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1、第第2章章 TMS320C54x硬件结构硬件结构n2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图的特点和硬件组成框图n2.2 TMS320C54x的总线结构的总线结构n2.3 TMS320C54x的存储器分配的存储器分配n2.4 中央处理单元（中央处理单元（CPU）n2.5 TMS320C54x片内外设简介片内外设简介n2.6 硬件复位操作硬件复位操作n2.7 TMS320VC5402引脚及说明引脚及说明2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图的特点和硬件组成框图nTMS320C54x的主要特性如下所示：的主要特性如下所示：CPUn先进的多总线结构。先进的多总线结构。n40位算术逻辑
2、运算单元（位算术逻辑运算单元（ALU）。n17位位17位并行乘法器与位并行乘法器与40位专用加法器相连。位专用加法器相连。n比较、选择、存储单元（比较、选择、存储单元（CSSU）。n指指数数编编码码器器可可以以在在单单个个周周期期内内计计算算40位位累累加加器器中中数数值值的的指指数。数。n双双地地址址生生成成器器包包括括8个个辅辅助助寄寄存存器器和和两两个个辅辅助助寄寄存存器器算算术术运算单元（运算单元（ARAU）。）。返回首页存储器存储器n64 K字字程程序序存存储储器器、64 K字字数数据据存存储储器器以以及及64 K字字I/O空空间间。在在C548、C549、C5402、C5410和和
3、C5420中程序存储器可以扩展。中程序存储器可以扩展。指令系统指令系统n单指令重复和块指令重复操作。单指令重复和块指令重复操作。n块存储器传送指令。块存储器传送指令。n32位长操作数指令。位长操作数指令。n同时读入两个或同时读入两个或3个操作数的指令。个操作数的指令。n并行存储和并行加载的算术指令。并行存储和并行加载的算术指令。n条件存储指令。条件存储指令。n从中断快速返回指令。从中断快速返回指令。在片外围电路（如图在片外围电路（如图2-1所示）所示）n软件可编程等待状态发生器。软件可编程等待状态发生器。n可编程分区转换逻辑电路。可编程分区转换逻辑电路。n带有内部振荡器。带有内部振荡器。n外外
4、部部总总线线关关断断控控制制，以以断断开开外外部部的的数数据据总总线线、地地址总线和控制信号。址总线和控制信号。n数据总线具有总线保持器特性。数据总线具有总线保持器特性。n可编程定时器。并行主机接口（可编程定时器。并行主机接口（HPl）。）。 电源电源n可可用用IDLEl、IDLE2和和IDLE3指指令令控控制制功功耗耗，以以工工作在省电方式。作在省电方式。n可以控制关断可以控制关断CLKOUT输出信号。输出信号。在片仿真接口在片仿真接口n具具 有有 符符 合合 IEEEll49.1标标 准准 的的 在在 片片 仿仿 真真 接接 口口（JTAG）。）。速度速度n单单周周期期定定点点指指令令的的
5、执执行行时时间间为为25/20/15/12.5/10-ns(40 MIPS/50 MIPS/66 MIPS/80 MIPS/100 MIPS)。型型 号号电 压（V）片内存片内存储器器片内外片内外设指令周期指令周期(ns)封装形式封装形式RAM1（千字）千字）ROM（千字）千字）串行口串行口定定时器器主机主机接口接口引脚引脚类型型TMS320C5415.0528223125100TQPFTMS320LC5413.3528223120/25100TQPFTMS320C5425.010223125128/144TQPFTMS320LC5423.310224120/25100TQPFTMS320LC
6、5433.310224120/25128TQPFTMS320LC5453.3648725120/25128TQPFTMS320LC545A3.3648725115/20/25100TQPFTMS320LC5463.3648725120/25100TQPFTMS320LC546A3.3648725115/20/25144BGA/TQPFTMS320LC5483.332225115/20144TQPF/BGATMS320LC5493.3321636112.5/15144TQPF/BGATMS320VC5493.3(内核内核2.5)321636110144TQPF/BGATMS3220VC54023
