第三章(DSP第四講)

1、第五周第五周 第第4 4講講電氣系電氣系 李靜李靜DSPDSP技術(shù)的發(fā)展與應用技術(shù)的發(fā)展與應用3.2 TMS320C5000系列DSP3.2.1 TMS320C54x系列DSP 3.2.2 TMS320C55x系列DSP 3.2.1 TMS320C54x3.2.1 TMS320C54x系列系列DSPDSP1 1）多總線結(jié)構(gòu)）多總線結(jié)構(gòu)2 2）4040位算術(shù)邏輯單元（位算術(shù)邏輯單元（ALUALU）3 3）17171717位并行乘法器位并行乘法器4 4）比較、選擇和存儲單元（）比較、選擇和存儲單元（CSSUCSSU）5 5）指數(shù)編碼器）指數(shù)編碼器6 6）兩個地址發(fā)生器）兩個地址發(fā)生器一、一、C54

2、xC54x芯片的基本性能芯片的基本性能7 7）數(shù)據(jù)總線）數(shù)據(jù)總線8 8）總線尋址空間）總線尋址空間9 9）三種存儲器空間）三種存儲器空間1010）單指令循環(huán)和塊循環(huán)）單指令循環(huán)和塊循環(huán)1111）區(qū)分的存儲塊移動指令）區(qū)分的存儲塊移動指令1212）3232位長操作數(shù)指令位長操作數(shù)指令 1313）可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和）可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和 可編程的存儲單元轉(zhuǎn)換可編程的存儲單元轉(zhuǎn)換 1414）鎖相環(huán)（）鎖相環(huán)（PLLPLL）發(fā)生器）發(fā)生器 1515）多通道緩沖串口（）多通道緩沖串口（McBSPMcBSP） 1616）直接存儲器訪問（）直接存儲器訪問（DMADMA）控制器）控制器 1717）主機接

3、口（）主機接口（HPIHPI） 1818）定時器）定時器 1919）多種節(jié)電模式）多種節(jié)電模式 2020）JTAGJTAG接口接口 2121）低電壓工作）低電壓工作 TMS320C54x的的組成組成 TMS320C54x的硬件結(jié)構(gòu)圖的硬件結(jié)構(gòu)圖 PAGEN DAGENPAGEN DAGEN 特殊功能特殊功能 寄存器寄存器系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制程序地址生成器程序地址生成器數(shù)據(jù)地址生成器數(shù)據(jù)地址生成器 CPUCPU乘法乘法累加器累加器算術(shù)算術(shù)/邏輯邏輯運算單元運算單元桶桶 形形移位器移位器比較器比較器外部外部存儲器存儲器接口接口外部外部設備設備接口接口程序存儲器程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器串行口串行口

4、并行口并行口定時器定時器計數(shù)器計數(shù)器中斷中斷系統(tǒng)系統(tǒng)控制控制接口接口PABPABPBPBCABCABCBCBDABDABDBDBEABEABEBEB 3條數(shù)據(jù)總線分別與不同功能的內(nèi)部單元相連接。條數(shù)據(jù)總線分別與不同功能的內(nèi)部單元相連接。 如：如：CPU、程序地址、程序地址產(chǎn)生邏輯產(chǎn)生邏輯PAGEN、數(shù)據(jù)地、數(shù)據(jù)地址址產(chǎn)生邏輯產(chǎn)生邏輯 DAGEN、片內(nèi)外設和數(shù)據(jù)存儲器等。、片內(nèi)外設和數(shù)據(jù)存儲器等。 CB和和DB用來傳送從數(shù)據(jù)存儲器讀出的數(shù)據(jù)；用來傳送從數(shù)據(jù)存儲器讀出的數(shù)據(jù)； EB用來傳送寫入存儲器的數(shù)據(jù)。用來傳送寫入存儲器的數(shù)據(jù)。C54xC54x讀讀/寫操作占用總線情況寫操作占用總線情況讀讀/寫

