DSP原理及应用PPT教程第四章 程序流程控制.ppt

第四章 程序流程控制,程序流程：指的是指令的执行顺序。C55x中影响指令执行顺序的主要有：程序跳转(分支)指令重复执行 条件执行 中断 程序调用 程序的流程控制主要与指令缓冲单元(I单元)和程序流程单元(P单元)有关。,第四章 程序流程控制,P单元产生24位的程序地址，并放到PAB总线上。I单元的IBQ从32位的程序总线读取32比特的指令代码。译码器从IBQ中读取48比特的指令进行译码，将指令和立即数分派到相应的单元执行。,第四章 程序流程控制,一、跳转(分支)跳转：通过跳转指令改变PC的值，使程序跳到指令指定的分支地址执行。跳转指令可以是有条件的，也可以是无条件的。1、条件跳转 判断条件cond，如果条件成立则将目标地址装入PC，完成跳转。(1)BCC 14,cond；4比特长相对PC的无符号偏移(2)BCC L8,cond；8比特长相对PC的有符号偏移(3)BCC L16,cond；16比特长相对PC的有符号偏移(4)BCC P24,cond；24比特的绝对地址。,第四章 程序流程控制,在指令流水线的读（R）环节判断条件cond；cond条件可以是寄存器ACx，ARx，Tx与0值的比较，也可以是测试位TCx以及进位标志CARRY的值。若条件为真，就把l4、L8、L16、P24指定的程序地址装入PC中，完成分支跳转。跳转指令不能重复执行。举例：,004055 BCC branch，*AR0!=#0004056 00F05A branch:.,程序地址,假设AR0的值为3000，AR0的值不等于0，条件为真，跳转到标号为branch处执行，这时PC=00F05A,第四章 程序流程控制,2、无条件跳转 不需要满足任何条件，直接将目标地址装入PC。(1)B ACx；把ACx的低24位的值装入到PC中(2)B L7；7比特长相对PC的有符号偏移(3)B L16；16比特长相对PC的有符号偏移(4)B P24；24比特的绝对地址,举例：MOV#1，AC1 B branch；address:004042:MOV#2,AC1 branch:；address:006047:MOV#0,AC1,跳转前 PC 004042 AC1 00 0000 0001跳转后 PC 006047 AC1 00 0000 0000,第四章 程序流程控制,二、指令重复指令重复：指重复执行一定次数的一条或者一段指令。包括无条件单指令重复，有条件单指令重复，块重复三种形式。1、无条件单指令重复：(1)RPT#n；将下一条指令重复执行n+1次(2)RPT CSR；CSR单重复寄存器，下一条指令重复CSR+1次(3)RPTADD CSR,TAx；下一条指令重复CSR+1次后，TAx+CSR-CSR(4)RPTADD CSR,k4；下一条指令重复CSR+1次后，CSR+k4-CSR(5)RPTSUB CSR,k4；下一条指令重复CSR+1次后，CSRk4-CSR,第四章 程序流程控制,举例：RPTADD CSR,T1 MOV*AR0,T0；重复 CSR+1次后，T1的值加到CSR中。2、有条件单重复指令 RPTCC k8，cond；当条件为真时，下一条指令重复K8+1次 每次重复在流水线的执行(X)阶段检查cond定义的条件，当条件不满足时，停止单指令重复。最大重复执行次数为28-1=255举例：RPTCC#7，AC1#0 ADD#1，AC0；AC0=AC0+1,执行流水线分为8个环节：F/，D，AD，AC1，AC2，R，X，W,第四章 程序流程控制,以下指令不能用做单指令循环体：B；跳转 IDLE；空闲指令 RPTBLOCAL；块重复 RESET；软件复位 MOV RPTC,TAx；RPTC单指令重复计数器 TRAP；软件陷阱 MOV dbl(Lmem),RETA RPTB；块重复 CALL；子程序调用 RPT；单指令重复 INTR；中断陷阱 XCC；条件执行 RET；从子程序返回,第四章 程序流程控制,3、块重复：同时重复多条指令。块重复(块循环)的语法形式为：(1)RPTBLOCAL label(2)RPTB label执行步骤：(1)重复执行次数由块重复计数器(BRC0或BRC1)定义。