時(shí)鐘發(fā)生器。時(shí)鐘發(fā)生器。 串口：（同步、緩沖和時(shí)分多路（TDM），McBSP）。 外部總線接口。外部總線接口。 IEEE 1149.1IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn)掃標(biāo)準(zhǔn)掃 描邏輯。描邏輯。片內(nèi)外設(shè)：片內(nèi)外設(shè)：C541的存儲(chǔ)的存儲(chǔ)MAP表表l使用使用XPC寄存器保存頁(yè)地址（寄存器保存頁(yè)地址（A16以上以上)l64K頁(yè)內(nèi)的頁(yè)內(nèi)的PC寄存器保存地址寄存器保存地址l除非修改除非修改XPC，否則都是訪問(wèn)當(dāng)前頁(yè)否則都是訪問(wèn)當(dāng)前頁(yè)l以下指令可以修改以下指令可以修改XPC：fb,fbacc,fcall,fcala,fret,fretel利用利用READA，WRITA可以讀寫(xiě)程序空可以讀寫(xiě)程序空間間裝入程序代碼裝入程序代碼-BOOTLOADERBOOTLOADER是一段芯片出廠時(shí)固化在是一段芯片出廠時(shí)固化在ROM中的程序中的程序代碼，其主要功能是將用戶的程序代碼從外部裝入到片代碼，其主要功能是將用戶的程序代碼從外部裝入到片內(nèi)內(nèi)RAM或擴(kuò)展的或擴(kuò)展的RAM中，以便高速運(yùn)