DSP學(xué)習(xí) 2 CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)

第二章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)1一、中央處理單元CPU概述二、CPU結(jié)構(gòu)及總線三、CPU寄存器第二章（1）CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)2兼容性在TMS320C2000系列中，CPU內(nèi)核為：C20x/C24x／C240x：C2xLP：C27x/C28x：C27x、C28x這些CPU的硬件結(jié)構(gòu)有一定差別，指令集也不相同，但是，在C28x芯片中可以通過選擇兼容特性模式，使C28xCPU與C27xCPU及C2xLPCPU具有最佳兼容性?？赏ㄟ^狀寄存器STl的位OBJMODE和位AMODE的組合，選定模式。

一、中央處理單元CPU概述第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)3C28x芯片具有3種操作模式：▲C28x模式：在該模式中，用戶可以使用C28x的所有有效特性、尋址方式和指令系統(tǒng)，因此，一般應(yīng)使C28x芯片工作于該種模式。

▲

C27x目標(biāo)——兼容模式：在復(fù)位時，C28x的CPU處于C27x目標(biāo)-兼容模式。在該模式下，目標(biāo)碼與C27xCPU完全兼容，且它的循環(huán)—計數(shù)也與C27xCPU兼容。▲

C2xLP源——兼容模式：該模式允許用戶運(yùn)行C2xLP的源代碼，這些源代碼是用C28x代碼生成工具編譯生成的。兼容性一、中央處理單元CPU概述第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)4▲

CPU

——產(chǎn)生數(shù)據(jù)和程序存儲地址：編碼和運(yùn)行指令；執(zhí)行算術(shù)、邏輯和移位操作；控制寄存器陣列內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)存儲和程序存儲等?！?/p>

仿真邏輯——監(jiān)視和控制DSP芯片內(nèi)不同部件的工作，并且測試設(shè)備的操作情況。▲

接口——產(chǎn)生存儲器和外圍設(shè)備的接口信號以及CPU的時鐘和控制信號，顯示CPU狀態(tài)、仿真邏輯信號以及正在使用的中斷情況。內(nèi)核組成：組成及特性一、中央處理單元CPU概述第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)5CPU主要特性：▲

保護(hù)流水線：CPU具有八級流水線，可以避免從同一地址進(jìn)行讀寫而造成的秩序混亂?！?/p>

獨立寄存器空間：在CPU中含有一些被映像至數(shù)據(jù)空間的寄存器。這些寄存器可以作為系統(tǒng)控制寄存器、數(shù)學(xué)寄存器和數(shù)據(jù)指針。系統(tǒng)控制寄存器可由特殊的指令進(jìn)行操作，而其他寄存器則通過特殊指令或寄存器尋址模式來操作。▲

算術(shù)邏輯單元(ALU)：32位的ALU完成二進(jìn)制補(bǔ)碼算術(shù)和布爾邏輯操作?！?/p>

地址寄存器算術(shù)單元(ARAU)：ARAU產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲地址以及與ALU并行操作的增量和減量指針。▲

循環(huán)移位器：執(zhí)行最多16位的數(shù)據(jù)左移位和右移位操作?！?/p>

乘法器：執(zhí)行32位x32位的二進(jìn)制補(bǔ)碼乘法運(yùn)算，獲得64位的乘積。乘法可以在有符號數(shù)和無符號數(shù)之間進(jìn)行。一、中央處理單元CPU概述第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)6CPU信號：▲

存儲器接口信號：這些信號在CPU、存儲器和外圍設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；進(jìn)行程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的存?。徊⒛芨鶕?jù)不同的字段長度區(qū)分不同的存取操作(16位或32位)?！?/p>

時鐘和控制信號：這些信號為CPU和仿真邏輯提供時鐘，它們可以用來監(jiān)視和控制CPU?！?/p>

復(fù)位和中斷信號：這些信號用來產(chǎn)生硬件復(fù)位和中斷，并用來監(jiān)視中斷的狀態(tài)?！?/p>

仿真信號：這些信號用來仿真和調(diào)試。一、中央處理單元CPU概述第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)7TMS320C2000系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)芯片組成▲

