TMS320C5000系列DSP原理及應(yīng)用（第二版）課件2-1 CPU結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器配置

第2章TMS320C54x的CPU

結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)器配置主講：?jiǎn)倘鹌?/p>

電信學(xué)部信通學(xué)院主要內(nèi)容TMS320C54xDSP的結(jié)構(gòu)CPU中央處理器存儲(chǔ)器和I/O空間TMS320C54x總線結(jié)構(gòu)華為海思DY-AI-Hi3559A結(jié)構(gòu)應(yīng)用舉例TMS320系列DSP概述

TMS320C54x定點(diǎn)系列是TMS320通用數(shù)字信號(hào)處理器家族的一員。C54x系列適用于實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。例如：無(wú)線通信。

C54x的CPU具有哈佛結(jié)構(gòu)、低功耗設(shè)計(jì)和高度并行性等特點(diǎn)。除此之外，通用的尋址模式和指令集可以全面的發(fā)揮系統(tǒng)性能。lDSP核（Core）：通用DSP器件中的CPU部分。再配以按照用戶需要所選擇的存儲(chǔ)器（包括Cache、RAM、ROM、FLASH、EPROM等以及固化的用戶軟件）和外設(shè)（包括串口、并口、主機(jī)接口、DMA、定時(shí)器等），組成用戶的ASIC（ApplicationSpecificIntergratedCircuit）專用集成電路。TMS320系列DSP概述l除TI公司的TMS320系列DSP核外，Motorola公司的DSP566xx系列和AD公司的ADSP21000系列等，也都成功應(yīng)用DSP核。l同一代TMS320系列DSP產(chǎn)品的CPU結(jié)構(gòu)是相同的，但其片內(nèi)存儲(chǔ)器及外設(shè)電路配置是不同的?！鈬灰粯?，系列不一樣，與單核（CPU）不一樣。由于片內(nèi)集成了存儲(chǔ)器和外圍電路，使TMS320系列器件的系統(tǒng)成本降低，并且節(jié)省了電路板的空間。lDSP發(fā)展經(jīng)歷：8位——16位——24位——32位。

TMS320C54xDSP的主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)：圍繞8條總線構(gòu)成的增強(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)高度并行和帶有專用硬件邏輯的CPU設(shè)計(jì)高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)先進(jìn)的IC工藝能降低功耗和提高抗核輻射能力的新的靜電設(shè)計(jì)方法A(22-0)2.1.1C54x內(nèi)部結(jié)構(gòu)

D(15-0)GPI/OProgram/DataBuses8/16-bitHostPort

Interface(HPI)Program/DataRAMCh0Ch1Ch2Ch3Ch4Ch5DMA

TimerProgram/DataROMPeripheralBusRND,SAT17x17MPY40-BitAdderMACShifter40-BitBarrel

(-16,31)EXPEncoder40-BitALUCMPSOperator

(VITERBI)ALUAccumulators40-BitACCA40-BitACCB8AuxiliaryRegisters2AddressingUnitsAddressing

UnitMultichannelBuffered

SerialPort(McBSP）MultichannelBuffered

SerialPort(McBSP)JTAGTest/

Emulation

ControlMultichannelBuffered

SerialPort(McBSP)

PLLClock

GeneratorS/WWaitstate

GeneratorPowerManagement2.1.2TMS320C54x的主要特征CPU存儲(chǔ)器指令系統(tǒng)在片外圍電路電源在片仿真接口速度1、CPU40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元17位×17位并行乘法器，與40位專用加法器相連用于非流水線式單周期乘法/累加運(yùn)算比較、選擇、儲(chǔ)存單元，用于加法/比較選擇指數(shù)編碼器，可以在單周期內(nèi)計(jì)算40位累加器中數(shù)值的指數(shù)雙地址生成器先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)1條程序總線，3條數(shù)據(jù)總線4條地址總線2、總線3、存儲(chǔ)器192K字可尋址存儲(chǔ)空間，在

C548和C549中存儲(chǔ)空間可擴(kuò)展至8M字片內(nèi)ROM，可配置為程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)雙尋址RAM片內(nèi)單尋址RAM4在片外圍電路軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路片內(nèi)鎖相環(huán)時(shí)鐘（PLL）發(fā)生器全雙工串行口時(shí)分多路串行口緩沖串行口16位可編程定時(shí)器8位并行主機(jī)接口外部總線開關(guān)控制數(shù)據(jù)總線具有總線保持器特性5指令系統(tǒng)單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作塊存儲(chǔ)器傳送指令32位長(zhǎng)操作數(shù)指令同時(shí)讀入2或3個(gè)操作數(shù)指令能并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令條件存儲(chǔ)指令從中斷快速返回6、電源可用IDLE1,IDLE2,IDLE3指令控制功耗，以工作在省電方式

