DSP原理及应用PPT教程-第三章 存储与寻址方式.ppt

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1、第三章 存储结构与寻址方式,本章内容1、存储结构(TMS320C55x DSP存储结构)程序空间 数据空间 I/O空间2、寻址方式 对数据存储空间、存储映射寄存器、寄存器位、I/O空间的寻址 绝对寻址模式 直接寻址模式 间接寻址模式,第三章 存储结构与寻址方式,3.1 存储结构C55x DSP 有两个独立的存储空间：统一的数据/程序空间；I/O空间。程序空间：用于存取执行的指令代码和执行指令时用到的表。数据空间：用于存储指令需要的数据、映射寄存器(MMR)；I/O空间：提供对外设寄存器的访问。数据空间地址用于访问存储器和内存映射寄存器，利用程序空间地址从存储器中读取指令代码，而I/O空间用于C

2、PU与外设之间双向通信。,CPU通过6条24位的地址总线对上述两部分存储空间访问。,第三章 存储结构与寻址方式,一、存储映射 24位地址可以寻址16MB存储空间；C55x的寻址空间为16MB CPU从程序空间读取代码时，使用以字节为基准的24位地址；当访问数据空间时，使用以16比特的字为基准的23位地址。地址总线24位，当访问数据空间时将23位地址左移一位(LSB补0)构成24位地址。数据空间被分成128个主数据页（0-127），每个数据页64K的字地址，指令通过7比特的主数据页指针和16比特的偏移量，可以访问任何一个主数据页中的任何一个地址。,第三章 存储结构与寻址方式,第0主数据页中数据空

3、间的前96个地址(000000h00005Fh)为存储映射寄存器MMR。相对应的程序空间的前192个地址（000000h0000BFh）建议不要用来存放程序代码。,存储器映射图,第三章 存储结构与寻址方式,存储空间又分为：内部存储空间和外部存储空间。1、内部存储空间(352KB)：DARAM：8块 8KB，共64KB SARAM：32块 8KB，共256KB ROM：1块32kB2、外部存储空间(352KB16MB)EMIF根据片选信号(CE0CE3)来确定要访问的外部存储空间。,第三章 存储结构与寻址方式,二、程序空间只有当CPU读取指令时，程序空间才被访问。CPU采用字节寻址来读取变长的指

4、令，指令的读取要和32位的偶地址对齐（地址的低两位为零）。1、C55X采用字节寻址来读取程序代码 字节寻址：地址按照字节进行分配，且地址为24位。下图是32比特宽的存储器中的一行存储内容与地址间的关系。,第三章 存储结构与寻址方式,2、程序空间的指令结构 C55X DSP支持变长指令，其长度可以是8、16、24、32、40、48比特。例如：1 byte：NOP 2 byte：MOV T0,*AR0 3 byte：MOV T0,high_byte(*AR0)4 byte：MOV low(AC0#-8),*AR0 5 byte：BCC P24,condition,第三章 存储结构与寻址方式,(1)

5、指令组织方式变长指令存放在32比特宽的存储器中。指令的地址根据操作码的最高有效字节的地址确定。例如指令A的地址是000101h。,第三章 存储结构与寻址方式,(2)边界对齐关系在程序空间中存放指令时不用边界对齐，当读取指令时，需按32比特边界的偶地址对齐（根据前面指令缓冲单元I 的介绍，指令缓冲队列每次通过程序数据总线PB从程序空间读取32比特的程序操作码，所以CPU总是从最低两位为0的地址读取32比特代码。即读取地址的最低一个16进制位是0、4、8或C）。,假设子程序SUB位于00 0106h段的C指令，PC的值为00 0106h。那么程序地址总线实际上传的地址是00 0104h的32比特边

