2DSP硬件结构详解

第二章TMS320C45xDSP硬件结构主讲人：陈德宏系统控制程序地址控制数据地址控制特殊功能寄存器程序/数据存储器串行口并行口定时器/计数器中断PABPBCABCBDABDBEABEB乘法器加法器算术逻辑运算桶形移位器CPU比较器控制界面存储控制界面外设控制界面图、TMS320C54xDSP的内部硬件结构图读/写方式地址总线程序总线数据总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序读√√程序写√√单数据读√√双数据读√√√√长数据读√（hw）√(lw)√√单数据写√√数据读/数据写√√√√双数据读/系数读√√√√√√外设读√√外设写√√表、各种寻址方式所用到的总线一、总线结构CLKOUT1执行译码取指NN－1N－2N＋1N－1N＋2NNN＋1图、三级流水线操作二、流水线P取预指F取指D译码A寻址R读数X执行用PC中内容加载PAB用读取到的指令加载PB用PB的内容加载IR对IR的内容译码如果需要，用数据1读地址加载DAB如果需要用数据2读地址加载CAB修正辅助寄存器和堆栈指针读数据1，加载DB读数据2，加载CB如果需要，将数据3写地址加载EAB执行指令用写数据加载EB三、中央处理单元40位算术逻辑运算单元ALU2个40位累加器移位-16~30位的桶形移位寄存器乘法器/加法器单元比较、选择和存储单元指数编码器3、1算术逻辑运算单元移位寄存器的输出来自数据总线DB的数据存储器操作数累加器A中的数据累加器B中的数据来自数据总线CB的数据存储器操作数T寄存器中的数据ALU的输出为40位被送到累加器A或B溢出处理双精度进位AGAHAL保护位高阶位低阶位累加器A39-3231-1615-0AGAHAL保护位高阶位低阶位累加器B39-3231-1615-0累加器A和B的差别仅在于累加器A的31-16位可以用作乘法器的一个输入MUXSigncontrolBarrelshifter(-16~31)MSW/LSMWriteselectEB15-EB0CB15-CB0DB15-DB0Legend:AAccumulatorABAccumulatorBCCBdatabusDDBdatabusTTregister1616CDAB4040BASXMTC(testbit)ALU4016CSSUT:-16through31rangeASM(4-0):-16through15rangeInstructionregisterimmediate:-16Through15or0through15range图、桶形移位器的功能框图ToaccumulatorA/B4040PB15-PB0DB15-DB0CB15-CB0TXMUXYMUXSignctrSignctrXMYMMultiplier(17*17)Fract/intXAYAAdder(40)ZerodetectRoundSATMUXLegend:AAccumulatorABAccumulatorBCCBdatabusDDBdatabusPPBprogrambusTTregister1717OVA/OVBZA/ZBOVM0ABFromaccumulatorAFromaccumulatorB40TDAPADC17FRCT图、乘法器/加法器单元比较、选择和存储单元（CSSU）完成累加器的高位字和低位字之间的最大值比较，即选择累加器中较大的字并存储在数据存储器中，改变状态寄存器ST0中的测试/控制位和传送寄存器（TRN）的值。同时，CSSU利用优化的片内硬件促进Viterbi型蝶形运算。比较，选择和存储单元（CSSU）指数编码器用于支持单周期指令EXP的专用硬件。在EXP指令中，累加器中的指数值能以二进制补码的形式存储在T寄存器中，范围为bit-8至31。指数值定义为前面的冗余位数减8的差值，即累加器中为消除非有效符号位所需移动的位数。当累加器中的值超过了32bits，该操作将产生负值。指数编码器‘C54x有三个状态和控制寄存器，它们分别为：状态寄存器ST0，状态寄存器ST1和处理器方式状态寄存器PMST。ST0和ST1包括了各种条件和方式的状态，PMST包括了存储器配置状态和控制信息。CPU状态和控制寄存器辅助寄存器指针测试/控制标志位进位位累加器A的溢出标志累加器B的溢出标志数据存储器页指针状态寄存器ST0块重复作标志位直接寻址编辑方式位XF引脚状态位保持方式位中断方式位溢出方式位符号位扩展方式位双16位/双精度算术运算方式位小数方式位修正方式位累加器移位方式位状态寄存器ST1SSBXSXM;置位SMX=1RSBXSXM；复位SMX=0中断向量指针微处理器/微型计算机工作方式位RAM重复占位位地址可见位数据ROM位CLKOUT时钟输出关断位乘法饱和方式位存储饱和位处理器方式状态寄存器PMST2.7存储器结构0000H地址程序存储空间0页：OVLY=1保留OVLY=0外部存储007FH0080HOVLY=1片上DARAMOVLY=0外部存储外部存储器3FFFH4000HFF7FHFF80HFFFFH中断矢量表（外部存储器）MP/MC=1微处理器模式0000H地址程序存储空间0页：OVLY=1保留OVLY=0外部存储007FH0080HOVLY=1片上DARAMOVLY=0外部存储外部存储器3FFFH4000HFF7FHFF80HFFFFH中断矢量表（片上存储器）MP/MC=0微计算机模式EFFFHF000H片上ROM4KX16位‘5402扩展程序存储器地址数据存储空间0000H005FH0060H存储器映射寄存器暂存寄存器007FH0080H片上DARAM16KX16位3FFFH4000H外部存储器EFFFHF000HDROM=1片上ROMDROM=0片外存储器DROM=1保留DROM=0片外存储器FEFFHFF00HFFFFHDROM控制的数据存储空间0000H0020H0040H0060H0080H