(2)由RPTB或RPTBLOCAL定义块的开始地址，并放入到块重复起始地址寄存器(RSA)中。(3)由RPTB或RPTBLOCAL后面的标号(label)定义块的结束地址，并放到块重复结束地址寄存器(REA)中。,第四章 程序流程控制,特点：（1）由于BRC0或BRC1是16比特计数器，所以最大重复次数是64k，在初始化块重复计数器时，其值应为实际重复次数减1。（2）一个循环体内的最小执行周期为2个机器周期。RPTBLOCAL和RPTB区别RPTBLOCAL被定义为指令缓冲队列(IBQ)的本地循环，即直接从IBQ中获取循环体指令，这样可以减少功率消耗，但是循环体指令的字数不能超过56个字节。当循环体指令超过56个字节时，使用RPTB块循环。,第四章 程序流程控制,支持两层块循环 一层循环(外循环)：BRC0,RSA0,REA0；二层循环(内循环)：BRC1,RSA1,REA1，BRS1；内循环完成后跳到外循环执行。如果再次进入内循环，则不需要初始化BRC1，块重复备份寄存器(BRS1)自动保存内循环块的重复次数。任何一个块循环内都可以嵌套单指令重复。所以C55x可以支持三层指令循环。,第四章 程序流程控制,块重复举例 MOV#31，BRC0；对外循环块重复计数器BRC0赋值，重复32次。MOV#127，BRC1；对内循环块重复计数器BRC1赋值，重复128次。RPTB OuterLoop；定义外循环块的起始地址。MOV#0，AC0 RPTB InnerLoop；定义内循环块的起始地址。MAC*AR0，*CDP+,AC0 MOV*AR3+，T0 InnerLoop:；内循环块的结束地址。SUB#(127*2)，AR0 OuterLoop:；外循环块的结束地址。NOP,第四章 程序流程控制,三、条件执行 条件执行：即有条件的执行下一条指令。XCC label，cond XCCPART label，cond注：使用这两条指令时，必须注意条件作用的流水线阶段不同。例1：如果T0=0 XCCPART label，T0!=#0 ADD*AR2+，AC0 label：MOV*AR2，AC0,AR指针的修改是在流水线的寻址阶段(AD)发生的，而使用XCCPART从流水线的寻址阶段(AD)到读操作数(R)阶段都是无条件的，只有在流水线执行(X)阶段才是有条件的。故无论条件T0!=#0成立与否，AR2都会被修改。,条件满足：即T0!=#0，执行ADD指令，AR2被修改条件不满足：执行MOV指令，但在执行该指令前，AR2指针已被修改了。,执行流水线分为8个环节：F/，D，AD，AC1，AC2，R，X，W,第四章 程序流程控制,例2：XCC label，T0!=#0 ADD*AR2+，AC0 label:MOV*AR2，AC1 使用XCC指令时，从流水线的寻址(AD)到执行(X)阶段都是有条件的。所以只有当条件满足时，AR2和AC0的值才能被修改。本例中，条件不满足，所以AR2和AC0的值没有被修改。,中断是为DSP具有对外界异步事件的处理能力而设置的。当DSP的外界异步事件发生时，CPU暂停当前的工作去处理外界异步事件，当处理完成后，再回到原来被中断的地方，继续执行原来的工作。1、中断(1)由硬件或软件信号产生的，它使DSP暂停当前程序转而去执行中断服务程序(ISR)，从而可以实时的进行事件处理。(2)TMS320C5509支持32个ISR，有的即可以用软件触发也可以由硬件触发，有的只能由软件触发。软件中断：由程序指令产生，如：INTR、TRAP、RESET硬件中断：由设备的信号产生，可以是外部引脚信号(外部中断)，也可以是片内外设信号(内部中断)。,四、中 断,第四章 程序流程控制,(3)中断可分为可屏蔽中断和非屏蔽中断两类。可屏蔽中断：用软件将其设置为禁止中断或允许中断。非屏蔽中断：不能被禁止，一旦产生，CPU立即响应中断。2、中断处理的四个步骤(1)CPU接收中断请求，挂起当前程序;(2)响应中断请求：可屏蔽中断须满足某些条件，非屏蔽中断立即响应。(3)准备中断服务程序 CPU完成当前的指令执行，清除流水线中未译码的指令。在数据堆栈和系统堆栈中保存相关寄存器的内容，从中断矢量表中取出中断矢量，中断矢量指针(IVPD、IVPH)指向中断服务程序。