第二章2 時鐘及系統(tǒng)控制

第二章（2）時鐘及系統(tǒng)控制1一、時鐘及系統(tǒng)控制二、程序地址產(chǎn)生三、轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回四、重復(fù)指令第二章（2）時鐘及系統(tǒng)控制第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)2第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)3主要介紹F2812的時鐘、鎖相環(huán)、看門狗和復(fù)位控制電路等。各種時鐘和復(fù)位電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：一、時鐘及系統(tǒng)控制教材p41圖2-4-1第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)4第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)5HISPCPHISPCP一、時鐘及系統(tǒng)控制HISPCP高速外設(shè)時鐘設(shè)置寄存器

PLLCRPLL控制寄存器LOSPCP慢速外設(shè)時鐘設(shè)置寄存器

SCSR系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器

PCLKCR外設(shè)時鐘控制寄存器

WDCNTR看門狗計數(shù)寄存器

LPMCR0低功耗模式控制寄存器0

WDKEY看門狗復(fù)位key寄存器

LPMCRl

低功耗模式控制寄存器1

WDCR看門狗控制寄存器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)6▲

外設(shè)時鐘控制寄存器PCLKCR——數(shù)據(jù)存儲空間0x0000701C

時鐘寄存器▲

高低速外設(shè)時鐘寄存器HISPCP/LOSPCP——0x0000701A/B▲

系統(tǒng)控制和狀態(tài)寄存器SCSR——數(shù)據(jù)存儲空間

0X00007022保留D15D14D13D12D11D10D9D8ECANENCLKMCBSPENCLKSCIBENCLKSPIENCLK

R-0

R/W-0

R-0

R/W-0

R/W-0

Reserved

D15D3D2D1D0WDINTSWDENINTWDOVERRIDE

R-0R-1R/W-0R/W1C-1一、時鐘及系統(tǒng)控制SCIAENCLK保留保留保留ADCENCLK保留EVAENCLKEVBENENCLKD7D4D3D2D1D0R-0R/W-0R-0

R/W-0

R/W-0

R/W-0R-0

R/W-0Reserved

D15D3D2D0HSPCK/LSPCK

R-0R/W-010第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)7時鐘模塊提供兩種操作模式：▲

內(nèi)部振蕩器：如果使用內(nèi)部振蕩器，則必須在X1／XCLKIN和X2兩個引腳之間連接一個石英晶體?！?/p>

外部時鐘源：如果采用外部時鐘，可以將輸入的時鐘信號直接接到X1／XCLKIN引腳上，而X2懸空。在這種情況下，不使用內(nèi)部振蕩器。一、時鐘及系統(tǒng)控制晶體振蕩器及鎖相環(huán)當(dāng)XPLLDIS為低電平，系統(tǒng)直接采用時鐘或晶振直接作為系統(tǒng)時鐘；當(dāng)XPLLDIS為高電平，外部時鐘經(jīng)過PLL倍頻后，為提供時鐘。

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)8鎖相環(huán)控制寄存器PLLCR——用于選擇鎖相環(huán)的工作模式和倍頻系數(shù)定時器一、時鐘及系統(tǒng)控制Reserved

D15D4D3D0DIV

R-0R/W-010▲

TIM——16位的計數(shù)寄存器，重新裝載PRD的值?！?/p>

PRD——16位周期寄存器?！鳷CR——16位的定時器控制寄存器?！?/p>

PSC——16位的預(yù)定標(biāo)寄存器，重新裝載TDDR的值?！?/p>

TDDR——

16位的分頻寄存器。有3個32位CPU定時器(TIMER0/1/2)：√定時器0用戶可以在應(yīng)用程序中使用。√定時器1和定時器2預(yù)留給實時操作系統(tǒng)使用(例如DSPBIOS)。第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)9C28X定時器定時器功能框圖一、時鐘及系統(tǒng)控制工作過程：首先用32位計數(shù)寄存器(TIMH：TM)裝載周期寄存器(PRDH:PRD)內(nèi)部的值。計數(shù)寄存器根據(jù)SYSCLKOUT時鐘遞減計數(shù)。當(dāng)計數(shù)寄存器等于0時，定時器中斷輸出產(chǎn)生一個中斷脈沖。