7、.3(内核内核2.8)1642210144TQPF/BGATMS3220VC54093.3(内核内核2.8)3243110144TQPF/BGATMS3220VC54103.3(内核内核2.5)6463110144TQPF/BGATMS3220VC54203.3(内核内核2.8)10006110144TQPF/BGA1. TMS320C54x DSP的主要特性的主要特性2. TMS320C54x的硬件结构框图的硬件结构框图 控制界面控制界面系统控制系统控制程序地址控制程序地址控制数据地址控制数据地址控制乘法器乘法器加法器加法器算术逻算术逻辑运算辑运算桶形桶形移位器移位器程序程序/数据存储器数据
8、存储器串行口串行口并行口并行口定时器定时器计数器计数器中断中断I/O扩展口扩展口中央处理器中央处理器比较器比较器特殊功能特殊功能寄存器寄存器存储存储控制控制界面界面外设外设控制控制界面界面PABPBCABCBDABDBEABEB它围绕它围绕8条总线由条总线由10大部分组成大部分组成:2.2 TMS320C54x的总线结构的总线结构nTMS320C54x DSP采用先进的哈佛结构并具有八采用先进的哈佛结构并具有八组总线，其独立的程序总线和数据总线允许同时组总线，其独立的程序总线和数据总线允许同时读取指令和操作数，实现高度的并行操作。读取指令和操作数，实现高度的并行操作。n采用各自分开的数据总线分
9、别用于读数据和写数采用各自分开的数据总线分别用于读数据和写数据，允许据，允许CPU在同一个机器周期内进行两次读操在同一个机器周期内进行两次读操作数和一次写操作数。独立的程序总线和数据总作数和一次写操作数。独立的程序总线和数据总线允许线允许CPU同时访问程序指令和数据。同时访问程序指令和数据。 返回首页1.总线数目与作用总线数目与作用 1条程序总线条程序总线(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条数据总线条数据总线(CB、DB和和EB)： 将内部各单元连接在一起将内部各单元连接在一起 4条地址总线条地址总线(PAB、CAB、DAB和和EA
10、B)： 传送执行指令所需的地址传送执行指令所需的地址 返回本节图2-1 TMS320C54x DSP的内部硬件组成框图12. 各种方式所用到的总线各种方式所用到的总线读/写方式写方式地址地址总线程序程序总线数据数据总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序程序读程序写程序写单数据数据读双数据双数据读长数据（数据（32位）位）读(hw)(lw)(hw)(lw)单数据写数据写数据数据读/数据写数据写双数据双数据读/系数系数读外外设读外外设写写2.3 TMS320C54x的存储器分配的存储器分配n2.3.1 存储器空间存储器空间n2.3.2 程序存储器程序存储器n2.3.3 数据存储器数据存储
11、器n2.3.4 I/O存储器存储器返回首页2.3.1 存储器空间存储器空间nTMS320C54x存储器由存储器由3个独立的可选择空间组成：个独立的可选择空间组成：程序空间、数据空间和程序空间、数据空间和I/O空间。空间。n程序存储器空间包括程序指令和程序中所需的常程序存储器空间包括程序指令和程序中所需的常数表格；数据存储器空间用于存储需要程序处理数表格；数据存储器空间用于存储需要程序处理的数据或程序处理后的结果；的数据或程序处理后的结果；I/O空间用于与外部空间用于与外部存储器映象的外设接口，也可以用于扩展外部数存储器映象的外设接口，也可以用于扩展外部数据存储空间。据存储空间。 图图2-2 T
