DSP芯片技术及应用.docx

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DSP芯片技术及应用

DSP总结：

以下总结仅针对宁波大学DSP芯片技术及应用（通信类非控制类）这门课，个人根据重点、考点总结的，用于期末复习（请结合课本以及PPT的例子），不足之处请见谅，基本能过就是，如若其中有错请联系QQ：

493288964。

还是建议您平时学点，理解为先！

！

！

将该文章用于XX等兑换积分的行为是可耻的！

第一章绪论（简介）

1、DSP芯片特点：

采用哈佛结构；多总线结构；流水线技术；专用的硬件乘法器；特殊的DSP指令；快速的指令周期；硬件配置强；支持多处理器结构

1）CPU是冯.诺伊曼结构；DSP是数据和地址空间分开的哈佛结构。

冯.诺依曼结构：

单存储空间；统一的程序和数据空间；共享的程序和数据总线；程序指令只能串行执行

单指令周期：

100ns，现在单指令周期为：

10ns

哈佛结构：

双存储空间；程序存储器和数据存储器分开；程序总线和数据总线分开；独立编址、独立访问

改进型哈佛结构：

双存储空间、多条总线；多条数据总线；高速缓冲器（重复指令，只需读入一次）

2）采用多总线结构：

TMS320C54X：

4组总线；单机器周期内可完成的操作;

3）流水线操作

4）专用的硬件乘法器

硬件乘法累加器是DSP区别于通用微处理器的一个重要标志

MAC（乘累加）单元（独立的乘法器和加法器；单周期内完成一次乘法和一次加法运算

；MPY,MAC,MACA,MACSU等指令）

分类：

工作时钟和指令类型：

静态和一致性DSP芯片；用途分：

通用和专用型；数据格式分：

定点和浮点型

2、DSP按数据格式分为定点型和浮点型

定点DSP芯片:

数据长度16位/24位TMS320C2000/5000/6000

价格便宜、功耗较低、但运算精度稍低。

浮点DSP芯片:

数据长度32位/40位MS320C3X/4X/VC33/C67X/C8X

价格稍贵、功耗较大、但运算精度高。

3、芯片简介

TMS320VC5416PGE160主处理器芯片的性能：

频率：

160MHz   速度：

160MIPS 周期：

6.25ns

第二章：

TMS320C54X的硬件结构

1、C54X：

为低功耗,高性能而专门设计的16位定点DSP芯片

C54基本结构：

中央处理器（CPU）、内部总线结构、存储器、片内外设。

1、内部总线结构

8组16-bit总线

1组程序总线:

PB（传送从程序存储器来的指令代码和立即数）

3组数据总线:

DB、CB、EB（CB和DB总线传送从数据存储器读出的操作数。

EB总线传送写入存储器中的数据）

对应的4组地址总线：

PAB、DAB、CAB、EAB：

提供执行指令所需的地址

2、中央处理单元（CPU）

CPU主要包括以下几部分：

40位的算术逻辑单元（ALU）

2个40位累加器ACCA、ACCB

40位桶形移位寄存器

乘累加单元（MAC）

比较、选择和存储单元（CSSU）

指数编码器

CPU状态和控制寄存器

1）两个40位累加器A和B；

既可作为ALU或MAC的输入源，也可存放运算结果；

累加器A和B的区别：

累加器A的16~32位能被用作乘法-累加单元中的乘法器输入，而累加器B不行

累加器的各部分AG,BG,AH,BH,AL,BL都是存储器映象寄存器，可使用寄存器寻址方式

2）算术逻辑单元（ALU）

完成多数算术逻辑运算：

由1个40位的ALU和2个40位累加器完成

多数算术逻辑运算指令都是单周期指令

ALU的输入和输出：

X输入源、Y输入源。

X输入源（桶形移位寄存器、数据总线DB的操作数）、Y输入源（暂存器T、累加器A/B、数据总线CB的操作数）

SXM:

符号位扩展方式控制位

ALU对输入数据的预处理受SXM值的影响:

当数据存储器操作数在低16位时:

SXM=0,高位用0填充（进行无符号数运算）；SXM=1,高位进行符号扩展（带符号数运算）

当数据存储器操作数在高16位时:

SXM=0,高位用0填充,低16位用0填充；SXM=1,高位进行符号扩展,低16位用0填充

对16位数:

最大正数为7FFFH,最小负数为8000H

对32位数:

最大正数为7FFFFFFFH,最小负数为80000000H

CMPSsrc,Smem：

比较src累加器高端和低端两个16位二进制补码的大小,将较大值放入Smem存储器中.

