MS320C54XDSP硬件结构.ppt
《MS320C54XDSP硬件结构.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《MS320C54XDSP硬件结构.ppt(62页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,第1章要点回顾(DSP概述),DSP技术研究内容(理论研究,应用研究)实现方法(PC机,单片机,DSP芯片等)DSP芯片DSP芯片特点(运行速度快,运算精度高,可执行并行操作等)DSP芯片结构(哈佛结构,多总线结构,多处理单元,流水操作等)DSP芯片发展(初期,成熟,完善等阶段)DSP芯片分类(定点/浮点,通用/专用等)DSP芯片选择原则(速度,精度,价位,功耗,片内资源,开发工具等)DSP芯片应用领域(通信电子,军事雷达,语音图象,自控仪表等),2,第2章 TMS320C54XDSP硬件结构,3,本 章 内 容,1、TMS32054XDSP性能特点,2、TMS32054XDSP结构框图,
2、3、TMS32054XDSP总线结构,4、TMS32054XDSP存储器结构,5、TMS32054XDSP处理器结构,6、TMS32054XDSP片上外设,7、TMS32054XDSP芯片引脚,8、TMS32054XDSP复位操作,4,TMS32054XDSP性能特点,结构特点,10-25ns的指令周期(40-100MIPS)-高效快速,192K16位的(最小)可寻址存储空间-哈佛结构,两个40位累加器ACCA、ACCB,40位算术逻辑单元(ALU),包括一个40位的桶型移位寄存器,1717位硬件乘法器,允许16位带符号或不带符号的乘法,4组数据/地址内部总线及双地址生成单元-多总线结构,8个
3、辅助寄存器及一个堆栈,26级的并行流水线操作-流水线结构,1.8V,2.5V,3.3V低功耗节电模式,宜于电池供电应用,丰富的片内外设,包括串、并接口,软件可编程定时器、等待状态发生器及可配置PLL的时钟发生器,5,TMS320C54xDSP内部由中央处理器CPU、程序/数据存储器、内部总线及其控制、片内外设等几大部分组成,结构框图,6,多总线结构可以在每个指令周期内产生两个存储地址,实现流水线并行数据处理,提高操作的性能和灵活性。,总线结构,TMS320C54x采用多总线结构,片内共有8条16位总线 即:4条程序/数据总线和4条地址总线,包括:一条程序总线(PB)、三条数据总线(CB、DB、
4、EB)四条地址总线(PAB、CAB、DAB、EAB),TMS32054XDSP总线结构,7,这些总线的功能是,总线结构,PB传送取自程序存储器的指令代码和立即操作数,CB和DB传送读自数据存储器的操作数(LD),EB传送写到存储器(程序/数据)的数据(ST),4条地址总线(PAB、CAB、DAB和EAB)传送指令代码及操作数的地址,下面以程序的6级执行过程为例说明各总线使用情况,8,DSP芯片广泛采用流水线结构以减少指令执行时间,流水线深度从2-8级不等,VC5402DSP采用6级流水操作,代表1条指令执行的6个步骤,如下图所示。,上图中的6级流水操作是相互独立的,在任何一个给定周期内,流水线
5、各级上都会有1到6条指令的不同操作在运行,即允许重叠执行。6级流水操作的功能分别是:Prefetch:预取指,把将要执行的指令地址提供给程序地址总线PAB。Fetch:取指,从程序总线PB上读取程序指令,并放入指令寄存器IR。Decode:译码,指令寄存器IR中的内容被译码,同时判定操作数类型、寻址方式及控制顺序。Access:访问寻址,数据地址产生单元DAGEN把将要访问的数据存储区地址提供给数据地址总线DAB和CAB。Read:读操作数,从数据总线DB和CB上读取操作数,同时把将要写的数据存储区地址提供给写地址总线EAB。Execute/write:执行/写操作,执行指令,同时通过数据写总
6、线EB完成写操作。,PC内容加载PAB,指令内容通过PB加载IR,PB内容 在IR中 被译码,操作数1/2地址加载DAB/CAB,操作数1/2加载DB/CB存储地址加载EAB,执行结果加载EB,9,总线结构,程序执行读写操作时用到的总线,10,TMS320C54xDSP采用改进的哈佛结构,分成3个独立的存储空间:,存储器结构,64K字的程序存储空间。程序存储器空间存放要执行的指令和执行中所用的系数表。,64K字的数据存储空间。数据存储器存放执行指令所要用的数据(操作数)。,64K字的I/O空间。I/O存储空间与存储器映象外围设备相接口,也可以作为附加的数据存储空间使用。,TMS32054XDS