12、MS320VC5402存储器分配图存储器分配图图2-3 C5402扩展程序存储器图返回本节2.3.2 程序存储器程序存储器n通过通过MP/和和OVLY位的设置，可以实现对片内存储位的设置，可以实现对片内存储器（器（ROM、RAM）的配置，即哪些片内存储器映的配置，即哪些片内存储器映象在程序存储器空间。象在程序存储器空间。n器件复位时，复位、中断和陷阱中断的向量映象器件复位时，复位、中断和陷阱中断的向量映象在地址在地址FF80H开始的程序存储器空间。然而，复开始的程序存储器空间。然而，复位后这些向量可以被重新映象在程序存储器空间位后这些向量可以被重新映象在程序存储器空间任何任何128字页的开始。
13、这样，可以把向量表移出字页的开始。这样，可以把向量表移出引导引导ROM，并重新配置其地址。并重新配置其地址。 返回本节2.3.3 数据存储器数据存储器n通通过过对对处处理理器器方方式式状状态态寄寄存存器器PMST的的DROM位位的的设设置置，将将片片内内ROM配配置置在在数数据据存存储储器器空空间间（DROM=1），这这样样，可可以以用用指指令令将将片片内内ROM作作为为数数据据存存储储器器中中的的数数据据ROM来来读读取取。复复位位时时，DROM位被清位被清0。n64K字字的的数数据据存存储储器器空空间间包包括括数数据据存存储储器器映映象象寄寄存存器器，0000H001FH是是常常用用的的C
14、PU寄寄存存器器地地址址，0020H005FH是片内外设寄存器的地址。表是片内外设寄存器的地址。表2-1 表表2-1 存储器映象寄存器存储器映象寄存器名称名称地址地址说明说明IMR0中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器IFR1中断标志寄存器中断标志寄存器STO6状态寄存器状态寄存器0STl7状态寄存器状态寄存器1名称名称地址地址说明说明AL8累加器累加器A低低16位位AH9累加器累加器A高高16位位AGAH累加器累加器A最高最高8位位BLBH累加器累加器B低低16位位BHCH累加器累加器B高高16位位BGDH累加器累加器B最高最高8位位TREGEH暂存器暂存器TRNFH状态转移寄存器状态转移寄存器AR
15、0710H17H辅助寄存器辅助寄存器 SP18H堆栈指针堆栈指针BK19H循环缓冲大小循环缓冲大小BRC1AH块重复计数器块重复计数器RSA1BH块重复起始地址寄存器块重复起始地址寄存器名称名称地址地址说明说明REA1CH块重复终止地址寄存器块重复终止地址寄存器PMST1DH处理器方式状态寄存器处理器方式状态寄存器XPC1EH扩展程序计数器扩展程序计数器TIM24H定时器定时器0寄存器寄存器PRD25H定时器定时器0周期寄存器周期寄存器TCR26H定时器定时器0控制寄存器控制寄存器 SWWSR28H软件等待状态寄存器软件等待状态寄存器BSCR29H分区转换控制寄存器分区转换控制寄存器SWCR2
16、BH软件等待状态控制寄存器软件等待状态控制寄存器HPIC2CH主机接口控制寄存器主机接口控制寄存器TIM130H定时器定时器1寄存器寄存器PRD131H定时器定时器1周期寄存器周期寄存器TCR132H定时器定时器1控制寄存器控制寄存器GPIOCR3CH通用通用I/O控制寄存器，控制主机接口和控制寄存器，控制主机接口和TOUTlGPIOSR3DH通用通用I/O状态寄存器，主机接口作通用状态寄存器，主机接口作通用I/O时有用时有用返回本节2.3.4 I/O存储器存储器n除程序存储器空间和数据存储器空间外，除程序存储器空间和数据存储器空间外，C54x系系列器件还提供了列器件还提供了I/O存储器空间，
17、利用存储器空间，利用I/O空间可空间可以扩展外部存储器。以扩展外部存储器。 I/O存储器空间为存储器空间为64K字字（0000hFFFFh），），有两条指令有两条指令PORTR和和PORTW可以对可以对I/O存储器空间操作，读写时序与存储器空间操作，读写时序与程序存储器空间和数据存储器空间有很大不同。程序存储器空间和数据存储器空间有很大不同。 返回本节2.4 中央处理单元（中央处理单元（CPU）nCPU的基本组成如下：的基本组成如下：nCPU状态和控制寄存器状态和控制寄存器n40位算术逻辑单元（位算术逻辑单元（ALU）n40位累加器位累加器A和和Bn桶形移位寄存器桶形移位寄存器n乘法器乘法器/