特點

——32位定點改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)循環(huán)的尋址方式?！?/p>

組成

——內(nèi)核存儲器片內(nèi)外設(shè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)片內(nèi)外設(shè)片內(nèi)存儲器中斷處理程序和數(shù)據(jù)存儲邏輯乘法器桶形移位器地址寄存器算術(shù)單元算術(shù)邏輯單元內(nèi)核（紅框）可視化的實時仿真預(yù)取隊列指令譯碼程序和數(shù)據(jù)地址發(fā)生器二、CPU的結(jié)構(gòu)及總線第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)8CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)9▲

存儲器接口有3組地址總線：

1．PAB(ProgramAddressBus)程序地址總線：PAB用來傳送來自程序空間的讀寫地址。PAB是一個22位的總線。

2．DRAB(Data-ReadAddressBus)數(shù)據(jù)讀地址總線：

32位的DRAB用來傳送來自數(shù)據(jù)空間的讀地址。

3．DWAB(Data-WriteAddressBus)數(shù)據(jù)寫地址總線：

32位的DWAB用來傳送來自數(shù)據(jù)空間的寫地址?！?/p>

存儲器接口還有3組數(shù)據(jù)總線：

1．PRDB(Program-ReadDataBus)程序讀數(shù)據(jù)總線：PRDB在讀取程序空間時用來傳送指令或數(shù)據(jù)。PRDB是一個32位的總線。2．DRDB(Data-ReadDataBus)數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)總線：

DRDB在讀取數(shù)據(jù)空間時用來傳送數(shù)據(jù)。DRDB是一個32位的總線。

3．DWDB(Data／Program-WriteDataBus)數(shù)據(jù)／程序?qū)憯?shù)據(jù)總線：

32位的DWDB在對數(shù)據(jù)空間和程序空間寫數(shù)據(jù)時用來傳送數(shù)據(jù)。地址和數(shù)據(jù)總線二、CPU的結(jié)構(gòu)及總線第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)10▲

注意：程序空間的讀和寫不能同時發(fā)生，因為它們都要使用程序地址總線PAB。程序空間的寫和數(shù)據(jù)空間的寫也不能同時發(fā)生，因為兩者都要使用數(shù)據(jù)／程序?qū)憯?shù)據(jù)總線DWDB。而運(yùn)用不同總線的傳輸是可以同時發(fā)生的。如：CPU可以在程序空間完成讀操作(使用PAB和PRDB)，在數(shù)據(jù)空間完成讀操作(使用DRAB和DRDB)，

同時在數(shù)據(jù)空間進(jìn)行寫操作(使用DWAB和DWDB)。二、CPU

的結(jié)構(gòu)及總線第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)11三、CPU寄存器寄存器大小描述復(fù)位后結(jié)果ACC(AH,AL)32位累加器0x00000000XAR0~732位輔助寄存器0~70x00000000AR0~716位輔助寄存器XAR0~7的低16位0x0000DP16位數(shù)據(jù)頁指針0x0000IFR16位中斷標(biāo)志寄存器0x0000IER16位允許中斷寄存器0x0000DBGIER16位允許中斷調(diào)試寄存器0x0000P(PH,PL)32位乘積結(jié)果寄存器0x00000000PC22位程序計數(shù)器0x3F_FFC0PAB是22位的第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)12三、CPU寄存器寄存器大小描述復(fù)位后結(jié)果RPC22位返回程序計數(shù)器0x00000000SP16位堆棧指針0x400ST016位狀態(tài)寄存器00x0000ST116位狀態(tài)寄存器10x080BXT(T,TL)32位被乘數(shù)寄存器0x00000000第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)13累加器(ACC、AH、AL)累加器(ACC)是CPU的主要工作寄存器。除了那些對存儲器和寄存器的直接操作外，所有的ALU操作結(jié)果最終都要送入ACC。ACC支持單周期數(shù)據(jù)傳送、加法、減法和來自數(shù)據(jù)存儲器的寬度為32位的比較運(yùn)算，它也可以接受32位乘法操作的運(yùn)算結(jié)果。對ACC可以單獨進(jìn)行16位／8位的訪問。累加器還具有如下的相關(guān)狀態(tài)位。1．溢出模式位(OVM)2．符號擴(kuò)展模式位(SXM)3．測試／控制標(biāo)志位(TC)4．進(jìn)位位(C)5．零標(biāo)志位(Z)6．負(fù)標(biāo)志位(N)7．鎖閉溢出標(biāo)志位(V)8．溢出計數(shù)位(OVC)三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)14被乘數(shù)寄存器(XT)