6、界地址。,例如：CALL SUB子程序,如果程序在执行过程中调用了子程序，则在CPU调用子程序时，可能会发生写入程序计数器PC的地址与程序代码的读取地址不一致的情况：,第三章 存储结构与寻址方式,三、数据空间1、C55x采用字寻址(23bit)来读取数据空间8位、16位或32位数据字寻址：将一个地址分配给数据空间中的一个16bit字。下图是一行32位宽的存储器地址分配问题：地址总线是24位，当访问数据空间时，将23位地址左移一位(LSB补0)构成24位地址。例如：如果一条指令在23比特地址的000102h上读数据，实际上读数据地址总线上传送的24位地址是000204h。,第三章 存储结构与寻址

7、方式,2、数据类型C55x DSP指令处理的数据类型有：字节(8bit)，字(16bit)，长字(32bit)。,3、数据空间数据结构 长字数据C的存取地址是000102h 长字数据D的存取地址是000105h 000107h存放数据F(高字节)和数据G(低字节)。,例子,第三章 存储结构与寻址方式,在数据空间中对字节存取 由于数据空间采用字寻址方式，对字节进行存取时，可以使用C55X的专用指令如high_byte(),low_byte()对高低字节进行存取。例如：mov high_byte(*ar0)，AC0。,第三章 存储结构与寻址方式,CPU在数据空间中对长字进行存取 存取地址由数据的高

8、16bit(MSW)地址决定，数据的低16bit(LSW)的地址取决于MSW地址的奇偶性。,可通过将MSW的最低有效位(LSB)取反来确定LSW地址。,(1)若MSW的地址是偶地址，则LSW从MSW的后一个地址存取。,(2)若MSW的地址是奇地址，则LSW从MSW的前一个地址存取。,第三章 存储结构与寻址方式,4、存储映射寄存器（MMR）位于第0数据页，占用00 0000h00 005Fh地址的数据空间(参见教材书上62页64页)。书中的表3-4列出了存储映射寄存器。,理解存储映像寄存器（MMR）：MMR包括一系列寄存器。由于MMR（存储映象寄存器）是数据存储区的一部分，因此能够用访问其它数据

9、存储区相同的方法进行访问。通常借助直接或间接寻址，对它们写或读。,第三章 存储结构与寻址方式,四、I/O空间C55x的I/O空间和数据/程序空间是分开的，只用于对DSP片内的外设寄存器的访问存取，采用16位宽的字寻址方式，寻址范围是64K字。CPU在读取I/O空间时用DAB地址总线读数据，EAB地址总线写数据。因为数据地址总线为24位，有一个16位地址到24位地址的变换，例如:0102h00 0102h，高8位添0。,第三章 存储结构与寻址方式,3.2 寻址方式寻址方式：寻找地址的方法，即如何指定指令和操作数所在存储单元的地址。C55x支持三种类型的寻址方式绝对寻址模式：在指令中利用常数值直接

10、确定存取位置。MOV*(#00 0001h),AC0直接寻址模式：通过地址偏移量进行位置寻址。如 SP=0000h，MOV*SP(5),T0间接寻址模式：通过辅助寄存器确定存取位置 如 AR0=0，BSET*AR2,AC0 通过上面方式可以实现对数据存储空间、存储映射寄存器、寄存器位和I/O空间的寻址。,第三章 存储结构与寻址方式,一、绝对地址寻址：K16，K23和I/O绝对寻址,1、K16绝对寻址：操作数：*abs16(#k16)将扩展数据页指针XDP的高位部分DPH中的7比特值与16比特无符号常数(k16)级联形成23位地址。然后用该地址存取数据空间，可以用来访问一个存储单元或存储映射寄存

11、器,第三章 存储结构与寻址方式,例1：MOV*abs16(#2003h),T1 说明：假设PDH=1，CPU将数据空间地址为01 2003h的值装入T1中。例2：MOV*abs16(#AR2),T0 说明：CPU将AR2(000012h)中的值装入T0中注意：当使用这种寻址模式时由于常数编码将指令扩展了2个字节，故该模式不能与其它指令并行执行。,第三章 存储结构与寻址方式,2、K23绝对寻址操作数：*(#k23)该模式将23位无符号常数(k23)作为完整的数据寻址地址，可以用来访问一个存储单元或存储映射寄存器。当使用这种寻址模式时不能与其它指令并行执行。,使用这种寻址方法的指令将常数编码为3字

