第二章TMS320C5416 的硬件結(jié)構(gòu).ppt

1、TMS320C5416 的硬件結(jié)構(gòu),第 二 章,本章的內(nèi)容：,2.1 引言 2.2 中央處理器(CPU) 2.3 總線結(jié)構(gòu) 2.4 存儲器 2.5 片內(nèi)外圍結(jié)構(gòu),TMS320C5416是TI公司新推出的16位定點數(shù)字信號 處理器，目前為全球應(yīng)用最廣泛的DSP芯片。 TMS320C5416 DSP硬件結(jié)構(gòu)包括6大部分： （1）中央處理器（CPU）；（2）內(nèi)部總線控制； （3）特殊功能寄存器； （4）存儲器； （5）I/O擴展口，串口，并口，HPI； （6）定時器，中斷。,2.1 引 言,General DSP System Block Diagram,17x17 MAC Unit Saturat

2、ion and Rounding Hardware Two 40-bit ACCs 40-bit ALU 40-bit Barrel Shifter Temporary Register Exponent Encoder Program and Data Address Generation Units Compare, Select and Store Unit 4 Internal Bus Pairs External Interface,C54x Block Diagram,40位算術(shù)邏輯運算單元（ALU），包括1個40位桶 形移位寄存器和2個獨立的40位累加器。 1717位并行乘法器，

3、與40位專用加法器相連， 用于非流水線式單周期乘法 / 累加（MAC）運算。 比較、選擇、存儲單元（CSSU），用于加法 / 比較選擇。 指數(shù)編碼器 CPU狀態(tài)和控制寄存器,22 中央處理器（CPU）,2. 2. 5 CPU狀態(tài)和控制寄存器,C5416有3個狀態(tài)和控制寄存器： * 狀態(tài)寄存器0（ST0） * 狀態(tài)寄存器1（STl） ST0和STl中包含各種工作條件和工作方式的狀態(tài) 。 * 處理器工作方式狀態(tài)寄存器（PMST） PMST中包含存儲器的設(shè)置狀態(tài)及其它控制信息 。,2. 2. 1 算術(shù)邏輯運算單元ALU,C5416 CPU中的ALU是40bit ，它包括1個40位桶形移位寄存器和2個

4、獨立的40位累加器。 （1）桶形移位器：其任務(wù)是為輸入的數(shù)據(jù)定標(biāo)。 在ALU運算前，對來自數(shù)據(jù)存儲器的操作數(shù)或者累加器的值進行定標(biāo)。 對累加器的值進行算術(shù)或邏輯移位。 對累加器歸一化處理。 對累加器的值存儲到數(shù)據(jù)存儲器之前進行定標(biāo)。 （2）累加器A和B,桶形移位器（Barrel Shifter),累加器結(jié)構(gòu),累加器A和B之間唯一區(qū)別,2. 2. 2 乘法器加法器單元,C5416 CPU有一個17位17位的硬件乘法器，它與一個40位專用加法器相連，可執(zhí)行： * 無符號數(shù)乘法 ； * 有符號數(shù)乘法 ； * 無符號數(shù)與有符號數(shù)相乘 。,DSP Requires Multiply and Accumu

5、late,比較選擇 和存儲單元 結(jié)構(gòu),2.2.3 比較選擇和存儲單元 (CSSU),2. 2. 3 比較、選擇和存儲單元（CSSU）,* Viterbi算法是DSP處理中一種搜索算法。,2. 2. 4 指數(shù)編碼器,指數(shù)編碼器也是一個專用硬件。有了它，可以在單個周期內(nèi)執(zhí)行EXP指令，求得累加器中數(shù)的指數(shù)值，并以2的補碼形式（一831）存放到T寄存器中。,C5416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。這些總線的功能如下： * 程序總線（PB）傳送取自程序存儲器的指令代碼和立即操作數(shù)。 * 3條數(shù)據(jù)總線（CB、DB和EB）將內(nèi)部各單元(如CPU、數(shù)據(jù)地址生成電路、程序地址生成電路

6、、在片外圍電路以及數(shù)據(jù)存儲器)連接在一起。,23 總線結(jié)構(gòu),CB和DB傳送讀自數(shù)據(jù)存儲器的操作數(shù)。 EB傳送寫到存儲器的數(shù)據(jù)。 * 4個地址總線（PAB、CAB、DAB和EAB）傳送執(zhí)行指令所需的地址。 C5416可以利用兩個輔助寄存器算術(shù)運算單元（ARAU0和ARAU1），在每個周期內(nèi)產(chǎn)生兩個數(shù)據(jù)存儲器的地址。,總線結(jié)構(gòu)圖：,Internal Memory,External Memory,External: 1 access / cycle up to 8M words program,Internal: Up to 4 accesses / cycle,讀寫訪問中的總線使用,存儲器資源,程