被乘數(shù)寄存器(XT寄存器)主要用于在32位乘法操作之前，存放一個32位有符號整數(shù)值。XT寄存器的低16位部分是TL寄存器。該寄存器能裝載一個16位有符號數(shù)，能自動對該數(shù)進(jìn)行符號擴(kuò)展，然后將其送人32位XT寄存器。XT寄存器的高16位部分是T寄存器。該寄存器主要用來存儲16位乘法操作之前的16位整數(shù)值。T寄存器也可以為一些移位操作設(shè)定移位值，在這種情況下，根據(jù)指令，只可以使用T寄存器的一部分。三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)15乘積結(jié)果寄存器(P、PH、PL)乘積寄存器P主要用來存放乘法運(yùn)算的結(jié)果。它也可以直接裝入一個16位常數(shù)，或者從一個16位／32位的數(shù)據(jù)存儲器、16位／32位的可尋址CPU寄存器以及32位累加器中讀取數(shù)據(jù)。P寄存器可以作為一個32位寄存器或兩個獨立的16位寄存器：PH(高16位)和PL(低16位)來使用。數(shù)據(jù)頁指針(DP)在直接尋址模式中，對數(shù)據(jù)存儲器的尋址要在64個字(即一個頁面為64個字）的數(shù)據(jù)頁中進(jìn)行。由低4兆字的數(shù)據(jù)存儲器組成65536個數(shù)據(jù)頁，用0—65535進(jìn)行標(biāo)號。在DP直接尋址模式下，16位的數(shù)據(jù)頁指針(DP)包含了目前的數(shù)據(jù)頁數(shù)?？梢酝ㄟ^給DP賦新值去改變數(shù)據(jù)頁號。三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)16堆棧指針(SP)堆棧指針(SP)允許在數(shù)據(jù)存儲器中使用軟件堆棧。堆棧指針為16位，可以對數(shù)據(jù)空間的低64K進(jìn)行尋址。當(dāng)使用SP時，將32位地址的高16位置為0。復(fù)位后SP指向地址00000400h。堆棧操作說明如下：1．堆棧從低地址向高地址增長。2．SP總是指向堆棧中的下一個空域。3．復(fù)位時，SP被初始化，它指向地址00000400h。4．將32位數(shù)值存入堆棧時，先存入低16位，然后將高16位存入下一個高地址中。5．當(dāng)讀寫32位的數(shù)值時,C28xCPU期望存儲器或外設(shè)接口邏輯把讀寫排成偶數(shù)地址。例如，如果SP包含一個奇數(shù)地址00000083h，那么，進(jìn)行一個32位的讀操作時，將從地址00000082h和00000083h中讀取數(shù)值。6．如果增加SP的值，使它超過FFFFh，或者減少SP的值，使它低于0000h，則表明SP已經(jīng)溢出。如果增加SP的值使它超過了FFFFh，它就會從0000h開始計數(shù)。例如，如果SP=FFFFh而—個指令又向SP加3，則結(jié)果就是00001h。當(dāng)減少SP的值使它到達(dá)0000h，它就會重新從FFFFh計數(shù)。例如，如果SP=0002h而一個指令又從SP減4，則結(jié)果就是FFFFh。