18、加法器单元加法器单元n比较、选择和存储单元（比较、选择和存储单元（CSSU）n 指数编码器指数编码器返回首页1算术逻辑单元（算术逻辑单元（ALU）和累加器和累加器nTMS320C54x使使用用40位位算算术术逻逻辑辑单单元元（ALU）和和两两个个40位位累累加加器器（ACCA和和ACCB）来来完完成成算算术术运运算算和和逻逻辑辑运运算算，且且大大多多数数都都是是单单周周期期指指令令。ALU功能框图如图功能框图如图2-4所示。所示。CB15CB0DB15DB0暂存器T符号控制符号控制乘数Y乘数XXY算术逻辑单元(ALU)累加器A累加器B乘数MAC输出移位器输出运算部件运算部件1）算术逻辑单元（）
19、算术逻辑单元（ALU）2）累加器）累加器累加器累加器A和和B都可分成都可分成3个部分个部分: 累加器在CPU中的表示: AHAGALBHBGBL累加器累加器A累加器A累加器累加器B3116150393239323116150例：假设累加器例：假设累加器A=FF 1234 5678H，执行带移位的，执行带移位的STH和和STL指令后，数据存储单元指令后，数据存储单元T中的结果：中的结果：STH A，8，TSTH A，-8，TSTL A，8，TSTL A，-8，T2桶形移位寄存器桶形移位寄存器n如如图图所所示示为为桶桶形形移移位位寄寄存存器器的的功功能能框框图图。桶桶形形移移位位寄寄存存器器的的输
20、输入入可可以以为为：从从DB获获得得的的16位位操操作作数数；从从DB和和CB获获得得的的32位位操操作作数数；从从累累加加器器A或或B获获得得的的40位位操操作作数数。桶桶形形移移位位寄寄存存器器的的输输出出连连到到ALU或或经经过过MSW/LSW写写选选择择单单元元至至EB总总线。线。 来自累加器ACB15CB0DB15DB0符号控制桶形移位器（-1631）写选择MSW/LSW乘法器MUX来自累加器BTC（测试位）CSSUALUSXMT：-1631ASM（40）：-1615指令寄存器立即数：-1615或015EB15EB0桶形移位器例例 对累加器对累加器A执行不同的移位操作执行不同的移位操
21、作ADD A，-4，BADD A，ASM，B3乘法器乘法器/加法器单元加法器单元nC54x CPU有有一一个个1717位位的的硬硬件件乘乘法法器器，与与40位位的的专专用用加加法法器器相相连连，可可以以在在单单周周期期内内完完成成一一次次乘乘法法累累加加运运算算。其其功功能能框框图图如如图图2-6所所示示。乘乘法法器器的的输输出出经经小小数数/整整数数乘乘法法（FRCT）输输入入控控制制后后加加到到加加法法器器的的一一个个输输入入端端，加加法法器器的的另另一一个个输输入入端端来来自累加器自累加器A或或B。n加加法法器器还还包包括括零零检检测测器器、舍舍入入器器（二二进进制制补补码码）及溢出及溢
22、出/饱和逻辑电路。饱和逻辑电路。 0来自累加器A溢出（OVA/OVB）结果0（ZA/ZB）加数Y加数XCB15CB0DB15DB0PB15PB0暂存器T符号控制符号控制X Y乘法器（1717）小数/整数0检测舍入 状态加法器（40）来自累加器B溢出模式（OVM）至累加器A/B乘数乘数Y乘数X乘法器/加法器单元4比较、选择和存储单元（比较、选择和存储单元（CSSU）n比比较较、选选择择和和存存储储单单元元（CSSU）完完成成累累加加器器的的高高位位字字和和低低位位字字之之间间的的最最大大值值比比较较，选选择择累累加加器器中中较较大大的的字字并并存存储储在在数数据据存存储储器器中中，不不改改变变状
23、状态态寄寄 存存 器器 ST0中中 的的 测测 试试 /控控 制制 位位 和和 传传 送送 寄寄 存存 器器（TRN）的值。）的值。累加器累加器A比较比较COMP写选择写选择MSW/LSW乘法器乘法器MUX累加器累加器BCSSUEB15-EB0状态移位状态移位TRN测试测试TC桶形移位器桶形移位器比较、选择和存储单元比较、选择和存储单元5指数编码器指数编码器指数编码器是用于支持单周期指令指数编码器是用于支持单周期指令EXP的专用硬件。的专用硬件。 在在EXP指令中指令中,累加器中的指数值能以二进制补码的形式累加器中的指数值能以二进制补码的形式存储在存储在T寄存器中寄存器中,范围为范围为831位
