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1、1,信息工程学通信工程系,DSP技术及应用,Digital Signal Processor 数字信号处理器,陈金鹰 副教授,2,第二章 DSP芯片结构介绍,3,1）多总线结构 2）40位算术逻辑单元（ALU） 3）1717位并行乘法器 4）比较、选择和存储单元（CSSU） 5）指数编码器 6）两个地址发生器,第一节 C54x芯片的基本性能,4,7）数据总线 8）总线寻址空间 9）三种存储器空间 10）单指令循环和块循环 11）区分的存储块移动指令 12）32位长操作数指令 13）可编程等待状态发生器和 可编程的存储单元转换,5,14）锁相环（PLL）发生器 15）多通道缓冲串口（McBSP）
2、 16）直接存储器访问（DMA）控制器 17）主机接口（HPI） 18）定时器 19）多种节电模式 20）JTAG接口 21）低电压工作,6,第二节 C54x芯片的CPU结构,40位算术逻辑运算单元（ALU） 2个40位累加器A和B 移位-1630位的桶形移位寄存器 乘法器/加法器单元 比较和选择及存储单元（CSSU） 指数编码器 CPU状态和控制寄存器,包 括,7,C542的结构框图,8,CPU结构,9,1. 算术逻辑运算单元,ALU如何获取数据 ALU输出送往何方 溢出怎么办 进位位的作用 什么是双16位算术运算,要 点,10,11,2. 累加器A和B,作用 结构与位置 和的异同 加载与存
3、储中的移位,要 点,12,3桶形移位器的功能,什么是定标 移位处理的作用 归一化的作用 为何要扩展符号位,要 点,13,4乘法器/加法器,结构 功能 什么是舍入处理 饱和处理的优点 数据流向,17X17乘法,40位加法,14,5比较、选择和存储单元,结构 功能,15,CMPS A，*AR1 ；如果A（3116）A（150） ；则A（3116）-*AR1， ；TRN左移1位，0-TRN（0），0-TC ；否则A（150）-*AR1，TRN左移1位， ；1-TRN（0），1-TC,If (M1+D1)(M2+D2) then N1= M1+D1 Else N1= M2+D2,16,6指数编码器,结
4、构 功能,要点,如何计算指数,17,7CPU状态和控制寄存器,3个状态寄存器 功能 位置 各bit的作用,要 点,6,7,1D,O页存储器,18,（1）状态寄存器0（ST0）,（2）状态寄存器1（ST1）,19,（3）处理器工作方式状态寄存器（PMST）,如何将40位数据饱和处理成32位数,20,第三节 内部总线结构,不同总线作用与区别,程序总线（PB） 数据总线（CB、DB和EB） 地址总线（PAB、CAB、DAB和EAB） 在片双向总线,21,22,23,为何要设置多内部总线 一个机器周期内可完成的存取操作 为何要用两个辅助寄存器算术运算单元 一个周期内如何执行3操作数指令,要点,24,第
5、四节 C54x芯片的存储器结构,一、哈佛结构,冯诺依曼 结构,特点 与 区别,25,哈佛结构 改善的哈佛结构,特点 与 区别,对存储器空间分配的不同考虑,26,二、哈佛结构存储空间分配,64K字程序存储空间 64K字数据存储空间,空 间 构 架,DARAM SARAM ROM,64K字的I/O空间,并行性及RAM双寻址 片内/片外存储器,特 点,27,28,1存储器空间的划分与交叉,DARAM SARAM ROM,片内存储器 类型,空间 交叉 的条件,MP/位 OVLY位 DROM位,使能,禁止,程序 数据,片内存储器空间,29,TMS320C549存储器空间分配图,30,C548和C549页