7．當(dāng)數(shù)值存入堆棧時，SP并不要求排成奇數(shù)或偶數(shù)地址。排列由存儲器或外設(shè)接口邏輯完成。三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)17輔助寄存器(XAR0～XAR7、AR0～AR7)

CPU提供8個32位的輔助寄存器：XAR0、XARI、XAR2、XAR3、XAR4、XAR5、XAR6、XAR7。它們可以作為地址指針指向存儲器，或者作為通用目的寄存器使用。許多指令可以訪問XAR0-XAR7的低16位，其中，輔助寄存器的低16位為AR0-AR7，它們用作循環(huán)控制和16位比較的通用目的寄存器。當(dāng)訪問AR0-AR7時，寄存器的高16位(AROH-AR7H)可能改變或不改變，這主要取決于所應(yīng)用的指令。AR0H-AR7H只能作為XAR0-XAR7的一部分來讀取，不能單獨進(jìn)行訪問。

三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)18程序計數(shù)器(PC)當(dāng)流水線滿的時候，22位的程序指針總是指向當(dāng)前操作的指令，該指令剛剛到達(dá)流水線解碼的第二階段。一旦指令到達(dá)了流水線的這一階段，它就不會再被中斷從流水線中清除掉，而是在中斷執(zhí)行之前就被執(zhí)行了。返回程序寄存器(RPC)當(dāng)通過LCR指令執(zhí)行一個調(diào)用操作時，返回地址存儲在RPC寄存器中，RPC以前的值存在堆棧中(在兩個16位的操作中)。當(dāng)通過LRETR指令執(zhí)行一個返回操作時，返回地址從RPC寄存器中讀出，堆棧中的值被寫回RPC寄存器(在兩個16位的操作中)。其他的調(diào)用指令并不使用RPC寄存器。三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)19中斷控制寄存器(1FR、IER、DBGIER)

C28x有3個寄存器用于控制中斷：中斷標(biāo)志寄存器(1FR)、中斷使能寄存器(1ER)和調(diào)試中斷使能寄存器(DBGIER)。IFR包含的標(biāo)志位用于可屏蔽中斷(可以用軟件進(jìn)行屏蔽)。當(dāng)通過硬件或軟件設(shè)定了其中某位時，則相應(yīng)的中斷就被使能。可以用IER中的相應(yīng)位屏蔽和使能中斷。當(dāng)DSP工作在實時仿真模式并且CPU被掛起時，DBGIER表明可以使用時間臨近中斷(如果被使能)。三、CPU寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)20

狀態(tài)寄存器(ST0)

C28x有兩個狀態(tài)寄存器ST0和STl，其中包含著不同的標(biāo)志位和控制位。這些寄存器可以和數(shù)據(jù)寄存器交換數(shù)據(jù)，也可以保存機(jī)器的狀態(tài)和為子程序恢復(fù)狀態(tài)。狀態(tài)位根據(jù)流水線中位值的改變而改變，ST0的位在流水線的執(zhí)行階段中改變，STl的位在流水線的解碼2階段中改變。下圖表示了狀態(tài)寄存器ST0的各位。所有這些位都可以在流水線執(zhí)行的過程中進(jìn)行更改。三、CPU寄存器

狀態(tài)寄存器(ST1)下圖表示了狀態(tài)寄存器各位，所有這些位都可以在流水線的第二譯碼階段進(jìn)行改變。第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)21▲

均為16位寄存器，有標(biāo)志位和控制位，保存在數(shù)據(jù)存儲器中。▲

讀寫指令：LSTSSTSETCCLRC。

狀態(tài)寄存器ST0和ST1ST0ST1OVC/OVCUPMNTCOVMD15~D10D9~D7D6D5D4D3D2D1D0ARPMOM1MAP保留OBJMODEAMODESPAD7D6D5D4D3D2D1D0XFIDLESTATEALLOWLOOPVMAPPAGE0BGMVZCSXMD15~D13D12D11