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)10▲

工作原理√在每個SYSCLKOUT脈沖后PSC減1，一直減到0。√在下一個SYSCLKOUT周期，TDDR加載新的除數(shù)值到PSC，并使TIM減1。√重復(fù)前兩步操作，即PSC每次減到0后，TIM進行一次減1操作，直到TIM減為0√在下一個SYSCLKOUT周期，將定時器中斷（TINT）送到CPU，和TOUT引腳。同時TIM裝載來自PRD的新的定時計數(shù)器值，并使PSC再次減1。每經(jīng)過（TDDR+1）個SYSCLKOUT周期，TIM減1。當(dāng)PRD、TDDR或兩者都不為零時，定時器中斷頻率即TINT的頻率（fTINT）為：

fCLKOUT1為SYSCLKOUT的頻率。C28X定時器第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)11C20X定時器▲

計數(shù)器——TIMTIMD15D0R/W-0TIMHD15D0R/W-0▲

周期寄存器——PRDPRDD15D0R/W-0PRDHD15D0R/W-0第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)12C20X定時器▲

控制寄存器——TCR0TIFTIEFREED15D14D13~D12D11D10D9~D6D5D4D3~D0TRB保留SOFT保留R/W-0

R/W-0R-0R/W-0R/W-0R-0R/W-0R/W-0R-0

TCR功能：√控制定時器模式√重新加載定時器√啟動和停止定時器TSS保留▲

預(yù)定標(biāo)寄存器——PSC/TDDRPSCD15D8D7D0R-0R/W-0PSCHD15D8D7D0R-0R/W-0TDDRTDDRH第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)13C20X一、時鐘及系統(tǒng)控制看門狗及其應(yīng)用F2812的看門狗與240x的基本相同，當(dāng)8位的看門狗計數(shù)器計數(shù)到最大值時，看門狗模塊產(chǎn)生一個輸出脈沖(512個振蕩器時鐘寬度)。如果不希望產(chǎn)生脈沖信號，用戶需要屏蔽計數(shù)器，或用軟件周期向看門狗復(fù)位控制寄存器寫“0x55+0xAA"，該寄存器能夠使看門狗計數(shù)器清零。

為了實現(xiàn)看門狗的各項功能，內(nèi)部有3個功能寄存器

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)14看門狗功能框圖第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)15一、時鐘及系統(tǒng)控制看門狗及其應(yīng)用▲

計數(shù)寄存器——WDCNTRReservedD15D8D7D0R-0R/W-0WDCNTR▲

復(fù)位寄存器——WDKEYReservedD15D8D7D0R-0R/W-0WDKEY▲

控制寄存器——WDCRReservedD15D8R-0R/W-0WDFLAGD7D6D5D3D2D0R/W-0R/W-0WDPSWDDISWDCHKR-0第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)16二、程序地址的產(chǎn)生

▲

通常程序是順序執(zhí)行的，即在連續(xù)的程序存儲器地址上取出指令并執(zhí)行。但有時程序需要轉(zhuǎn)移到不連續(xù)的地址，然后再連續(xù)執(zhí)行新地址處的指令。為此提供了轉(zhuǎn)移、調(diào)用、重復(fù)（循環(huán)）和中斷指令?！?/p>

在執(zhí)行當(dāng)前指令的同時，程序流要求處理器生成下一個指令的程序地址（順序或非順序的）。程序控制：控制一個或多個指令塊的執(zhí)行次序。第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)17二、程序地址的產(chǎn)生

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：22bit，取指令時，對內(nèi)部和外部程序存儲器尋址?！?/p>

程序地址寄存器PAR:驅(qū)動程序地址總線，提供程序的讀、寫地址?！褩TACK：16位寬8級深，可保存8個返回地址,也可將用作暫存存儲器。▲微堆棧MSTACK:16位、1級深，保存一個返回地址?！?/p>

重復(fù)計數(shù)器RPTC：16位，與重復(fù)指令（RPT）一起，用來確定RPT后面的一條指令重復(fù)執(zhí)行多次。用到的硬件二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)19▲