,第四章 程序流程控制,(4)执行中断服务程序ISR包含中断返回指令，当中断返回时，自动恢复以前保存在寄存器中的内容。3、中断矢量及其优先级CPU接受和响应中断请求后，产生一个中断矢量地址，地址指向相关中断服务程序的中断矢量。书中表4-2。多个中断同时发生时，CPU按照事先定义的优先级进行处理。优先级为0的优先权最高，随着优先级数的逐步增加，优先权逐步减小。,vector:rs b _c_int00 nop nopnmi b _ret nop nopint0 b _ret nop nop.dmac5 b _ret nop nop,第四章 程序流程控制,4、中断管理寄存器C55x芯片有8个中断管理寄存器。Interrupt Vector Pointers(IVPD,IVPH)Interrupt Flag Registers(IFR0,IFR1)Interrupt Enable Registers(IER0,IER1)Debug Interrupt Enable Registers(DBIER0,DBIER1)中断矢量指针(IVPD，IVPH)均为16比特的寄存器，指向程序空间的中断矢量(中断服务表IST的基地址)。,第四章 程序流程控制,DSP中断矢量指针(IVPD)指向包含DSP中断矢量的256字节的程序页，DSP中断矢量序号是015，2431，这些矢量可以被映射到只分配给DSP的存储空间。主机中断矢量指针(IVPH)指向包含主机中断矢量的256字节的程序页。主机中断矢量序号是1623，这些矢量可以被映射到分配给DSP和主机共享的存储空间。若IVPD和IVPH内容相同，则32个中断矢量均位于相同的256字节程序页中。,第四章 程序流程控制,DSP的硬件复位：使这两个指针都指向FFFFh，即指向0 xFFFF00的地址，软件复位对这两个指针没有影响。一般在程序初始化时设定中断矢量指针的值，防止取非法指令代码，在修改中断矢量指针(IVPD，IVPH)前应当确定：(1)禁止所有的可屏蔽中断（ST1_55）:BSET INTM(2)要求每个硬件非屏蔽中断对新旧IVPD值分别有一个中断矢量和一个中断服务程序。,第四章 程序流程控制,中断矢量地址的形成 CPU将16比特的中断矢量指针与5比特的中断矢量序号级联然后左移三位形成中断矢量地址。,第四章 程序流程控制,中断标志寄存器(IFR)和中断使能寄存器(IER)它们包含所有的可屏蔽中断的标志位和使能位。,IFR0和IER0寄存器,IFR1和IER1寄存器,第四章 程序流程控制,当CPU接收到一个可屏蔽中断请求时，CPU将IFR中的相应标志位置1，表明此中断被挂起或等待CPU响应，因此可以通过读IFR来识别挂起中断。中断标识寄存器的修改 可以写入0来清除挂起中断 响应硬件中断请求能清除IFR中相应的标志位；RESET能清除所有IFR中的标志位。,第四章 程序流程控制,中断使能寄存器(IER0、IER1）用于对可屏蔽中断的使能。将中断使能寄存器中相应位置1，表示允许一个可屏蔽中断 置0表示禁止响应可屏蔽中断。RESET时全部置0，禁止所有可屏蔽中断。,MOV 0 x02C8，IER0,0000 0010 1100 1000,打开中断：INT2、McBSP1收、发中断和DMAC1中断,第四章 程序流程控制,5、可屏蔽中断 可以通过软件禁止和允许的中断称为可屏蔽中断，55x 的可屏蔽中断都是硬件中断。（1）C55x的可屏蔽中断有：序号2 23的中断矢量：这22个中断都可以通过DSP引脚或外设信号触发。,第四章 程序流程控制,(2)设置一个可屏蔽中断用到的寄存器 ST1_55中的INTM(中断模式位)位：允许(INTM 0)或禁止(INTM 1)所有的可屏蔽中断 IER0 和IER1；IFR0 和IFR1；DBIER0 和 DBIER1；,第四章 程序流程控制,(3)可屏蔽中断标准处理流程,CPU接受一个可屏蔽中断请求,CPU设置并锁存IFR0或IFR1中断相应位,IER0或IER1中断相应位为1，CPU才响应中断,INTM=0时，允许所有的中断，CPU才响应中断,完成流水线译码阶段的指令，清除流水线中其它的指令 清除IFR0或IFR1中断相应位，表示中断已被响应。