6、扩展方法 对程序空间扩展,31,2程序存储器,32,片内存储器作为程序存储器条件 外部存储器作为程序存储器条件 片内ROM分块的目的,33,高端2K字的利用,34,3数据存储器,数据存储器类型,RAM（SARAM） RAM（DARAM） 片内ROM(软件映像),片内/片外数据存储器的识别,35,36,RAM分块目的,37,DARAM前1K数据存储器的配置,38,4存储器映像寄存器,位置 作用 访问所需周期数,39,40,41,第五节 在片外围电路,通用I/O引脚XF 定时器 时钟发生器 主机接口 软件可编程等待状态发生器 可编程分区开关 串行口,不同 子系列 器件 差别,42,一、通用I/O引
7、脚,XF,SSBX XF RSBX XF,特点,发信号,收信号 XC 2，BIO,43,二、定时器,功能,结构图,工作过程,44,定时器寄存器（TIM） 定时器周期寄存器（PRD） 定时器控制器寄存器（TCR）,主要 部件,TCR中的控制位和状态位,45,定时中断的周期计算 定时中断周期=CLKOUT（TDDR+1）（PRD+1）,定时器输出信号,定时器如何节电,TOUT TINT,46,1）TCR中的TSS位置1，关闭定时器。 2）加载PRD。 3）重新加载TCR,定时器初始化的步骤,使TDDR初始化 令TSS位为0 TRB位置1,47,1）将中断标志寄存器IFR中的TINT位置1，清除尚未
8、处理完的定时器中断。 2）将中断屏蔽寄存器IMR中的TINT位置1，开放定时中断。 3）将ST1中的INTM位清0，从整体上开放中断。,开放定时中断 （假定INTM=1）,48,编程举例,STM #0000h，SWWSR ；不插等待周期 ；（软件等待状态寄存器置0） STM #0010h，TCR ；TSS=1（TCR第5位TSS置1） STM #0100h，PRD ；加载定时器周期寄存器（PRD） ；定时中断周期=CLKOUT（TDDR+1）（PRD+1） STM #0C20h，TCR ；定时分频系数TDDR初始化为0 ；TSS=0，启动定时器工作 ；TRB=1，当TIM减到0后重新加载PRD
9、 ；Soft=1，Free=1定时器遇到断点后继续运行 STM #0008h，IFR ；清除尚未处理完的定时中断 STM #0008h，IMR ；开放定时中断 RSBX INTM ；开放中断（状态寄存器ST1的INTM位复位） ,49,三、时钟发生器,作用 组成,两种参考时钟输入方式,内部振荡电路,晶体振荡电路,50,时钟频率,CPU时钟频率 CLKOUT,晶体振荡频率 外部时钟频率 CLKIN,内部PLL功能,51,（1）硬件配置的PLL,52,（2）软件可编程PLL,时钟工作方式寄存器(CLKMD),作用,53,软件编程时钟方式,第一：PLL方式 第二：DIV方式,工作时钟 CLKOUT=
10、CLKIN乘系数,CLKOUT启动过程,锁定,复位,DIV工作,加载,延迟定时,PLL 开始 定时,54,复位时设置的时钟方式,55,锁定定时器,工作方式 锁定延时时间的设定 PLLCOUNT的数值设定,DIV 工作方式,时钟发生器 按DIV方式工作,PLL 工作方式,锁定定时器工作,56,设计举例,如果要从DIV方式转到PLL3方式，已知CLKIN的频率为13MHz，PLLCOUNT=41（十进制数），只要在程序中加入如下指令即可： STM #0010 0001 0100 1111 b，CLKMD 其中，PLLMUL=0010，PLLDIV=0，PLLNDIV=1，故由表5-10可得乘系数为
11、3；PLLON/OFF=1，表5-10知PLL工作；PLLCOUNT=00101001，十进制计数值为41。,57,四、复位电路,功能,简单的复位电路 有监视功能的复位电路,58,五、主机接口,功能 结构,59,（1）HPI存储器（DARAM） （2）HPI地址寄存器（HPIA） （3）HPI数据锁存器（PHID） （4）PHI控制寄存器（HPIC） （5）PHI控制逻辑,工作过程,CPU存储 空间访问,主机数据 寄存器HPID,主机地址 寄存器HPIA,外部 主机,外部控制信号,60,HPI两种工作方式,（1）共用寻址方式（SAM）,（2）仅主机寻址方式（HOM）,HPI存储器,主机,CPU