24、。位。 指数值定义为前面的冗余位数减指数值定义为前面的冗余位数减 8 的差值的差值,即累加器中为即累加器中为消除非有效符号位所需移动的位数。消除非有效符号位所需移动的位数。 当累加器中的值超过当累加器中的值超过32位时，该操作将产生负值。位时，该操作将产生负值。 【例例】EXP A ；（冗余符号位；（冗余符号位-8）T寄存器寄存器ST T，EXPONET ；将指数值存到数据存储器中；将指数值存到数据存储器中NORM A ；对累加器进行归一化；对累加器进行归一化6CPU状态和控制寄存器状态和控制寄存器nTMS320C54x有有三三个个状状态态和和控控制制寄寄存存器器，分分别别为为状状态态寄寄存存
25、器器ST0、状状态态寄寄存存器器ST1和和处处理理器器方方式式状状态态寄寄存存器器PMST。ST0和和ST1包包括括各各种种工工作作条条件件和和工工作作方方式式的的状状态态，PMST包包括括存存储储器器配配置置状状态态和控制信息。和控制信息。n状状态态寄寄存存器器ST0的的位位结结构构如如图图2-9所所示示，表表2-2所所示是示是ST0的说明。的说明。 图图2-9 状态寄存器状态寄存器ST0位结构位结构1513121110980ARPTCCOVAOVBDP表2-2 状态寄存器ST01514131211109876540BRAFCPLXFHMINTM0OVMSXMC16FRCTCMPTASM图2
26、-10 状态寄存器ST1的位结构表2-3 状态寄存器ST1(1)表2-3 状态寄存器ST1(2)1576543210IPTRMP/MCOVLYAVISDROMCLKOFFtSMULtSSTt图2-11 处理器方式状态寄存器PMST的位结构表2-4 状态寄存器PMST返回本节2.5 TMS320C54x片内外设简介片内外设简介1通用通用I/O引脚引脚2定时器定时器3时钟发生器时钟发生器4主机接口（主机接口（HPI）5串行口串行口6软件可编程等待状态发生器软件可编程等待状态发生器7可编程分区转换逻辑可编程分区转换逻辑返回首页2.6 硬件复位操作硬件复位操作复位期间，处理器进行以下操作：复位期间，处
27、理器进行以下操作：nPMST中的中断向量指针中的中断向量指针IPTR设置成设置成1FFH。nPMST中的中的MP/位设置成与引脚位设置成与引脚MP/状态相同的值。状态相同的值。nPC设置为设置为FF80H。n扩展程序计数器扩展程序计数器XPC清清0。n 无论无论MP/状态如何，将状态如何，将FF80H加到地址总线。加到地址总线。返回首页n数据线变为高阻态，控制线处于无效状态。数据线变为高阻态，控制线处于无效状态。n产生产生信号。信号。nST1中中的的中中断断方方式式位位INTM置置1，关关闭闭所所有有可可屏屏蔽蔽中断。中断。n中断标志寄存器中断标志寄存器IFR清清0。n产生同步复位信号（），初
28、始化外围电路。产生同步复位信号（），初始化外围电路。下列状态位置成初始值下列状态位置成初始值nARP = 0 CLKOFF = 0 HM = 0 SXM = 1nASM = 0CMPT = 0INTM = 1TC = 1nAVIS = 0CPL = 0OVA = 0XF = 1nBRAF = 0 DP = 0OVB = 0nC =1DROM = 0OVLY = 0 nC16 = 0FRCT = 0OVM = 0n如如果果MP/=0，程程序序从从片片内内ROM开开始始执执行行，否否则则，从从片片外外程序存储器开始执行。程序存储器开始执行。返回本节2.7 TMS320VC5402引脚及说明引脚及说明图2-12 TMS320VC5402的引脚 1返回首页图2-12 TMS320VC5402的引脚2表2-5 TMS320VC5402引脚说明1表2-5 TMS320VC5402引脚说明2表2-5 TMS320VC5402引脚说明3表2-5 TMS320VC5402引脚说明4表2-5 TMS320VC5402引脚说明5表2-5 TMS320VC5402引脚说明6表2-5 TMS320VC5402引脚说明7返回本节表2-5 TMS320VC5402引脚说明8