7、序空間: 程序代碼、常系數(shù)表格,數(shù)據(jù)空間：程序處理時的數(shù)據(jù)和結(jié)果,I/O空間 ：映射為外部設(shè)備、擴展外 部數(shù)據(jù)存儲器等,24 存儲器,TMS320C5416 芯片內(nèi)部有RAM和ROM，這有助于系統(tǒng)的集成: 可擴展至8M16bit 外部程序存儲器 128K16bit片內(nèi)RAM，其中包括8個8K16bit片內(nèi)雙尋址程序 / 數(shù)據(jù)RAM （DRAM），8個8K16bit片內(nèi)單尋址程序RAM（SARAM） 16K16bit片內(nèi)固化程序ROM（引導(dǎo)程序）,1. 數(shù)據(jù)存儲器,TMS320C5416數(shù)據(jù)存儲器的容量為64K16bit，數(shù)據(jù)存儲器存放執(zhí)行指令所要用的數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)刂钒l(fā)生器的地址在片內(nèi)存儲器范圍內(nèi)時

8、，處理器就對片內(nèi)的RAM尋址；反之處理器就會自動對片外的RAM尋址。與片外數(shù)據(jù)存儲器相比，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器具有如下優(yōu)點：,（1）數(shù)據(jù)讀寫不需插入等待周期 （2）片內(nèi)ALU（算術(shù)邏輯單元）采用了高效的流水線 （3）低成本 （4）低功耗 當(dāng)然片外的數(shù)據(jù)存儲器能提供更大的存儲空間，這是片內(nèi)存儲器無法比擬的。,與片外數(shù)據(jù)存儲器相比，片內(nèi)存儲器優(yōu)勢：,TMS320C5416的程序存儲器空間用于存放要執(zhí)行的指令和執(zhí)行中所用的系數(shù)表。用戶的程序代碼可以置于片內(nèi)或片外程序存儲器。,2. 程序存儲器,TMS320C5416在程序存儲器空間利用分頁擴展技術(shù)，可以訪問8192K的程序存儲空間。 C5416的如下特性，

9、使得分頁擴展技術(shù)的實現(xiàn)： （1）23位地址線替代以往的16位地址線；,3. 擴展程序存儲器,（2）一個獨立的存儲器映射寄存器，即程序計數(shù)擴展寄存器XPC ；XPC寄存器的設(shè)置用于定義頁面選擇，該寄存器在數(shù)據(jù)存儲區(qū)的映射地址是001Eh。在硬件復(fù)位時，XPC被初始化為0。 （3）6條獨具的指令，用于尋址擴展程序存儲器空間。C5416的程序存儲器空間被劃分為128頁，每頁64K字長。,4. I/O存儲器,是一個64K字的地址空間（0000HFFFFH），都在片外，可以用兩條指令（輸入指令PORTR 和PORTW輸出指令）對I/O空間尋址,5. 裝載引導(dǎo)的片內(nèi)程序存儲器,64K16bit的雙訪問RA

10、M（DARAM） 64K16bit的單訪問RAM（SARAM） DRAM的分塊 SRAM的分塊,6. 片內(nèi)RAM,7. TMS320C5416存儲器映射,存儲器配置標(biāo)志位,MP/MC位,DROM位,OVLY位,0 片內(nèi)ROM使能并能夠訪問,1 表示片內(nèi)ROM無法訪問,0 片內(nèi)RAM只映射在數(shù)據(jù)空間,1 片內(nèi)RAM同時映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間,0 片內(nèi)ROM的不映射到數(shù)據(jù)空間,1 片內(nèi)ROM的一部分映射到數(shù)據(jù)空間,擴展的程序存儲器映射,擴展的程序存儲器映射(續(xù)),存儲器映象CPU寄存器,軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器SWWSR； 可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路； 并行I/O口； 增強型8 / 16位并行主機接