12、节（去掉最高位）,第三章 存储结构与寻址方式,例1：MOV*(#002003h)，AC0;k23=002003h例2：利用存储映射寄存器访问的K23的绝对寻址 MOV*(#AC0L)，T2；CPU将AC0中的低16位装入T2中。MOV dbl(*(#AC0L),pair(T0)；CPU将AC0中的低16位装入T0中，将AC0中的高16位装 入T1中。绝对寻址模式的缺点是它要更多的空间来表示其23bit地址。,第三章 存储结构与寻址方式,二、直接寻址 数据页指针DP直接寻址；堆栈指针SP直接寻址；对寄存器位的直接寻址；外设数据页指针PDP直接寻址；注意：DP和SP直接寻址与状态寄存器ST1_55

13、中的CPL位有关。,CPL=0时，DP直接寻址,CPL=1时，SP直接寻址,寄存器位寻址和PDP直接寻址与CPL位无关,第三章 存储结构与寻址方式,1、DP直接寻址 23位地址的高7位：由XDP的高7bit(DPH)确定，确定了主数据页；23位地址的低16位：16比特的DP和7比特偏移量Doffset的和确定。DP的值确定在主数据页内长度为128个字的局部数据页开始地址，该开始地址可以是选定主数据页内的任何地址。7位偏移量：128个字的范围。,特点：不用改变DP或SP的值，就可以随便访问128个单元。,第三章 存储结构与寻址方式,$、直接寻址中偏移值(Doffset)的计算方法（1）对于数据空

14、间的存取时，偏移量的计算方法：Doffset=(Daddr.dp_addr)&7Fh Daddr：存取数据空间16bit地址；.dp_addr：汇编指示符“.dp”为DP寄存器赋的值；&：逐位与操作；例：AMOV#03FFF0h，XDP；数据位于第03主数据页.dp#FFF0h；编译时，DP的值为FFF0h MOV FFF4h,T2；DaddrFFF4h汇编器计算出偏移量：Doffset=(Daddr-.dp)&7Fh=04h执行时产生23位地址：DPH:(DP+Doffset)=03:(FFF0h+0004h)=03FFF4h,第三章 存储结构与寻址方式,(2)对存储映射寄存器空间的存取时，

15、偏移量的计算方法：Doffset=Daddr&7Fh例：MOV mmap(AR0),T2；把 AR0的值装入T2寄存器中。mmap()表示是对 MMR存储区的访问,所以此时DPHDP=0。AR0的地址为：Daddr000010h(表33)汇编器计算出偏移量:Doffset=Daddr&7Fh=0010h&7Fh=10h 执行时产生23位地址:DPH:(DP+Doffset)=00:(0000h+0010h)=000010h,第三章 存储结构与寻址方式,2、SP直接寻址：23比特地址 SPH提供高7比特 16比特由SP和7比特的偏移值决定。偏移值范围是0127。这种寻址方式用于访问数据堆栈。例：

16、假设SPH=0、SP=FF00h，用SP直接寻址 MOV*SP(5),T2；SPH:(SP+offset)=00 FF05h MOV dbl(*SP(5),pair(T2)；SPH:(SP+offset)=00 FF05h的值装入T2 SPH:(SP+offset-1)=00 FF04h的值装入T3,第三章 存储结构与寻址方式,3寄存器位直接寻址 后面和其间接寻址一起介绍。4.PDP直接寻址 后面和I/O间接寻址一起介绍。,第三章 存储结构与寻址方式,三、间接寻址间接寻址可以分为：AR(辅助寄存器)间接寻址 双重AR间接寻址 CDP(系数数据指针寄存器)间接寻址注意：（1）间接寻址可以分成线性