CLKOUT輸出信號(hào)可以關(guān)斷7、在片仿真接口具有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口8、速度單周期定點(diǎn)指令的執(zhí)行時(shí)間為25/20/15/12.5/10ns(40/50/66/80/10/MIPS）2.2總線結(jié)構(gòu)

C54x片內(nèi)有8條16位主總線——4條程序/數(shù)據(jù)總線和4條地址總線。程序總線（PB）：傳送取自程序存儲(chǔ)器的指令代碼和立即操作數(shù)3條數(shù)據(jù)總線（CB、DB、EB）：將內(nèi)部各單元連結(jié)在一起。4條地址總線（PAB、CAB、DAB、EAB）：傳送執(zhí)行指令所需的地址。2.3中央處理單元40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元2個(gè)40位累加器移位16至30位的桶形移位寄存器乘法器/累加器單元16位暫存器16位轉(zhuǎn)移寄存器比較、選擇和存儲(chǔ)單元指數(shù)編碼器CPU狀態(tài)和控制寄存器（ST0、ST1、PMST）AGAHALBGBHBL4、乘法器/累加器單元

完成MAC，利于卷積、相關(guān)和濾波運(yùn)算。小數(shù)相乘方式：ST1中FRCT=1，乘法結(jié)果左移一位，以消去多余的符號(hào)位。5、比較，選擇和存儲(chǔ)單元CCSU——Viterbi算法P176、指數(shù)編碼器（用于定點(diǎn)和浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換）1）求累加器中數(shù)的指數(shù)值=冗余符號(hào)位－82）累加器內(nèi)容歸一化7、CPU狀態(tài)和控制寄存器

ST0、ST1：包含各種工作條件和工作方式的狀態(tài)

PMST：包含M的設(shè)置狀態(tài)及其它控制信息。

ST0的結(jié)構(gòu)如圖2-5，含義見表2-3。1513121110980ARPTCCOVAOVBDP圖2-5ST0寄存器ST1如圖2-6，含義見表2-41514131211109876540BRAFCPLXFHMINTM0OVMSXMC16FRCTCMPTASM圖2-6ST1寄存器1576543210MP/IPTROVLYAVISDROMCLKOFFSMUL＋SST＋圖2-7PMST寄存器位符號(hào)功能15~13ARP輔助寄存器指針12TC測(cè)試/控制位11C進(jìn)位位10OVA累加器A溢出9OVB累加器B溢出8~0DP數(shù)據(jù)頁(yè)指針ARPTCCOVAOVBDP2.4存貯器1、C54x的總存儲(chǔ)空間為192K字：64K字的程序存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)要執(zhí)行的指令及其所用的系數(shù)表。64K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，存儲(chǔ)要執(zhí)行指令的數(shù)據(jù)。64K字的I/O空間，與M映像外圍設(shè)備相接口，也可以作為附加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用。2、片內(nèi)M形式：ROM(只讀),SARAM(單尋址),DARAM(雙尋址)片內(nèi)M的優(yōu)點(diǎn)：不需要插入等待狀態(tài)，成本低，功耗低片外M的優(yōu)點(diǎn)：能尋址較大的存儲(chǔ)空間。

2.4.1存儲(chǔ)器空間2.4.2程序存儲(chǔ)器2.4.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.4.4I/O存儲(chǔ)器2.4.5程序和數(shù)據(jù)的安全性2.4.1存儲(chǔ)器空間‘C54x通過(guò)PMST（P19）3個(gè)狀態(tài)位，可以方便的“使能”和“禁止”程序空間中的片內(nèi)存儲(chǔ)器。這3個(gè)狀態(tài)位是：MP/MC位若MP/MC=0，則片內(nèi)ROM安排到程序空間；若MP/MC=1，則片內(nèi)ROM不安排到程序空間。OVLY位若OVLY=1，則片內(nèi)RAM安排到程序和數(shù)據(jù)空間；若OVLY=0，則片內(nèi)RAM只安排到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。DROM位當(dāng)DROM=1，則部分片內(nèi)ROM安排到數(shù)據(jù)空間；當(dāng)DROM=0，則片內(nèi)ROM不安排到數(shù)據(jù)空間。例1‘C541存儲(chǔ)器圖（P21圖2-8）例1C541存儲(chǔ)器圖（P24圖2-13&P28圖2-18）左1、MP/MC=1,OVLY=0,DROM=0程序存儲(chǔ)器外部程序存儲(chǔ)器外部中斷，復(fù)位，向量及保留單元0000HFF80HFFFFHUP狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器MMRM映像regSPRAM暫存器片內(nèi)DARAM(5K字)外部數(shù)存0000H005FH0060H007FH0080H13FFH1400HFFFFH2、（P24圖2-13&P28圖2-18）右圖若MP/MC=0，片內(nèi)ROM28K字(9000-FF7F)