順序操作：程序的地址來源于PC程序計數(shù)器（程序地址+1）▲

空（?。┲芷冢撼绦虻牡刂穪碓从赑AR（程序地址+1）▲

從子程序返回：程序的地址來源于棧頂（TOS）▲

從表傳送或塊傳送返回：程序的地址來源于微堆棧（MSTACK）▲

轉(zhuǎn)移到或調(diào)用指令中指定的地址：程序的地址來源于轉(zhuǎn)移或調(diào)用指令。即利用程序讀總線（PRDB）的方式獲取程序地址?！?/p>

轉(zhuǎn)移到或調(diào)用累加器低半部分指定的地址：程序地址來源于累加器的低半部分。即利用數(shù)據(jù)讀總線（DRDB）的方式獲取程序地址?！?/p>

轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序：程序地址來源于中斷矢量單元。即利用程序讀總線（PRDB）的方式獲取程序地址。程序地址產(chǎn)生的情況二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)20程序計數(shù)器PC▲

PC中存放將被執(zhí)行的下一條指令的地址?！?/p>

有5種方式加載PC，從而適應(yīng)連續(xù)和不連續(xù)的程序流程。二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)21√順序執(zhí)行：若當(dāng)前指令是一個字，則將PC+1加載到PC若當(dāng)前指令是兩個字，則將PC+2加載到PC√分支（轉(zhuǎn)移）：轉(zhuǎn)移指令后的長立即數(shù)直接加載到PC√子程序調(diào)用和返回：

調(diào)用指令——將PC中下一條指令的地址壓入堆棧，然后將調(diào)用指令后的長立即數(shù)直接加載到PC返回指令——將返回地址從堆棧中彈回PC√軟件或硬件中斷：將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入PC，在該矢量地址單元，通常有一條轉(zhuǎn)移指令，又將相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的地址加載到PC√計算轉(zhuǎn)移：將累加器低16位加載到PC利用BACC或CALA指令可實現(xiàn)計算GOTO操作程序計數(shù)器PC二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)22▲

16位寬、8級深▲

當(dāng)調(diào)用子程序或發(fā)生中斷時，程序地址產(chǎn)生邏輯利用該堆棧保存返回地址▲

進入子程序或中斷服務(wù)程序時，返回地址自動裝入該堆棧的棧頂；當(dāng)子程序或中斷服務(wù)程序完成時，返回指令將返回地址從棧頂傳送到程序計數(shù)器?！?/p>

訪問堆棧的指令

√

PUSH和POP：針對累加器低16位操作?！?/p>

PSHD和POPD：當(dāng)子程序或中斷嵌套超過8級時可利用這兩條指令在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中建立一個堆棧。堆棧二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)23堆棧例子二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)24堆棧例子二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)25▲

一級深、16位寬，操作不可見，即無指令，只有程序地址產(chǎn)生邏輯才能夠使用微堆棧?！?/p>

程序地址產(chǎn)生邏輯在執(zhí)行BLDD、BLPD、MAC、MACD、TBLR和TBLW這些串（塊）操作指令時利用微堆棧保存返回地址。微堆棧二、程序地址的產(chǎn)生

第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)26，二、程序地址的產(chǎn)生

流水線技術(shù)▲

下面給出了一個四級深流水線操作圖。同時執(zhí)行四條指令，但每一條指令處于不同的階段單字、單周期指令4級流水線操作第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)27二、程序地址的產(chǎn)生

流水線技術(shù)對F2812每條指令都要經(jīng)過8個獨立的執(zhí)行過程，這8個過程形成了指令流水線(instructionpipeline)。在每一個給定的時間內(nèi)，有8條指令被激活，每一指令處在執(zhí)行過程中的不同階段。并不是所有的指令都會同時發(fā)生讀寫操作，但是流水線的保護機制能夠按照需要去延遲指令，以確保根據(jù)程序控制順序?qū)ν晃恢眠M行讀寫操作。第2章CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)與時鐘系統(tǒng)28▲

轉(zhuǎn)移僅使控制轉(zhuǎn)換到新的地址單元▲

調(diào)用還要將返回地址保存到硬件堆棧的棧頂▲

返回指令將堆棧中的返回地址彈到程序計數(shù)器（PC）

——每個被調(diào)用的子程序或中斷服務(wù)程序都以返回指令結(jié)束。三、轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回