17、寻址和循环寻址方式，ST2_55中的ARnLC和CDPLC位可以设置执行的是线性寻址还是循环寻址。（2）指针修改后，要进行模64k运算，保证寻址不超过主数据页的寻址范围。,第三章 存储结构与寻址方式,1、AR间接寻址 通过辅助寄存器ARn(n0,7)访问数据空间，包括访问数据存储空间，MMR，寄存器位，I/O空间。23位地址的值形成：,23比特地址 ARnH：(BSAyy+ARn),ARnH：扩展辅助寄存器XARn的高位部分，提供高7比特地址；ARn：提供低16比特的地址；BSAyy：在循环模式下，提供循环缓冲起始地址。BSA01、BSA23、BSA45、BSA67。,第三章 存储结构与寻址方

18、式,ST2_55寄存器的ARMS位决定ARn间接寻址的CPU模式当ARMS0，DSP模式操作 CPU提供DSP增强应用的高效执行功能，能够提供按位倒序方式修改指针（对FFT很有用），但不能使用短偏移操作数。ARMS1，是控制模式操作 应用于控制系统，CPU能够优化代码字数。可以使用短偏移操作数，*ARn(short(#k3)。,1100+1010 0001进位是从右到左,第三章 存储结构与寻址方式,ARMS0，DSP模式的指针修改方式*ARn:指针不修改*ARn+()：生成地址之后，地址值增加或减小*+()ARn：生成地址之前，地址值增加或减小*(ARn+()T0/AR0)：生成地址之后，AR

19、n加上(减去)T0或AR0中16比特带符号的常数。*ARn(T0/AR0)：指针没有被修改，ARn作为基指针，T0或AR0中16比特带符号的常数作为偏移基指针的偏移量。,第三章 存储结构与寻址方式,*(ARn+()T0B/AR0B)：生成地址之后，ARn加上(减去)T0或AR0中16比特带符号的常数。按位倒序模式相加。*(ARn+()T1)：生成地址之后，ARn加上(减去)T1中16比特带符号的常数。*ARn(T1)：指针没有被修改，ARn作为基指针，T1中16比特带符号的常数作为偏移基指针的偏移量。*ARn(#K16)：指针没有被修改，ARn作为基指针，16比特带符号的常数作为偏移基指针的偏

20、移量。*+ARn(#K16)：生成地址之前，ARn加上16比特带符号的常数k16。,第三章 存储结构与寻址方式,ARMS1，控制模式的指针修改方式 和DSP模式基本相同，没有提供按位倒序模式修改指针方法，但可以使用短偏移操作数。*ARn(short(#K3)：指针没有被修改，ARn作为基指针，3比特无符号的常数作为偏移基指针的偏移量。注意：倒位寻址方式，可以提高FFT算法中蝶形运算的效率*ARn(#K16)，*+ARn(#K16)不能用于I/O空间寻址,第三章 存储结构与寻址方式,倒位寻址方式，提高FFT算法中蝶形运算的效率,设AR2中的值为(01100000)2T0的值为(00000100)

21、2,顺序 操作数 修改后的值 0*(AR2+T0B)01100000 1*(AR2+T0B)01100100 2*(AR2+T0B)01100010 3*(AR2+T0B)01100110 4*(AR2+T0B)01100001 5*(AR2+T0B)01100101 6*(AR2+T0B)01100011 7*(AR2+T0B)01100111,第三章 存储结构与寻址方式,2、双重AR间接寻址模式 通过8个辅助寄存器(AR0AR7)同时访问两个数据存储地址，CPU使用扩展辅助寄存器生成23比特地址，双重寻址中的每个寻址都可以采用线性寻址或循环寻址方式。(1)执行一条完成两个16比特数据空间寻

