数字信号处理器(DSP)及其应用(5-8)

数字信号处理器（DSP）及其应用胡晓东[e-mail]第5章TMS320C54xDSP天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东概述与C55x同属于TMS320C5000系列TMS320C54x系列是面向手持式无线通信产品的DSP器件，其特有的指令可高效执行数字式便携电话中所采用的语音编码解码器的软件低功耗，其内核电路中将逻辑电路、模拟组件、大容量存储器及RISC（精简指令集计算）等集成化，在仪器仪表中也得到广泛应用天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东hearingaidsdiskdrivesApplicationsInternetaudiocellphonesPDAs&streamingaudio/videodigitalcameras天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东TMS320C54X的资源配置TMS320C54X指令周期（ns）工作电压（V）片内RAM（字）片内ROM（字）串行口BSPHPIC54120/255/3.3/3.05K28K2个标准口C54220/255/3.3/3.010K2K1个TDM口11C54320/253.3/3.010K2K1个TDM口1C54520/253.3/3.06K48K1个标准口11C54620/253.3/3.06K48K1个标准口1C54815/20/253.3/3.032K2K1个TDM口21LC/VC54910/12.5/153.3/2.532K16K1个TDM口21VC5402103.3/1.816K4K21区别：片内存储器容量、外设、供电电压、速度及封装天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东TMS320C5000天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东基本结构总线结构8条16位总线：程序总线（PB），数据总线（CB（读）、DB（读）、EB（写）），地址总线（PAB、CAB、DAB、EAB）中央处理单元（CPU）40位算术逻辑单元（ALU）、2个40位累加器、乘累加单元（MAC，17×17乘，40位加）、移位寄存器、程序和数据寻址单元内部存储器片内ROM（程序和数据，引导装入程序）、单访问RAM（SARAM，每个机器周期访问一次）、双访问RAM（DARAM，每个机器周期访问两次）、片内存储器的安全（掩膜）、存储器映射寄存器片内外设与专用硬件电路通用I/O引脚（BIO\输入，XF输出）、各种类型的串口、主机接口（HPI）、定时器、时钟发生器、锁相环、各种控制电路、JTAG天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东程序总线（PB）传送取自程序存储器的指令代码和立即操作数3条数据总线（CB、DB、EB）将内部各单元连接在一起CB、DB传送读自数据存储器的操作数EB传送写到存储器的数据4个地址总线（PAB、CAB、DAB、EAB）传送执行指令所需的地址天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东两个辅助寄存器算术运算单元（ARAU0和ARAU1）在每个周期内产生两个数据存储器的地址PB能将存在程序空间中的操作数，传送到乘法器和加法器（执行乘法/累加操作），或通过数据传送指令（MVPD和READA）传送到数据空间的目的地。连同双操作数的特性，支持在一个周期内执行3操作数指令（如FIRS）FIRSXmem,Ymem,pmad实现一个对称的有限冲激响应（FIR）滤波器累加器A的高端（32－16）和由pmad寻址得到的Pmem相乘，乘法结果与累加器B相加并放在累加器B中，Xmem和Ymem相加后的结果左移16位放入累加器A中FIRS*AR3+,*AR4+,COEFFS天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东各种读/写方法用到的总线读/写方式地址总线程序总线数据总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序读√√程序写√√单数据读√√双数据读√√√√长数据读√√√√单数据写√√数据读/数据写√√√√双数据读/系数读√√√√√√外设读√√外设写√√天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东C54x外部总线接口外部存储器外部I/OD(15-0)A(15-0)PS\，DS\，IS\天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东C54x中央处理单元TOBUSESMACALU17X17MPY40BITADDERRND,SAT40BITALUCMPSOPERATOR(VITERBI)EXPENCODERSHIFTERACCUMULATORS40BITBARREL(-16,31)40BITACCA40BITACCBADDRESSINGUNIT8AUXILIARYREGISTERS2ADDRESSINGUNITS3个状态和控制寄存器天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东ST0状态寄存器ARP－辅助寄存器指针（辅助寄存器寻址）TC－测试/控制位，存储了ALU测试位操作的结果，受BIT，BITF，CMPM，CMPR，CMPS，SFTC指令的影响（条件跳转、调用和返回）C－如果加法产生进位C为1，减法产生借位C为0。ADD指令只能置位C，而SUB指令只能清COVA－累加器A溢出标志OVB－累加器B溢出标志DP－数据存储空间页标志（直接存储器寻址）15－1312111098－0ARPTCCOVAOVBDP天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东ST1状态寄存器BRAF－块重复指示（1表示处于激活状态，RPTB指令）CPL－编译器模式，指示相对直接寻址选用指针。CPL＝0，使用DP指针；CPL＝1，使用SP指针XF－指示外部引脚XF状态HM－挂起方式。指示CPU响应信号的方式。HM＝0，外部接口呈高阻；HM＝1，CPU停机INTM－全局中断控制位。INTM＝0，开中断；INTM＝1，屏蔽可屏蔽中断OVM－溢出处理方式。指示发生溢出时，对累加器中数值的处理。