0100H0180H0200H0280H0300H0380H存储器映象CPU寄存器存储器映象外设寄存器暂存寄存器（DP=0）DARAM（DP=1）DARAM（DP=2）DARAM（DP=3）DARAM（DP=4）DARAM（DP=5）DARAM（DP=6）DARAM（DP=7）DARAM块结构ET乘法寄存器FTRN状态转移寄存器10-17AR0-AR7辅助寄存器ARnn＝0～718SP堆栈指针19BK循环缓存区大小寄存器1ABRC块重复计数器1BRSA块重复开始地址1CREA块重复结束地址1DPMST状态寄存器1EXPCPC扩展寄存器1E－1F－保留0IMR中断屏蔽寄存器1IFR中断标志寄存器2-5-测试保留6ST0状态寄存器07ST1状态寄存器18AL累加器A低字（15－0比特）9AH累加器A高字（31－16比特）AAG累加器A保护位（39－32比特）BBL累加器B低字（15－0比特）CBH累加器B高字（31－16比特）DBG累加器B保护位（39－32比特）地址CPU寄存器名称地址CPU寄存器名称表、特殊功能寄存器I20BDRR0带缓存串口0数据接收寄存器21BDXR0带缓存串口0数据发送寄存器22BSPC0带缓存串口0控制寄存器23BSPCE0带缓存串口0控制扩展寄存器24TIM定时器计数器25PRD定时器周期寄存器26TCR定时器控制寄存器27－保留28SWWSR等待状态产生寄存器29BSCRBank-switching控制寄存器2A~2F－保留30DRR1串口数据接收寄存器31DXR1串口数据发送寄存器32SPC1串口控制寄存器33－37－保留38AXR0ABU0发送地址寄存器39BKX0ABU0发送缓冲大小寄存器3AARR0ABU0接收地址寄存器3BBKR0ABU0接收缓冲大小寄存器3C－57－保留58CLKMD时钟方式寄存器59－5F－保留地址CPU寄存器名称地址CPU寄存器名称表、特殊功能寄存器IINCNCHCNTL0VSSBCCLKR0BCCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536777675747382818079788786858483929190898897969594931021011009998108107106105104103373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172144143142141140139138137136135134133132131130129128127126125124123122121120119118117116115114113112111110109NCNCVSSDVDDA10HD7A11A12A13A14A15NCHASVSSNCCVDDHCSHR/WREADYPSDSISR/WMSTRBIOSTRBMSCXFHOLDAIAOHOLDBIOMP/MCDVDDVSSNCNCA18A17VSSA16D5D4D3D2D1D0RSX2/CLKINX1HD3CLKOUTVSSHPIENACVDDNCTMSTCKTRSTTDITDOEMU1/OFFEMU0TOUT0HD2NCCLKMD3CLKMD2CLKMD1VSSDVDDNCNCNCNCCVDDA9A8A7A6A5A4HD6A3A2A1A0DVDDHDS2VSSHDS1NCCVDDHD5D15D14D13HD4D12D11D10D9D8D7D6DVDDVSSNCA19BDR1BCLKX0BCLKX1VSSHINT/TOUR1CVDDBFSX0BFSX1HRDYDVDDVSSHD0BDX0BDX1IACKHBILNMIINT0INT1INT2INT3CVDDHD1VSSNCNC1、电源引脚：电源电压分为两级，提供CPU核使用的电源电压CVDD及提供片上外设使用的电源电压DVDDCVDD电压为+1.8V(16、68、91、125、142）DVDD电压为+3.3V(4、33、56、75、112、130）VSS接地（3、14、34、40、50、57、70、76、93、106、111、128）TIDSP上有5类典型电源引脚：1、CPU核电源引脚2、I/O电源引脚3、PLL电路引脚4、Flash编程电源引脚（仅C2000系列DSP有）5、模拟电源引脚（仅C2000系列DSP有）将DSP上的所有电源引脚连到各自的供电电源上每个电源与地引脚都必须接，不能悬空。每个电源引脚附近放置10~100nF旁路瓷片电容，以平滑电源的波动。旁路电容起电荷池的作用，以减少电源上的噪声。在PCB四周均匀分布一些4.7~10uF大电容。数字与模拟部分要独立供电、数字地和模拟地应分开单独连接强烈推荐采用多层板，为电源和地分别安排专用的层，同层上的多个电源、地用隔离带分割电源上电次序，推荐首先给CPU核供电，其次给I/O供电，再给模拟部分供电，然后才能加到外部输入信号应考虑电源功率大小；总线负荷建议使用TI的电源方案：C2000-TPS7333，TPS76333；C5000-TPS767D318，TPS767D301；C6000-PT6931，PT6932DSP系统电源方案1、线性稳压器：优点简单、成本低。缺点：效率低电源器件类型选择应考虑：转换效率、成本和空间、输入电压、输出电压是否可调及路数，输出电流。控制/状态：EN控制、PowerGood状态2、DC/DC控制器：优点大电流、高效率；缺点占地大3、DC/DC控制器+功率开关：优点大电流、高效率；缺点成本高4、DC/DC模块：优点高效率、方便；缺点：成本高双路输出输入电压输出电压输出电流辅助功能TPS767D3185V3.3/1.8V1A/1AENTPS767D3015V3.3V/可调1A/1AEN单路输出TPS763335V3.3V150mAENTPS73335V3.3V500mAENTPS768015V可调1AEN、PGNCN