自动保护中断现场 INTM=1，DBGM=1，EALLOW=0(禁止访问非cpu仿真寄存器),ISR最后的返回指令，执行自动现场恢复,第四章 程序流程控制,6、非屏蔽中断 CPU收到非屏蔽中断请求时，无条件响应并跳转到相应的中断服务程序(ISR)。非屏蔽中断包括 硬件复位中断：将 RESET_ 引脚电平置为低,强制DSP复位并执行复位中断ISR。硬件NMI_中断：将NMI_引脚电平置为低,强制CPU执行相应ISR，它提供一个通用的无条件中断的硬件方式。所有的软件中断：中断矢量序号为031中的任何一个软中断。,第四章 程序流程控制,(2)产生软件中断的指令方式 INTR#k5：k5的5比特可以指32个软件中断中的任何一个，在执行ISR前自 动保护现场，并置INTM=1。TRAP#k5：与INTR#k5不同的是不置位INTM RESET：软件复位。,第四章 程序流程控制,(3)非屏蔽中断标准处理流程,第四章 程序流程控制,7、DSP复位复位是一种非屏蔽中断，任何时候都可以对DSP进行复位 硬件复位：CPU放弃所有操作，清空指令流水线，复位CPU的寄存器，然后按照非屏蔽中断的标准处理流程执行复位ISR。软件复位：由软件指令触发，复位时仅影响中断状态寄存器(IFR0，IFR1)和三个状态寄存器(ST0_55，ST1_55，ST2_55)。DSP的硬件复位使中断矢量指针(IVPD，IVPH)的值为FFFFh,即指向0 xFFFF00的地址，软件复位对它们没有影响。,第四章 程序流程控制,五、程序调用 当一个子程序被调用时，正在指令缓冲单元中译码的指令地址被保存到RETA寄存器或堆栈中，该地址用于返回时继续执行子程序调用前的指令。1、无条件程序调用 程序执行到下列指令时就调用子程序。CALL ACx：子程序的地址由ACx(230)值决定 CALL L16：16比特长相对于PC的有符号的偏移量。CALL P24：24比特长的绝对地址。,堆栈生长方向,0 x0FF*,0 x0000,堆栈生长方向,(SP),栈底栈顶,先压栈，后SP-1。先SP+1，后出栈。,第四章 程序流程控制,子程序调用过程：（1）在流水线寻址阶段(AD)将数据堆栈(SP)指针减1(字)，然后将RETA的低16位压入数据堆栈。（2）在流水线寻址阶段(AD)将系统堆栈(SSP)指针减1(字)，然后将RETA的高8位和CFCT(控制流程关系寄存器，8位)的值压入系统堆栈。（3）将调用子程序返回地址(CALL语句的下一条语句的地址)保存到RETA中，当前循环标志保存到CFCT中。（4）将子程序的程序地址装入PC中，清除当前循环关系标志。注意：循环关系指的是当前重复循环的类型和状态记录。,第四章 程序流程控制,2、无条件返回 RET；执行无条件返回到主程序。返回过程：（1）RETA中的返回地址装入PC，从CFCT中恢复循环关系标志;（2）从数据堆栈(SP)中恢复RETA的低16位，SP指针加1;（2）从系统堆栈(SSP)恢复RETA的高8位和CFCT，SSP指针加1。,第四章 程序流程控制,3、条件程序调用CALLCC L16，cond CALLCC P24，cond 子程序调用过程：在流水线寻址阶段(AD)将数据堆栈(SP)指针减1(字)，然后将RETA的低16位压入数据堆栈。在流水线寻址阶段(AD)将系统堆栈(SSP)指针减1(字)，然后将RETA的高8位和CFCT的值压入系统堆栈。将调用子程序返回地址保存到RETA中，当前循环标志保存到CFCT中。,在程序流水线的读(R)阶段对cond条件判断。条件为真时调用子程序。,第四章 程序流程控制,3、条件返回 RETCC cond返回过程：RETA中的返回地址装入PC，从CFCT中恢复循环关系标志。从数据堆栈(SP)中恢复RETA的低16位，SP指针加1；从系统堆栈(SSP)恢复RETA的高8位和CFCT，SSP指针加1。,在程序流水线的读(R)阶段对cond条件判断。条件为真时返回到主程序。,第四章 程序流程控制,六、堆栈 当程序调用中断服务程序或子程序时，将程序计数器PC的值或一些重要寄存器的值进行压栈保护，以便程序返回时能从间断处正常继续执行。