程序M片內(nèi)復(fù)位和中斷向量(FF80-FFFF)----程序若OVLY=1，片內(nèi)5K字DARAM可作為程序若DROM=1，片內(nèi)8K字可作為數(shù)存(E000-FEFF)

片內(nèi)中斷和保留單元可作為數(shù)存(FF00-FFFF)

例2：C548存儲(chǔ)器圖例2：C548存儲(chǔ)器圖

C548采用分頁(yè)技術(shù)：分128頁(yè)，每頁(yè)64K，程序空間可擴(kuò)展為：12864K=223=8192K字增加了一個(gè)額外的存儲(chǔ)器映像寄存器XPC(程序計(jì)數(shù)擴(kuò)展寄存器）6條指令（尋址擴(kuò)展程序空間的指令）OVLY=0(片內(nèi)RAM不映像到程序空間)程序空間外外外外外0000007F00801FFF20007FFF8000FF7FFF80FFFFC548將程序空間分128頁(yè)XPC=0…127每頁(yè)64KOVLY=1(片內(nèi)RAM映像為程序和數(shù)據(jù)空間)當(dāng)片內(nèi)RAM安排到程序空間時(shí)，每一頁(yè)程序存儲(chǔ)器分為公共32K字（頁(yè)共享）各自獨(dú)立32K字（按指定頁(yè)號(hào)尋址）內(nèi)內(nèi)內(nèi)外外Program00007FFFFFFF32K字32K字內(nèi)內(nèi)內(nèi)內(nèi)外Data32K字32K字00007FFFFFFF注意：，在片ROM被尋址，它只能在0頁(yè)，不能映像到程序其他頁(yè)。(P26)例2：C548存儲(chǔ)器圖2.4.2程序存儲(chǔ)器C54x的外部程序存儲(chǔ)器可尋址64K的存儲(chǔ)空間。C54x的片內(nèi)ROM、雙尋址RAM以及單尋址RAM，都可以通過(guò)軟件映像到程序空間。如果程序地址生成器發(fā)出的地址在片內(nèi)存儲(chǔ)器地址范圍以外，處理器就能自動(dòng)的對(duì)外部尋址。C54x的片內(nèi)ROM容量有大有小：

大的（24K、28K、48K)—可把用戶的程序代碼寫進(jìn)去；小的（2K字）--TI公司固化程序固化內(nèi)容：自舉加載程序，256字μ律壓擴(kuò)表，256字A律壓擴(kuò)表，256字正弦函數(shù)值查找表，中斷向量表。2.4.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器C54x的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量可達(dá)64K。用戶可以通過(guò)設(shè)置PMST寄存器的DROM位，將部分片內(nèi)ROM映像到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址產(chǎn)生器發(fā)出的地址不在片內(nèi)存儲(chǔ)器的范圍內(nèi)時(shí)，處理器就會(huì)自動(dòng)的對(duì)外部尋址。在雙操作數(shù)尋址時(shí)，如果操作數(shù)駐留在同一塊內(nèi)，則需要2個(gè)周期；否則，只需要1個(gè)周期。存儲(chǔ)器映像CPU寄存器（0000H～001FH）和存儲(chǔ)器映像片內(nèi)外圍電路REG（0020H～005FH），它們映象到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0頁(yè)。它們可用來(lái)傳送數(shù)據(jù)、設(shè)置和清除控制REG中位可使能、禁止、初始化，外設(shè)不用時(shí)，內(nèi)部時(shí)鐘關(guān)閉、省功耗，通過(guò)中斷、串口、定時(shí)器與CPU同步。2.4.4I/O存儲(chǔ)器C54x有一個(gè)I/O存儲(chǔ)空間，它是一個(gè)64K字的地址空間（0000h-FFFFh)，都在片外?？梢杂脙蓷l指令（PORTR和PORTW）對(duì)I/O空間尋址。2.4.5程序和數(shù)據(jù)的安全性ROM級(jí)從片內(nèi)RAM或從外部程序存儲(chǔ)器取指并執(zhí)行時(shí)，不能讀出片內(nèi)ROM中的內(nèi)容。ROM/RAM級(jí)從片外程序存儲(chǔ)器取指并執(zhí)行時(shí)，不能讀出片內(nèi)ROM和片內(nèi)RA