EXP编码器：

支持指数运算指令的专用硬件电路

EXP指令：

说明:

计算src的指数值并以二进制补码形式存放于T寄存器中.（TS:

D0~D5）

举例:

1.A=FFFFFFFFCBH,执行EXPA指令后A和T的值分别为多少?

A=FFFFFFFFCBH,T=0019H

EXP常与NORM联合使用,实现累加器的归一化（定点数的定标）。

NORM指令：

NORMsrc[,dst]

功能：

（src）<

例一：

EXPA

NORMA

假设A=FFFFFFF001H,以上两条指令执行后，A和T的值分别为多少？

T=0013HA=FF80080000H

例二：

NORMB,A

若A＝FFFF8FF302H,B＝210A0A0A0AH,T＝FFF9H

思考：

执行后A、B及T的值？

A＝0042141414HB＝210A0A0A0AHT＝FFF9H

3）乘累加单元

MAC单元由以下部分组成：

乘法器，40位的专用加法器，带符号/无符号输入控制，暂存器（TREG）,小数控制（FRCT），零检测器，舍入器（二进制补码）和溢出/饱和逻辑.

FRCT:

小数相乘方式控制位

当FRCT=1时,乘法结果左移1位,消去多余的符号位,相应的定标值加1

乘法器的两个输入：

例:

MACPSmem,pmad,src

MACASmem,B

4）CPU状态和控制寄存器

C54x有三个16位的状态和控制寄存器

状态寄存器ST0

状态寄存器ST1

处理器工作方式状态寄存器PMST

ST0、ST1中包含各种工作条件和工作方式的状态

PMST中包含存储器的设置状态和其他控制信息

ST0：

反映寻址要求和计算的中间运行状态

ARP:

辅助寄存器指针（AR0~AR7）

TC:

测试/控制标志位

如：

CMPMSmem,#lk

BCagain,NTC

C:

进位标志，加法进位时，置1；减法借位时，清0

OVA/OVB：

累加器A/B的溢出标志

当运行结果送入累加器A或B中且发生溢出时，OVA或OVB置1。

DP：

数据存储器页指针，对应16位数据存储器地址的高9位（基地址）

如：

ld#4,dp

st#1,1;指令中给出低7位地址（偏移地址）

ST1：

反映寻址要求，计算的初始状态设置，I/O及中断控制。

BRAF：

块重复操作标志位（RPTB指令）

CPL：

直接寻址选用何种指针,SP（CPL=1）或DP（CPL=0）

XF：

控制XF通用外部I/O引脚输出状态，可对XF进行复位和置位

INTM：

置1，关闭所有可屏蔽中断

OVM：

累加器是否溢出保护，置1（要保护）。

SXM：

符号位扩展方式控制位，控制进行无符号数运算还是带符号数运算。

C16：

双精度/双16位运算方式，置1（双16位）。

FRCT：

小数方式控制位。

ASM：

累加器移位方式控制位（5位）。

PMST：

设置并控制处理器的工作方式

IPTR：

中断向量指针，决定中断向量表起始地址的高9位。

复位时,FF80H

3、存储器（片内存储器）

包括片内ROM、DARAM、SARAM

DARAM:

双访问RAM单机器周期内可被访问2次

如：

MACXmem,Ymem,src

SARAM:

单访问RAM机器周期内只能被访问1次

片内DARAM和SARAM可映射到数据空间或程序空间

CPU在单周期内可执行4次存储操作：

1次取指、2次读操作数和1次写操作数

并行结构、多总线及片内RAM的双寻址能力

4、存储器空间：

C54xDSP具有三个独立的空间

程序空间:

随地址线根数不同而不同。

如:

16根（64K），20根（1M,C5402），23根（8M,C5416）

数据空间:

64K

程序空间:

64K

I/O空间:

64K

片内、片外程序空间统一编址!

片内、片外数据空间统一编址!

1）程序存储空间：

存放指令、立即数和系数表1兆字

C5416：

8M字的空间，整个程序空间分成128页（XPC=0~127）每页均64K字

与程序寻址相关的寄存器:

程序计数器PC：

包含程序存储器地址的16位寄存器

控制程序的运行过程，顺序执行时，PC=PC+1

扩展程序计数器XPC（7位寄存器）

程序长转移时，PC=程序存储器地址（0～15），XPC=程序存储器地址（16～22）。

内部ROM：

不同型号的芯片内部ROM配置不同

C5402:

有4K字的片内ROM

映射到程序空间的F000H～FFFFH:

高2千字由TI定义（F800H~FFFFH），图2.5.3

F800H：

引导程序

FF80H：

中断向量表

2）数据存储空间：

用来存储数据：

包括需处理的数据和数据处理的中间结果。

空间的配置：

共64K字

DROM标志位：

决定片内ROM是否映射到数据空间

F000H-FEFFH：

由DROM标志位控制定义在片内还是片外ROM存储器。

为了提高并行能力，片内DARAM和数据ROM细分成若干个数据块。

如图2.5.4：

每80H（128）个存储单元为一个数据块。

DP：

数据存储器的高9位地址

数据页0（DP=0,0000H-005FH）：

特殊功能寄存器空间

存储器映射寄存器MMR：

通过访问映射寄存器就可实现对CPU和外设存储器的相应操作。

CPU寄存器（0000H~001FH）：

27个

用于程序的运算处理和寻访方式的选择及设定，表2.5.2

片内外设寄存器（0020H~005FH）

用来控制片内外设电路的状态

寻址需2个机器周期

不同型号的‘C54X芯片具有不同的片内外设寄存器

3）I/O空间用于对片外设备的访问64K字

寻址指令仅两个：

PORTR和PORTW

相应的选通、控制信号

PMST寄存器的三个位共同影响存储器的结构:

MP/MC:

DSP工作于微处理器模式还是微计算机模式（程序存储空间是否使用片内ROM存储器）：

F000H-FFFFH:

当MP/MC＝0时，定义为内部ROM

当MP/MC＝1时，定义为外部存储器

OVLY：

片内RAM是否映射到程序空间（1:

是，0:

否）

OVLY＝0时，0000H－3FFFH：

全部定义为外部存储器

OVLY＝1时，0080H－3FFFH：

定义为内部DARAM存储器

DROM：

片内ROM是否映射到数据空间（1:

是，0:

否）

5、片内外设电路

通用I/O引脚（XF（输出）BIO/（输入））

定时器

时钟发生器

主机接口HPI

串行通信接口

软件可编程等待状态发生器

可编程分区转换逻辑

片内外设寄存器（0020H~005FH）

程序存储器：

存放程序代码,系数表和立即数等

PC:

程序计数器,16位寄存器,64K空间

XPC:

扩展程序计数器,7位寄存器,访问扩展程序存储器,长转移,长调用,如FB[D],FCALL[D]等

程序存储器操作数pmad等,如MVPD,MACP等

复位时，PC=FF80H

顺序执行程序时，PC=PC+1

流水线：

预取指、取指、译码、寻址、读数和执行共6个操作阶段。

第三章TMS320C54XDSP芯片的指令系统（ppt例题）

1、指令的表示方法

指令的两种表示法:

助记符形式和代数表达式

操作数域：

立即数,寄存器,程序空间地址,数据空间地址或I/O地址。

立即数:

#为前缀,间接寻址:

*为前缀。

程序存储器操作数（存储器地址）:

Pmad,extpmad，Pmem

数据存储器操作数:

dmad,Dmem,Smem,Sind,Xmem,Ymem,Lmem（32位）

2、寻址方式：

数据寻址和程序寻址

数据寻址（7种基本方式）

1）立即数寻址

立即数寻址（K,k3,k5,k9,lk）

短立即数:

3,5,8,9位（单字指令中）

长立即数:

16位（双字指令中）,

立即数:

#前缀

LD#80h,A

RPT#99;单字指令

RPT#7DFFH;双字指令

2）绝对地址寻址

数据寻址（绝对地址寻址）：

指令中包含16位地址，寻址存储单元；至少为双字长指令，有四种类型：

数据存储器地址（dmad）寻址：

操作数存放于数据存储单元，确定该单元地址

主要指令：

MVDKSmem,dmad;dmad=Smem

MVDMdmad,MMR

MVKDdmad,Smem

MVMDMMR,dmad

例:

MVDM2000H,T

RPT#19;数据块的复制

MVMDAR2,SAMPLE;SAMPLE为常数表示的地址

MVKD0200H,*AR2+

程序存储器地址（pmad）寻址：

确定程序存储器中的一个地址

主要指令：

FIRSXmem,Ymem,pmad

MACDSmem,pmad,src

MACPSmem,pmad,src

MVDPSmem,pmad

MVPDpmad,Smem

例:

MVPDTABLE,*AR7-

MACP*AR3-,COEFFS,A

端口地址（PA）寻址（符号或常数）：

确定外部I/O端口的地址

主要指令：

PORTRPA,Smem

PORTWSmem,PA

例:

PORTRFIFO,*AR5

PORTW*AR1+,FIFO1

*（lk）寻址：

用符号或常数指明数据存储器中的一个地址

不能与循环指令（RPT,RPTZ）一起使用！

例:

STLA,*（y）

STHA,*（y1）

LD*（PN）,A

数据寻址举例

（1）：

x.set2000h

portr20h,*（x）

stm#x,ar1

ld#100,b

macp*ar1,100h,b

3）累加器寻址：

对存放数据的程序存储器寻址

将累加器的内容作为地址（16位或23位）去访问程序存储器单元

仅两条指令:

WRITA和READA

循环执行，可实现数据块的传送。

READASmem

将累加器A所确定的程序存储器单元中的值传送到数据存储单元。

如：

若A=0000000100h,AR1=0200h，执行下列指令：

READA*AR1

WRITASmem

将Smem所确定的数据存储单元中的值传送到累加器A所确定的程序存储器单元。

如：

STM#0300H,AR2

LD#18000H,A

WRITA*AR2

4）直接寻址

由基地址（DP或SP提供）和低7位偏移地址（指令中提供）共同构成16位数据存储器地址。

64K的数据空间:

分成512页,每页128个单元

DP取值范围：

0～511

7位偏移地址范围：

0～127

不改变基地址,可寻址连续的128个单元

DP复位值为0

直接寻址指令代码的格式

图3.1.1

优点：

单字指令

基地址由DP还是SP提供？

由CPL（ST1中）标志位的值决定

CPL=0：

基地址由DP（9位）提供

CPL=1：

基地址由SP（16位）提供

16位数据地址的形成过程：

CPL=0时，9位DP值为高位，指令中7位偏移值为低位，构成16位数据存储器地址。

CPL=1时，16位SP的值与指令中7位偏移值相加，形成16位数据存储器地址。

例如：

基地址由DP提供：

ld#4,dp;页指针指向数据M第4页,;片内数据区DARAM

st#1,1

st#2,2

st#3,3

st#4,4

基地址由SP提供：

STM#4000H,SP

SSBXCPL

ST#9876h,3

易混淆的问题！

LD#40H,DP

STLA,60H

;60H：

数据存储器2060H单元

STM#2000H,AR1

MVDK*AR1,60H

;60H：

数据存储器0060H单元

MVDP*AR1,60H

;60H：

程序存储器0060H单元

5）间接寻址

6）存储器映射寄存器寻址

用途：

主要用于不改变DP、SP的情况下，修改MMR中的内容。

7）堆栈寻址

“后进先出”的原则

堆栈:

保存PC值和保存数据参数

堆栈存放数据:

从高地址向低地址增长,SP总是指向堆栈中最后存入的数据单元

入栈:

先（SP）-1,数据再入栈.

出栈：

数据出栈，SP+1.

PSHMT

PSHD*AR3+;SP-1,*AR3所指单元数据入栈

POPMT

POPD*AR2;数据出栈，存入*AR2所指向单元，SP+1

寻址方式举例：

DDAT1.set1000H

PDAT1.set2000H

RSBXCPL

LD#1234h,A;立即数寻址

ST#5678h,*（DDAT1）;立即数寻址和绝对地址寻址

LD#PDAT1,A

READA2H;立即数寻址,直接寻址（DP指针）和累加器寻址

SSBXCPL

ST#9876h,3H;直接寻址（SP指针）

RSBXCPL

STM#DDAT1,AR2

ST#9876h,*AR2;间接寻址

MVDK3H,DDAT1

MVKDDDAT1,1H;直接寻址和绝对地址（dmad）寻址

MVDP2H,PDAT1;直接寻址和绝对地址（pmad）寻址

STM#8888h,T;立即数寻址和存储器映射寄存器寻址

PSHMT

POPMT;堆栈寻址和存储器映射寄存器寻址

STM#4000h,AR0

RPT#29

MVPD1000H,*AR0+;程序存储器到数据存储器数据块的复制

STM#2000H,AR2

STM#3000H,AR3

LD#0,A

RPT#19

MAC*AR2+,*AR3+,A

STLA,*（y）;完成20次乘累加操作

程序寻址（P47-48）

程序存储器：

存放程序代码,系数表和立即数

程序地址生成器（PAGEN）产生地址，再加载到PAB总线

3、指令系统

共有129条基本指令，包含了6种基本类型的操作：

数据传送指令

算术运算指令

逻辑运算指令

程序控制指令

并行操作指令

重复操作指令：

RPT:

单指令重复

RPTB:

块重复指令

几个寄存器:

BRC,RSA,REA,标志位BRAF

RPTZ：

多重循环,合理安排可减少执行时间

最内层循环:

RPT或RPTZ

次内层循环:

RPTB

其余层循环:

BANZ

第四章：

汇编语言程序的开发工具

核心：

链接命令文件的编写

编写C或汇编源程序，经c编译器和汇编器,.c.asm.objCOFF目标文件

经汇编器,.asm.objCOFF目标文件

经链接器,根据链接命令文件（.cmd）,将多个.obj文件或库文件链接起来,分配各段地址,生成可执行文件（.out），用模拟器/仿真器,分析验证.out文件，用格式转换工具,.out.hex文件,并写入EPROM/FLASH中

注：

c编译器三个功能：

编译,汇编,链接

COFF：

公共目标文件格式

编写汇编程序时,采用段sections（代码段,数据段等）的形式,模块化编程方便,程序可移植性大

汇编器和链接器提供一些伪指令来建立和管理各种段

段（sections）：

指在存储器中占据相邻空间的代码或数据块

每个COFF文件都被分成若干个段

每行汇编语句都从属一个段

一般，COFF文件都包含3种形式的段：

.text段：

代码段

.data段：

已初始化数据段

.bss段：

未初始化变量段

两种基本类型的段：

三个已初始化段

.text段：

存放程序代码

.data段：

存放已初始化数据

.sect段：

自定义段,存放初始化数据或程序代码

两个未初始化段

.bss段：

为未初始化变量保留存储空间

.usect段：

自定义段,保留存储空间

链接器有2条伪指令:

MEMORY伪指令

SECTIONS伪指令

PAGE0:

程序存储器

PAGE1:

数据存储器

第五章：

：

汇编语言程序设计（结合PPT和书上例题）

1）程序的控制

常用程序控制指令:

B,BC,BANZ,CALL,CC,RET,RC

2）条件操作程序

3）算术运算指令

4）堆栈的使用

5）两种数据排列方法

偶地址排列:

指令中给出的地址为偶地址

奇地址排列:

指令中给出的地址为奇地址

可修改.cmd文件实现

常使用偶地址排列法

6）小数运算程序

对DSP处理的同一个整数，小数点位置不同，表示数的大小和精度就不同。

常用：

Q表示法.

用Q0,Q1,Q2,……,Q15表示小数点分别在D0,D1,D2,……,D15位之后整数（Q0）小数（Q15）混合小数（Q1---Q14）

如，2000H（Q0和Q15各表示多少？

）

对Q15的小数进行定标

乘以32768（215）

如：

定义一个已初始化数据0.907:

.word32768*907/1000

第六章：

应用程序设计（结合PPT和书上例题）

第七章：

：

片内外设、接口及应用

1）3个16位定时器MMR：

定时寄存器TIM：

复位或定时中断时TIM内装入PRD值，并进行自减操作。

（0024H）

定时周期寄存器PRD：

存放定时时间常数。

（0025H）

定时控制寄存器TCR：

存放定时器的控制位和状态位。

（0026H）

2）定时周期计算公式:

定时周期=CLKOUT*（TDDR+1）*（PRD+1）

重新装载PSC,TIM

SRESET/：

DSP器件复位时，硬件复位

TRB：

定时器单独复位

PSC：

PSC—>0TIM：

TIM—>0

3）定时器的初始化：

初始化定时器步骤:

TSS=1,停止定时器

装载PRD值

重新载入TCR,初始化TDDR,置TSS=0和TRB=1来重载定时器周期，启动定时器

注意:

TIM和PSC的初始值!

举例：

STM#0010H,TCR；TSS=1

（1）

STM#99,PRD；加载PRD

（2）

STM#0269H,TCR

；PSC=1001B,TDDR=1001B,TSS=0,TRB=1

（加载分频系数，启动定时器）（3）

4）设置定时器中断方法：

IFR：

中断标志寄存器

当某个中断触发时，相应位置1，直到CPU识别该中断为止；

将置位1写入相应的IFR标志位，就可清除正被挂起的中断

IMR:

中断屏蔽寄存器（各位定义与IFR类似）

用于屏蔽外部和内部的硬件中断

相应位置1，允许该中断；置0，屏蔽该中断

INTM标志位：

用于使能或禁止所有可屏蔽中断（ST1中D11位）

当INTM＝0，所有可屏蔽中断被使能

当INTM＝1，所有可屏蔽中断被禁止

设置IFR中的TINT=1：

清除挂起的定时器中断

设置IMR中的TINT=1：

启动定时器中断

将INTM置0：

开启中断

设置定时器中断举例：

STM#0008H,IFR；清除尚未处理完