11、口（HPI 8/16） 1個16位定時器； 增強型擴展總線接口（XIO2） 6個直接訪問存儲控制器（DMA）； 3個多通道緩存串行口（McBSPs）； 外部時鐘源的片內(nèi)可編程鎖相環(huán)(PLL)時鐘發(fā)生器。,2. 5. 1 TMS320C5416片內(nèi)外圍結(jié)構(gòu)：,25 片內(nèi)外圍結(jié)構(gòu),SWCR,3并行I/O口 TMS320C5416有64K字的I/O口，指令PORTR（端口讀）或 PORTW（端口寫）可以對I/O口進行訪問。,4增強型16位并行主機接口（HPI 8/16）,主機接口(HPI)是一個16bit的并行口，提供C5416與16bit的主處理機接口。 C5416的增強型HPI不同于其他的DSP

12、在于：若C5416的HPI為從屬模式，主處理機可以訪問C5416的片內(nèi)所有的存儲器，且與C5416的時鐘同步，即C5416和主機都可以訪問C5416的片內(nèi)存儲器，并且通過它進行信息交換。若兩者訪問處于同一地址，則主機具有優(yōu)先權(quán)，C5416需要等待一個周期。,C5416與主機的連接,5多通道緩存串行口McBSPs,TMS320C5416具有3個高速、全雙工、多通道緩存串行口McBSPs，可以直接與C54x/LC54x器件相連。 C5416多通道緩存串行口McBSPs由數(shù)據(jù)通路和控制通路組成，BDX、BDR、BFSX、BFSR、BCLKX和BCLKR組成控制與數(shù)據(jù)通路，與外圍設(shè)備連接。,全雙工通訊

13、； 雙倍緩沖的數(shù)據(jù)存儲器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流； 獨立的接收、發(fā)送幀和時鐘信號； 可以直接利用多種串行協(xié)議接口通訊，例如T1E1、MVIP、IOM-2、AC97、IIS、SPI等； 發(fā)送和接收通道數(shù)最多可以達到128路； 寬范圍的數(shù)據(jù)格式選擇，包括8、12、16、20、24、32位字長； 律或A律的壓縮擴展通訊； 幀同步信號和時鐘信號的極性可編程； 內(nèi)部時鐘及幀信號可編程。,6硬件定時器,C5416有一個帶有4bit預(yù)定標(biāo)器的16bit定時電路。這個定時計數(shù)器在每個時鐘周期CLKOUT結(jié)束后減1，每當(dāng)計數(shù)器減至0時，就會產(chǎn)生一個定時中斷?？梢酝ㄟ^設(shè)置特定的狀態(tài)位可以使定時器停止、恢復(fù)運行、復(fù)位或禁

14、止。,7時鐘發(fā)生器 時鐘發(fā)生器用于給C5416提供時鐘，也可以給用戶提供不同頻率的時鐘。時鐘發(fā)生器由一個內(nèi)部振蕩器和一個鎖相環(huán)電路PLL組成。,DSP系統(tǒng)的時鐘電路,由外部晶振和內(nèi)部鎖相環(huán)產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘,由外部振蕩器直接產(chǎn)生時鐘信號作為DSP的輸入,C5416外部參考時鐘設(shè)計,兩種時鐘模式 ClKOUT=CLKIN*N,8增強型擴展并行口XIO2,C5416擴展接口與以往C54x相比具有如下一些新的特點：簡化總線時序；讀寫互不干擾；外部存儲器訪問DMA控制器；最優(yōu)的省電模式。 C5416的總線時序保留了以往C54x的功能，而且更為簡單。外設(shè)訪問只需三個時鐘周期（一個頭，一個讀或?qū)懖僮?，一個尾），

15、頭、尾周期有效的阻止了讀、寫操作轉(zhuǎn)換時的干擾。,9直接存儲器訪問DMA控制器,DMA控制器可以在沒有CPU參與下進行的存儲空間中的數(shù)據(jù)搬移，這些數(shù)據(jù)搬移可以是在片內(nèi)存儲器、片外存儲器或外部設(shè)備之間，而且是在CPU后臺進行的。C5416的DMA控制器由6個相互獨立并且可編程的傳輸通道組成，允許進行4個不同內(nèi)容的DMA傳輸。,后臺操作：DMA控制器可以獨立于CPU工作； 6個相互獨立并且可編程的傳輸通道； 在片內(nèi)與片外存儲器訪問，DMA比CPU具有更高的優(yōu)先權(quán)； 每個通道都具有獨立并且可編程的優(yōu)先權(quán)； 地址產(chǎn)生方式可編程：每個通道的源地址寄存器和目標(biāo)地址寄 存器對于每次讀寫都是可設(shè)置的。地址可以是常量，遞增、遞減，或是設(shè)定地址索引值； 自動初始化：每傳送完一塊數(shù)據(jù)，DMA通道就會