12、,HPI存储器,主机,CPU,61,HPI与主机的连接,62,HPID与DARAM存储器的关系 HPIA寄存器对寻址的影响 HPIC控制寄存器各位设置,63,对HPI的寻址过程,HPI的中断过程,64,第六节 串行口,标准同步串行口（SP） 缓冲同步串行口（BSP） 多路缓冲串口（McBSP） 时分多路串行口（TDM）,当缓冲串行口和时分多路串行口工作在标准方式时，它们的功能与标准串行口相同,串 行 口 分 类,65,一、标准串口SP,66,1.串行口组成,16位数据接收寄存器（DRR） 数据发送寄存器（DXR） 接收移位寄存器（RSR） 发送移位寄存器（XSR） 控制电路,67,标准串口SP
13、特点,可有多个相互独立的标准同步串口 发送和接收是双向缓冲的 2个存储器映像寄存器用于传送数据 每个口有时钟、帧同步脉冲以及串行移位寄存器 可以按8位字节或16位字节转换 可以产生自己的可屏蔽收发中断 可以工作在任意的时钟频率上 标准串行口的最高工作频率是CLKOUT的1/4。,68,串行口连接方法,数据发送工作过程 数据接收工作过程,69,2串行口控制寄存器,功能 控制位作用,70,3. 标准串口SP的使用,STM #0038H ，SPC ；串口初始化 STM #00C0H ，IFR ；清除挂起的串口中断 AND #00C0H ，IMR ；使能中断 RSBX INTM ；使能全局中断 STM
14、 #00F8H ，SPC ；开始串口传输 STM DATA1，DXR ；写第一个数据到DXR,71,二、缓冲串行口（BSP）,特点,缓冲串行口6个寄存器,控制扩展寄存器BSPCE 数据接收移位寄存器BRSR 数据发送移位寄存器BXSR,数据接收寄存器BDRR 数据发送寄存器BDXR 控制寄存器BSC,72,1串行口的组成,73,2缓冲串行口的工作模式,（1）缓冲串行口的标准模式 (表2-16) （2）缓冲串行口增强模式,可编程串口时钟选择时钟 帧同步信号的正负极性可选 10、12位字长 允许忽略同步信号或不忽略。,新增 功能,BSPCE的BRE控制模式转换,74,3自动缓冲单元ABU,可独立于
15、CPU自动完成控制串口与固定缓冲内存区中的数据交换。,功能,组成,地址寄存器AXR 块长度发送寄存器BKX 地址接收寄存器ARR 块长度接收寄存器BKR 串口控制寄存器BSPCE,特点,75,ABU完成对缓冲存储器的存取；工作过程中地址寄存器自动增加，直至缓冲区的底部。到底部后，地址寄存器内容恢复到缓冲存储器区顶部；如果数据到了缓冲区的一半或底部，就会产生中断，并刷新XH/XL；如果选择禁止自动缓冲功能，当数据过半或到达缓冲区底部时，ABU会自动停止缓冲功能。,工作过程,76,循环寻址原理,装载BKX/R确定缓冲区长度，装载ARX/R给出2K字缓冲区基地址和缓冲区数据起始地址实现初始化。BKX
16、/R从高位至低位方向第一个1的位置N位将ARX/R分为ARH和ARL两部分，缓冲区顶部地址（TBA）由高位为ARH，而低位为N+1个0组成的数定义。缓冲区底部地址（BBA）由ARH和BKL-1决定。而当前数据缓冲区的位置由ARX/R的内容决定。如图所示。ARX/R的内容会随着每一次访问继续增加直至到下一个允许的缓冲区开始地址。然后在后续的存取操作中，作为更新的循环缓冲开始地址，新的ARX/R内容用来进行正确的循环缓冲地址计算。,77,循环寻址示意图,78,三、时分多路串行口（TDM）,功 能,非TDM方式 =标准串口 TDM方式 当TSPC的TDM=1,工作 方式,相 关 寄 存 器,TDM数据接收寄存器TRCV TDM数据发送寄存器TDXR TDM串口控制发送寄存器TSPC TDM通道选择寄存器TCSR TDM发送/接收地址寄存器TRTA TDM接收地址寄存器TRAD TDM数据接收移位寄存器TRSR T