OVM＝0，溢出值不变；OVM＝1，载入正向最大值007FFFFFFFH或负向最大值0080000000H151413121110987654-0BRAFCPLXFHMINTM0OVMSXMC16FRCTCMPTASM天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东ST1状态寄存器（续）SXM－符号扩展方式。SXM＝0，符号不扩展；SXM＝1，数据被ALU使用前先行符号扩展C16－C16＝0，ALU操作采用双精度方式（全32位方式），C16＝1，ALU操作采用双16位方式FRCT－小数模式。FRCT＝1，乘法器输出左移一位补偿多余的符号位CMPT－兼容模式。CMPT＝0，ARP在只有单数据存储器操作数的间接寻址方式中不更新，在这种方式下，ARP必须总置0；CMPT＝1，ARP在上述条件下更新，除非使用AR0ASM－累加器移位数。规定了移位范围-16－15，用于并行存储指令STH、STL、ADD、SUB和LD天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东PMST处理器模式寄存器IPTR－中断矢量指针。此9位指向内存空间中以128字为单位的页首址。即中断矢量必须位于页的起始部分。复位后IPTR为1FFH，指向FF80H的位置，可重新定义到任何页－微机/微处理器模式。＝0，微机模式，片内ROM可访问；＝1，微处理器模式，片内ROM不可访问OVLY－片内RAM是否配置入程序空间。OVLY＝0，片内RAM不配置入程序空间；OVLY＝1，除00－7FH外，片内RAM配置入程序空间AVIS－地址可访问设置位。控制对内部程序访问时，地址数据是否显示在地址线上。AVIS＝0，不显示；AVIS＝1，显示DROM－数据ROM配置。DROM＝0，片内ROM不配置在数据空间；DROM＝1，部分片内ROM配置在数据空间CLKOFF－CLKOUT关闭。CLKOFF＝1，CLKOUT输出禁止，保持高电平SMUL－乘法溢出处理SST－存储溢出处理15－76543210IPTRMP/MCOVLYAVISDROMCLKOFFSMULSST天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东算术逻辑单元ALU40比特的ALU，两个输入，一个输出（通常是累加器A或B）X端输入来自移位器的输出或经过数据总线DB的数据存储器中的操作数Y端输入来自累加器A或B、经过数据总线CB的数据存储器中的操作数、寄存器T中的值算术运算时：可分为两个16位的ALU使用，即1个周期可同时完成两个16位的操作溢出处理（ST1寄存器OVM位）进位位（C）双16位算术模式（ST1寄存器C16位）天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东算术逻辑单元ALU比较选择和存储单元CSSU：维特比（Viterbi）运算双16位算术模式CMPSB，*AR3;If(B(31-16)B(15-0)then;(*AR3)=B(31-16);;else(*AR3)=B(15-0);指数编码器：支持单周期EXP指令天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东累加器（A和B）MAC或ALU的目的寄存器低位字（0－15）、高位字（16－31）、保护位（32－39）－防止迭代运算的溢出保存累加器的内容移位后用STH或STLA=FF43211234hSTHA，8，TEMP；TEMP＝2112hSTLA，8，TEMP；TEMP＝3400h移位和循环移位专用指令：FIRS、LMS、SQDST天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东移位寄存器移位值可以以立即数形式定义，或存放在状态寄存器ST1的累加器移位模式字段中，或存放在T寄存器ADDA，－4，B；累加器A右移4位加到BADDA，ASM，BNORMA；按T寄存器的数值对累加器归一化（移位数T寄存器决定）天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东乘累加单元1个17×17位的乘法器和1个40位的专用加法器两个有符号数相乘：乘数和被乘数在最高位前添加1个符号位（16→17），再相乘无符号数乘无符号数相乘，最高位添加“0”，（16→17），再相乘有符号数与无符号数相乘，有符号数添加1个符号位，无符号数添加“0”，再相乘ST1小数模式位，自动左移1位去除1个多余的符号位MAC、MACD、MACP天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东存储器C54x的存储空间可达192K16比特字，64K程序空间，64K数据空间，64KI/O空间在一个机器周期内，C54x可以执行4条并行存储器操作：取指令，两操作数读，一操作数写使用片内存储器有三个优点：高速执行（不需要等待），低成本，低功耗复位后，中断矢量表位于程序区FF80H位置，可重新定位于程序空间任何一个128字的页面DARAM：在单机器周期内能够访问2次SARAM：在单机器周期内只能访问1次存储器映射寄存器：CPU寄存器（26，0－1F），外设寄存器（20h－50h）天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东存储器空间微处理器，Microprocessor系统复位后，从位于片外的程序存储区(EPROM)开始执行微计算机，Microcomputer系统复位后，从位于片内的程序存储区(ROM)开始执行PMST寄存器的MP/MC位决定DSP工作在何种方式下0，微计算机方式，片内ROM映射到程序空间1，微处理器方式，片内ROM禁止软件修改或MP／MC引脚电平设置OVLY控制片内RAM为P存储器或D存储器0，片内RAM只作为数据空间1，同时被映射到程序和数据存储器，访问程序区可使用访问数据区的指令DROM位，1－部分片内ROM安排到数据空间，0－片外天津大学精密仪器与光电子工程学院胡晓东OVLY=1：保留OVLY=0：外部存储器OVLY=1：保留OVLY=0：外部存储器存储器映射寄存器程序空间程序空间数据空间地址地址地址暂存寄存器000000000000005F0060007F007F007FOVLY=1：片内DARAMOVLY=0：外部OVLY=1：片内DARAMOVLY=0：外部片内DARAM外部外部片内ROM保留中断字及保留（外部）中断字及保留（内部）DROM=1：片内DARAMDROM=0：外部MP/