22、址的指令，形式如下：,ADD Xmem,Ymem,ACx,例如：,ADD*AR0，*AR1，AC0,在一条指令中，对两个数据存储单元的操作用Xmem,Ymem表示：,第三章 存储结构与寻址方式,(2)并行执行两条指令。这种情况下每条指令都必须访问同一个存储单元中的数据。形式如下：,MOV Smem,dst|AND Smem,src,dst,指令语法中用Smen或Lmen表示,例如：MOV*AR0,AC0|AND*AR0,T0,AC0,地址指针修改方式参见表3-7,第三章 存储结构与寻址方式,注意：（1）ST2_55中的ARMS状态位对双重AR间接寻址操作数没有影响。（2）汇编器不接受双重操作数

23、使用相同的辅助寄存器而修改量不一样的代码。例如：,MOV*AR0,AC0|AND*AR0,T1,AC1；illegal,MOV*AR0,AC0|AND*AR0,T1,AC1；legal,MOV*AR0(T0),AC0|AND*AR0,T1,AC1；legal,第三章 存储结构与寻址方式,3、CDP间接寻址 使用系数数据指针(CDP)访问数据空间，23位地址由CDPH提供的高7位地址和CDP提供的低16位地址组成，可以用于访问数据空间，MMR，寄存器位，I/O空间。,地址形成方式：,23位地址CDPH：(BSACCDP),BSAC:(CDP缓冲起始地址寄存器）只有在循环寻址模式下才考虑,第三章

24、存储结构与寻址方式,指针修改方式：*CDP*CDP*CDP*CDP(#K16)*CDP(#K16),例如：MOV*CDP+，AC0,系数间接寻址的地址组成和指针修改方式与AR间接寻址模式相同，主要用于无限脉冲响应滤波器，双乘，乘累加，乘减等运算：例如：,MPY*AR0，*CDP+，AC0:MPY*AR1，*CDP+，AC1,第三章 存储结构与寻址方式,四、循环寻址(卷积、相关、FIR滤波器需要一个环形缓冲区)循环寻址可用于任何一种间接寻址模式中，通过设置ST2_55中相应的状态位(ARnLC或CDPLC)独立地将每个辅助寄存器(AR0AR7)和系数数据指针(CDP)配置成线性寻址还是循环寻址。

25、若ARnLC0或CDPLC0，执行线性寻址 若ARnLC1或CDPLC1，执行循环寻址循环寻址的地址形成：ARnH:(BSAxx+ARn)或CDPH:(BSAC+CDP)循环缓冲的字节数由寄存器BK03、BK47和BKC定义,第三章 存储结构与寻址方式,指针与循环寻址配置寄存器之间的关系如下,第三章 存储结构与寻址方式,BSET AR1LC；AR1LC1，把AR1设置成循环寻址指针AMOV#010000h,XAR0；循环寻址在01主数据页中执行，AR0H01hMOV#0A02h,BSA01；循环缓冲区的首地址为010A02h MOV#4,BK03；循环缓冲区长度为4words MOV#0000

26、h,AR1；循环缓冲区的索引为0000h(index)MOV*AR1+,AC0;AC0(010A02h+(AR1)=*(010A02h),index=0001hMOV*AR1+,AC0;AC0(010A02h+(AR1)=*(010A03h),index=0002hMOV*AR1+,AC0;AC0(010A02h+(AR1)=*(010A04h),index=0003hMOV*AR1+,AC0;AC0(010A02h+(AR1)=*(010A05h),index=0000h,举例：,IF index+stepBK，index=index+step-BK,第三章 存储结构与寻址方式,循环寻址方式

27、的实现步骤 将ST2_55中相应的状态位ARnLC或CDPLC设置成循环寻址模式。用AMOV指令初始化扩展寄存器(XARy 或 XCDP)的高7位，选定主数据页。利用BSA01,BSA23,BSA45,BSA67,或BSAC初始化循环缓冲区的的起始地址。并联合XARn(22-16)或XCDP(22-16)构成23位的循环缓冲区的起始地址。初始化合理的循环缓冲区大小寄存器(BK03,BK47,or BKC)。设置ARn 或 CDP为一个小于缓冲区长度的值，作为循环寻址开始的首次索引。循环寻址初始化完成，进行下一步运算。,第三章 存储结构与寻址方式,五、寄存器位寻址:(1)直接寻址和间接寻址支持寄