7、P存储器结构,虽然C54xDSP提供了至少192K字的存储空间,但真正存储容量是由芯片实际存储器的大小决定的。,11,所有C54x片内部都含有数据存储器和程序存储器,但不同型号芯片的RAM和ROM容量是不相同的。,存储器结构,12,存储器结构,一般来说,片内RAM被优先安排到数据存储空间;片内ROM被优先激活于程序存储空间。但在改进的哈佛结构中,片内RAM可以部分地被配置为程序存储空间;片内ROM也可以部分地被定义为数据存储空间。,在改进的哈佛结构中,用户可根据需要,通过设置工作方式控制寄存器PMST的3个位控信息MP/MC,OVLY和DROM,灵活方便地将片内ROM和RAM(包括SARAM和
8、DARAM)配置定义为程序存储空间或数据存储空间。,其中MP/MC、OVLY影响程序存储空间配置,DROM影响数据存储空间配置,13,64K程序存储空间,64K程序存储空间,64K数据存储空间,所有C54x片内部都含有数据存储器和程序存储器,但不同型号芯片的RAM和ROM容量及驻留区域是不相同的,14,VC5402DSP片内配置有4K字的ROM,驻留在程序存储空间的F000HFFFFH区间内。,程序存储器,CPU工作方式控制位MP/MC决定了F000HFFFFH(4K字)程序空间的片内/片外地址分配及片内ROM的使用情况。,MP/MC=1,F000HFFFFH(4K字)程序空间定义为片外存储器
9、。,MP/MC=0,F000HFFFFH(4K字)程序空间定义为片内存储器。,重复占用控制位OVLY决定了0000H3FFFH(16K字的DARAM)程序空间的片内/片外地址分配及片内DARAM的使用情况。,OVLY=1,0080H3FFFH(约16K字)可定义为片内程序存储空间,能片内寻址(但不得与数据存储地址重叠);,OVLY=0,0000H3FFFH(16K字)被定义为片外程序存储空间,只能片外寻址(0000H3FFFH 全部作为数据存储地址)。,MP/MC和OVLY位的状态影响着程序存储空间的分配,F800HFBFFH(1K字):Bootload引导程序FC00HFCFFH(256字)
10、:u律扩展表FD00HFDFFH(256字):A律扩展表FE00HFEFFH(256字):sine表FF00HFF7FH(128字):机内自检程序FF80HFFFFH(128字):中断矢量表,15,两个控制位可通过PMST寄存器软件设置,其状态对VC5402DSP程序存储空间配置的影响见下表,程序存储器,16,MP/MC可以通过装载PMST寄存器软件设置,也可以通过MP/MC引脚(32)硬件设置。,程序存储器,硬件复位时,CPU首先检测MP/MC引脚状态并存储到PMST中,如果MP/MC引脚为低电平,则VC5402片内的4K字ROM将自动映射到程序存储空间第0页的F000HFEFFH内,同时,
11、中断向量指针指向片内程序存储空间的FF80H。,如果MP/MC引脚为高电平,则程序空间全部定义为片外存储器,中断向量也被映射到片外程序存储空间的FF80HFFFFH。,硬件复位后,CPU将忽略MP/MC引脚状态,可通过软件编程设置MP/MC控制位来决定程序存储空间的分配.,17,数据存储器,0000H007FH(128字)为特殊功能寄存器空间,CPU及片内外设寄存器驻留在该区域,构成DSP存储器映像寄存器MMR;,0080H3FFFH(约16K字)为片内DARAM数据存储空间,当CPU产生的数据地址在片内数据存储器范围内时,可直接对片内数据存储器寻址;,4000HEFFFH(44K字)为片外数
12、据存储空间,需外扩片外数据存储RAM,当CPU产生的数据地址不在片内数据存储器范围内时,则自动对片外数据存储区寻址;,F000HFFFFH(4K字)的数据存储空间的片内/片外地址分配由DROM位控制决定:,DROM1,F000HFFFFH可部分地定义为片内数据存储空间;,DROM=0,F000HFFFFH定义为片外数据存储空间。,VC5402DSP片内含有16k字的DARAM,驻留在数据存储空间的0000H3FFFH区间内,可片内寻址。,18,控制位DROM可通过PMST寄存器软件设置,其状态对 VC5402DSP数据存储空间配置的影响见下表,数据存储器,19,为提高CPU并行处理能力,通常将
13、数据存储器划分为80H个存储单元(128字)的数据块,构成若干个数据页。VC5402可寻址64K字的数据存储空间,即64K的数据空间可被分成512页(其中片内16K字的DARAM被分成128页),每页128个字单元。,数据存储器,VC5402数据存储空间及其DARAM前1K字的空间配置示意如下图所示。,20,DP9-bit,9-bit的DP指向数据存储空间的512个数据页中的一页,0,1,2,510,511,7-bit的偏移地址指向某数据页中128个单元中的一个,LD#0000H,ALD#02H,DPADD 00H,16,ASTH A,7FH,数据存储器,21,VC5402的数据存储器及其DA