1、数据堆栈和系统堆栈 C55x支持两个16比特的软件堆栈，分别被称为数据堆栈(用SP访问)和系统堆栈(用SSP访问)，SP和SSP指针寄存器的高8位是公用的为SPH，SPH可以分别与SP和SSP级联构成23位地址。,扩展数据堆栈指针扩展系统堆栈指针,第四章 程序流程控制,程序计数器PC的值是24位的，调用子程序时，通过压栈进行保护。数据堆栈保存返回地址的低16位，系统堆栈保存高8位。,第四章 程序流程控制,2、堆栈配置 C55x提供三种堆栈配置方式，一种为快返回过程，另两种为慢返回过程。它们的区别在于保护和恢复PC和循环关系寄存器的方式不同。（1）慢返回过程：将返回地址和循环关系标志保存到堆栈，但CPU从中断服务程序或子程序返回时，其速度与存储器的存取速度有关；具有慢速返回的双16比特堆栈：数据堆栈和系统堆栈相互独立，当访问数据堆栈时修改SP但SSP不变，执行返回时不使用返回地址寄存器(RETA)和流程控制寄存器(CFCT)。,第四章 程序流程控制,具有慢速返回的32比特堆栈：数据堆栈和系统堆栈被视为单一的32比特堆栈，当访问数据堆栈时用相同的增量修改SP和SSP，执行返回时不使用返回地址寄存器(RETA)和流程控制寄存器(CFCT)。(2)快返回过程：将返回地址和循环关系标志保存到返回地址寄存器(RETA)和流程控制寄存器(CFCT)中，因而能够很快的恢复。具有快速返回的双16比特堆栈：数据堆栈和系统堆栈相互独立，当访问数据堆栈时修改SP但SSP不变，执行快速返回时使用返回地址寄存器(RETA)和流程控制寄存器(CFCT)。注：上文说的循环关系寄存器和流程控制寄存器都指CFCT,第四章 程序流程控制,例：堆栈定义步骤以及初始化（1）声明具有适当长度的未初始化段（2）将堆栈指针指向栈顶（3）在连接命令文件(*.cmd)中，将堆栈段放入内部存储区内。sp_stack_len.set 100ssp_stack_len.set 100sp_stack.usect“stack”，sp_stack_len ssp_stack.usect“stack”，ssp_stack_len.textAMOV#(sp_stack+sp_stack_len)，XSPMOV#(ssp_stack+sp_stack_len)，SSP,第四章 程序流程控制,3、自动前后关系转换(1)程序调用的快速返回关系转换调用前 开始执行被调用程序之前SP和SSP指针值减1，将CFCT和RETA并行压入系统堆栈和数据堆栈 然后将返回地址，循环关系标志分别保存到RETA和CFCT中 返回时强迫CPU按相反顺序恢复保存的值,即先从RETA和CFCT中返回PC的值，再从堆栈中返回RETA和CFCT的值，堆栈指针加1。,第四章 程序流程控制,(2)中断的快速返回关系转换调用时：将状态寄存器(ST0_55，ST1_55，ST2_55)，调试状态寄存器(DBSTAT)以及CFCT和RETA并行压入系统堆栈和数据堆栈，每次压栈之前SP和SSP指针值减1。将返回地址，循环关系标志分别保存到RETA和CFCT中返回时:CPU按相反顺序恢复保存的值，先从RETA和CFCT中返回PC的值，再从堆栈中依次返回CFCT和RETA，调试状态寄存器(DBSTAT)以及状态寄存器(ST0_55，ST1_55，ST2_55)的值，每次弹出数据时堆栈指针加1。,第四章 程序流程控制,(3)程序调用的慢速返回关系转换：调用子程序之前，CPU自动将返回地址(PC)和循环关系标志并行压入系统堆栈和数据堆栈，每次压栈之前SP和SSP指针值减1。返回时：强迫CPU从堆栈弹出返回地址到PC并恢复循环关系标志，在数据弹出堆栈后堆栈指针加1。,第四章 程序流程控制,(4)中断的慢速返回关系转换：调用时：将状态寄存器（ST0_55，ST1_55，ST2_55），调试状态寄存器（DBSTAT）以及返回地址（PC）和循环关系标志并行压入系统堆栈和数据堆栈，每次压栈之前SP和SSP指针值减1。返回时：CPU从堆栈弹出返回地址到PC并恢复循环关系标志，再从堆栈中依次返回调试状态寄存器（DBSTAT）以及状态寄存器（ST0_55，ST1_55，ST2_55）的值，每次弹出数据时堆栈指针加1。,