28、存器位寻址，绝对寻址不支持寄存器位寻址。(2)只有寄存器位的“测试/置位/清零/取反”指令支持寄存器位寻址。1、寄存器位直接寻址 通过偏移量访问寄存器位，访问一个或者两个相邻的寄存器位。这里的偏移量是指从LSB开始的偏移比特数。BSET 0,AC3；CPU访问AC3的第0个比特，并置为1。BTSTP 30,AC3；CPU测试AC3的第30 和 31比特，并将 AC3(30)的内容拷贝到ST0_55的TC1位，将AC3(31)的内容拷贝到ST0_55的TC2位.,第三章 存储结构与寻址方式,2、寄存器位间接寻址 通过辅助寄存器中的内容作为偏移量访问寄存器位。例1：假设AR2=0，AR5=30。B

29、SET*AR2，AC3；设置AC3的LSB为1 BTSTP*AR5，AC3；CPU测试AC3的第30 和 31比特，并将 AC3(30)的内容拷贝到ST0_55的TC1位，将AC3(31)的内容拷贝到ST0_55的TC2位.例2：设置或清除状态寄存器的状态位。BSET SXMD；设置ST1_55中SXMD状态位为1 BCLR C54CM；清除ST1_55中C54CM状态位，置为0,第三章 存储结构与寻址方式,六、I/O空间寻址 绝对寻址、直接寻址、间接寻址都可以用于I/O空间外设寄存器的存取。、I/O空间绝对寻址：该模式利用16位的无符号常数作为数据寻址地址直接访问I/O空间。如果使用代数指令

30、，其操作数是*port(#k16)；如果使用助记符指令，其操作数是port(#k16)（操作数前没有*）MOV port(#2800h)，AR0；CPU将I/O空间中地址2800h的值装入AR0中，,第三章 存储结构与寻址方式,、外设数据页(PDP)直接寻址 64K的I/O空间被分成512个128字的外设数据页，用9位PDP表示，通过指令中指定的7位的偏移值形成16位I/O空间地址，用于访问I/O空间的一个位置。地址形成：16位地址PDP：Poffset例如：假设PDP511 MOV port(0),T2；PDP:Poffset=FF80h，CPU将I/O空间中地址为FF80h中的值装入T2中

31、。MOV T2,port(127)；PDP:Poffset=FFFFh,第三章 存储结构与寻址方式,、I/O空间的间接寻址 间接操作数指针修改形式参阅书P76 表311 例题：假设AR4=FF80h MOV port(*AR4),T1；CPU将I/O空间中地址FF80h的值装入T1中，AR4的值不变。MOV port(*AR4),T1；CPU将I/O空间中地址FF80h的值装入T1 中，AR4的值1。MOV port(*AR4),T1；寻址之前，AR4的值减1，CPU将I/O空间 中地址FF7Fh的值装入T1中。,第三章 存储结构与寻址方式,、I/O空间寻址的限制条件*ARn(#K16)，*+

32、ARn(#K16)，*CDP(#K16)，*+CDP(#K16)，不能用于I/O空间寻址，因为K16的常数需要指令操作数有两个字节的扩展，这种扩展妨碍了I/O空间存取限制符的port()的使用。以下两条指令不能用于I/O空间的寻址 DELAY Smem；存储器延迟;MACMRZ T3=Smem,Cmem,ACx；带延迟的乘加注：任何对I/O空间的非法访问都会产生硬件总线错误中断(BERRINT)。,第三章 存储结构与寻址方式,思考题1:按下列要求编程实现循环寻址的初始化任务，并逐行说明其工作过程将AR5设置成循环寻址循环的首地址为030603h;索引值为为0002h 循环缓冲大小为4个字 MOV*AR5+，AC3 在程序中出现5次，写出AR5的值。,