14、RAM前1K字的空间配置示意图,0000H,0020H,0080H,0100H,0180H,0200H,0280H,0300H,0380H,数据存储器,03FFH,22,图中看出,C5402DSP片内DARAM的前1K字中,数据存储空间第0页被配置为特殊功能寄存器区,驻留着存储器映像CPU/外设寄存器,用户不得占用(OVLY位的设置对其不起作用):0000H一001FH区间内连续分布着30个CPU特殊功能寄存器;0020H一007FH区间内,分布着片上外设处理寄存器。,数据存储器,这些位于数据存储空间第0页上的特殊功能寄存器均属存储器映像寄存器MMR。寻址存储器映像CPU寄存器无须等待时间,而
15、寻址存储器映像外设寄存器则至少需要2个机器周期,具体由片内外设电路决定。,从0080H开始将DARAM分成每80H(128字)个存储单元为一个数据页,以便于CPU的并行操作,提高芯片的高速处理能力。,23,CPU 映 射 寄 存 器,24,CPU 映 射 寄 存 器,25,外设 映 射 寄 存 器,26,27,54XDSP中所有的片内/片外-程序/数据存储器分别统编址,从0000H-FFFFH。,存储器结构,存储器小结,所有54xDSP都含有片内数据存储器和程序存储器,但不同型号的DSP片内RAM和ROM容量及驻留区域不相同。,与片外存储器相比,片内存储器不需插入等待状态时间,具有速度快和功耗
16、小等优点。当然,片外扩展存储器的存储能力,则是片内存储器无法比拟的。,在改进的哈佛结构中,PMST的3个控制位MP/MC,OVLY和DROM可以灵活地重新配置片内ROM和RAM的程序/数据空间(地址不能重叠)。,MP/MC、OVLY影响程序存储空间配置,DROM影响数据存储空间配置,28,TMS320C54x系列所有芯片的中央处理器CPU完全相同,由运算部件(硬件)和控制部件(软件)组成:,处理器结构,2控制部件 控制部件是C54x芯片的中枢神经。C54x控制部件包括3个16位CPU工作状态和方式控制寄存器:状态寄存器ST0和ST1,工作方式控制寄存器PMST。,1运算部件TMS320C54x
17、运算部件硬件结构主要包括:,(1)一个40位的算术逻辑运算单元(ALU),(2)两个40位的累加器,(3)一个移位-1630位的桶形移位寄存器,(4)硬件乘法/累加器单元,(5)16位数据暂存器,(6)比较、选择和存储单元(CSSU),(7)指数编码器,29,40位算逻单元ALU,40位累加器A/B,桶形移存器,乘法累加单元,数据暂存器,比较选择存储单元,指数编码器,30,40位的算术逻辑运算单元ALU执行算术和逻辑操作功能。大多数算术逻辑运算指令都是单周期指令。ALU的输入:(1)来自移位寄存器的输出(2)来自数据总线DB、CB的操作数(3)来自累加器A、B中的数据(4)来自寄存器T 中的数
18、据ALU的输出:除存储操作指令(ADDM、ANDM、ORM和XORM)外,ALU的运算结果通常都被传送到40位的目的累加器A或B中。ALU受SXM,OVM,C16,C位控制,同时影响OVA/B,ZA/B,TC位.,算术逻辑运算单元,运算部件,31,ALU结构框图,运算部件,32,累加器A和B都可以配置成乘法器加法器或ALU的目的寄存器,用来存放从ALU和乘加单元输出的数据同时,其运算结果也能输出到ALU或乘加单元中。此外,在执行MIN和MAX指令或者并行指令LD MAC时都要用到它们(一个累加器加载数据,另一个完成运算)累加器A和B的主要区别在于:累加器A的高16位可作为乘法器的一个输入,而累
19、加器B则不能;另外累加器A的低16位可用于寻址。累加器A和B都可分为三部分:,累加器A和B,运算部件,33,bit39-32称作累加器的保护位,既可防止诸如自相关那样的迭代运算时溢出,也可用做符号扩展;Bit31-16称作累加器的高位字,Bit15-0称作累加器的低位字。,AG,AH,AL,保护位,高阶位,低阶位,累加器A,39-32,31-16,15-0,BG,BH,BL,保护位,高阶位,低阶位,累加器B,39-32,31-16,15-0,累加器A和B的主要差别在于累加器A的高16位可以用作乘法器的一个输入,而累加器B不能。,运算部件,34,C54xDSP桶形移位寄存器的任务是为输入/输出的
20、数据定标。有一个与累加器或数据总线(CB、DB)相连接的输入以及一个与ALU或EB总线相连接的输出,能将输入数据进行0-31位的左移和0-16位的右移。所移的位数由ST1中的移位数域(ASM)、被指定作为移位数寄存器的暂存器(TREG)或指令操作数决定。移存器的输入:(1)来自数据总线DB、CB的操作数(16位/32位)(2)来自累加器A、B中的数据(40位)移存器的输出:(1)至ALU的一个输入端(2)至写数据总线EB 移位操作受ASM,TREG,SXM,TC位与指令操作数的控制与影响。,桶形移位寄存器,运算部件,35,桶形移位寄存器结构框图,运算部件,36,40位的桶形移位寄存器功能任务是
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- MS320C54XDSP 硬件 结构
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5440775.html