5、方式寫方式地址總線地址總線程序總線程序總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線PABCABDABEABPBCBDBEB程序讀程序讀 程序?qū)懗绦驅(qū)?單數(shù)據(jù)讀單數(shù)據(jù)讀 雙數(shù)據(jù)讀雙數(shù)據(jù)讀 32位長數(shù)據(jù)讀位長數(shù)據(jù)讀 (hw) (lw) (hw) (lw)單數(shù)據(jù)寫單數(shù)據(jù)寫 數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)讀/數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)寫 雙數(shù)據(jù)讀雙數(shù)據(jù)讀/系數(shù)讀系數(shù)讀 外設讀外設讀 外設寫外設寫 為何要設置多內(nèi)部總線為何要設置多內(nèi)部總線 一個機器周期內(nèi)可完成的存取操作一個機器周期內(nèi)可完成的存取操作 為何要用兩個輔助寄存器算術(shù)運算單元為何要用兩個輔助寄存器算術(shù)運算單元 一個周期內(nèi)如何執(zhí)行一個周期內(nèi)如何執(zhí)行3 3操作數(shù)指令操作數(shù)指令 要點要點并行處理和流并行處理和

6、流水線工作水線工作取取1指、指、讀讀2字、字、寫寫1字。字。雙 字 尋 址 取雙 字 尋 址 取雙操作數(shù)雙操作數(shù)用用C、D、P總總線取操作數(shù)線取操作數(shù) 4040位算術(shù)邏輯位算術(shù)邏輯運算運算單元單元ALU； 2 2個個4040位的累加器位的累加器A和和B； 支持支持- -16163131位移位范圍的桶形移位寄存器；位移位范圍的桶形移位寄存器； 能能完成乘法完成乘法-加法運算的乘法累加器加法運算的乘法累加器MAC； 1616位暫存寄存器位暫存寄存器T； 1616位轉(zhuǎn)移寄存器位轉(zhuǎn)移寄存器TRN； 比較、選擇、存儲單元比較、選擇、存儲單元CSSU； 指數(shù)編碼器；指數(shù)編碼器； CPU狀態(tài)和控制寄存器。狀

7、態(tài)和控制寄存器。 CPU包括下列基本部件：包括下列基本部件：（1 1） 算術(shù)邏輯運算單元算術(shù)邏輯運算單元ALUALU MAC輸出輸出SXMSXMOVMC16CZA/ZBTCXYAMUBBACTDSOVA/OVB桶形移位桶形移位器輸出器輸出ALU的功能框圖的功能框圖AALU的輸入和輸出的輸入和輸出（2 2）累加器）累加器A A和和B B 39 3231 1615 0累加器累加器AAGAHAL保護位保護位39 32高階位高階位31 16低階位低階位15 0累加器累加器BBGBHBL保護位保護位高階位高階位低階位低階位 作用作用 結(jié)構(gòu)與位置結(jié)構(gòu)與位置 和的異同和的異同 要點要點累加器和累加器和的差別

8、僅的差別僅在于累加器在于累加器的的3116位可以用作位可以用作乘法器的一乘法器的一個輸入。個輸入。2.4.3 2.4.3 桶形移位寄存器桶形移位寄存器 2 2桶形移位寄存器的輸入桶形移位寄存器的輸入 4 4桶形移位寄存器的功能桶形移位寄存器的功能5 5桶形移位寄存器的操作桶形移位寄存器的操作(2)(2) 控制操作數(shù)的移位控制操作數(shù)的移位2.4.4 2.4.4 乘法乘法- -累加單元累加單元MAC MAC （2）乘法器的輸出）乘法器的輸出 乘法器的輸出經(jīng)小數(shù)控制電路接至加法器的乘法器的輸出經(jīng)小數(shù)控制電路接至加法器的XA輸入端。輸入端。 （1）加法器的輸入）加法器的輸入 XA輸入：來自乘法器的輸出

9、。輸入：來自乘法器的輸出。 YA輸入：輸入： 來自累加器來自累加器A的操作數(shù)；的操作數(shù)； 來自累加器來自累加器B的操作數(shù)。的操作數(shù)。（2）加法器的輸出）加法器的輸出 輸出經(jīng)零檢測器、舍入器和溢出輸出經(jīng)零檢測器、舍入器和溢出/飽和邏輯電路飽和邏輯電路后，將產(chǎn)生的狀態(tài)標志送入狀態(tài)寄存器，并將運算后，將產(chǎn)生的狀態(tài)標志送入狀態(tài)寄存器，并將運算結(jié)果送入累加器結(jié)果送入累加器A或或B。 C54x的比較、選擇和存儲單元的比較、選擇和存儲單元（CSSU）是一是一個特殊用途的硬件電路，專門用來完成個特殊用途的硬件電路，專門用來完成Viterbi算法算法中的加法中的加法/比較比較/選擇選擇（ACS）操作操作。 CS

10、SU單元主要完成累加器的高階位與低階位單元主要完成累加器的高階位與低階位之間最大值的比較，即選擇累加器中較大的字，并之間最大值的比較，即選擇累加器中較大的字，并存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。 例如，例如，CMPS指令可以對累加器的高階位和低階位進行指令可以對累加器的高階位和低階位進行比較，并選擇較大的數(shù)存放在指令所指定的存儲單元中。比較，并選擇較大的數(shù)存放在指令所指定的存儲單元中。 指令格式：指令格式： CMPS A，* *AR1 功能：功能：對累加器對累加器A的高的高16位字（位字（AH）和低）和低16位字（位字（AL）進行比較，進行比較， 若若AHAL，則，則AH* *AR1，T

11、RN左移左移1位，位，0TRN(0)， 0TC； 若若AHAL，則，則AL* *AR1，TRN左移左移1位，位，1TRN(0)， 1TC。 指數(shù)編碼器指數(shù)編碼器是一個用于支持指數(shù)運算指令的專用是一個用于支持指數(shù)運算指令的專用硬件，可以在單周期內(nèi)執(zhí)行硬件，可以在單周期內(nèi)執(zhí)行EXP指令，求累加器中數(shù)指令，求累加器中數(shù)的指數(shù)值。的指數(shù)值。 C54x提供三個提供三個16位寄存器來作為位寄存器來作為CPU狀態(tài)和控狀態(tài)和控制寄存器，它們分別為：制寄存器，它們分別為： 由于這些寄存器都是存儲器映像寄存器，因此由于這些寄存器都是存儲器映像寄存器，因此可以很方便地對它們進行如下數(shù)據(jù)操作：可以很方便地對它們進行如

12、下數(shù)據(jù)操作： 1狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器0（ST0）15 1312111098 0ST0：ARPTCCOVAOVBDP2狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器1 (ST1)1514131211109876540BRAF CPLXFHMINTM0OVM SXM C16 FRCT CMPTASMBRAFCPLXFHMINTM0OVM SXM C16 FRCT CMPT ASMBRAF CPLXFHMINTM0OVM SXM C16 FRCT CMPTASM3工作方式狀態(tài)寄存器工作方式狀態(tài)寄存器PMSTSSTSMULCLKOFFDROMAVISOVLYMP/MCIPTR0123456157 IPTR：用來指示中斷向量所駐

13、留的用來指示中斷向量所駐留的128字程序存儲器的位置字程序存儲器的位置； MP/MC：用來確定是否允許使用片內(nèi)程序存儲器用來確定是否允許使用片內(nèi)程序存儲器ROM OVLY：用來決定用來決定片內(nèi)雙尋址數(shù)據(jù)片內(nèi)雙尋址數(shù)據(jù)RAM是否是否映射到程序空間。映射到程序空間。 AVIS：用來決定是否可以從器件地址引腳線看到內(nèi)部程序空間用來決定是否可以從器件地址引腳線看到內(nèi)部程序空間地址線；地址線； DROM：用來決定片內(nèi)用來決定片內(nèi)ROM是否可以映射到數(shù)據(jù)存儲空間是否可以映射到數(shù)據(jù)存儲空間； CLKOFF：用來決定時鐘輸出引腳用來決定時鐘輸出引腳CLKOUT是否有信號輸出是否有信號輸出； SMUL：用來決定乘法結(jié)果是否需要進行飽和處理用來決定乘法結(jié)果是否需要進行飽和處理； SST：用來決定累加器中的數(shù)據(jù)在存儲到存儲器之前，是否需用來決定累加器中的數(shù)據(jù)在存儲到存儲器之前，是否需要飽和處理要飽和處理。TMS5402應用舉例應用舉例 基于DSP5402 的指紋識別系統(tǒng)指紋分塊處理的實現(xiàn)指紋分塊處理的實現(xiàn)基于基于TMS320C5402