DSP第二章C54x结构与工作原理——总线结构和存储器结构
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TMS320C54xDSP(精)知识分享
T M S320C54x D S P(精)TMS320C54x DSP CPU与外设第一章综述1 总线结构C54x包括8条16比特宽度的总线，其中：●一条程序总线（PB）●三条数据总线（CB、DB、EB）●四条地址总线（PAB、CAB、DAB、EAB）2CPUC54x的CPU结构包括：●40比特的ALU，其输入来自16比特立即数、16比特来自数据存储器的数据、暂时存储器、T中的16比特数、数据存储器中两个16比特字、数据存储器中32比特字、累加器中40比特字。
●2个40比特的累加器，分为三个部分，保护位（39－32比特）、高位字（31－16比特）、低位字（15－0比特）。
●桶型移位器，可产生0到31比特的左移或0到16比特的右移。
●17×17比特的乘法器●40比特的加法器●比较选择和存储单元CSSU●数据地址产生器DAGEN●程序地址产生器PAGEN3外设C54x包括：●通用I/O引脚，XF和BIO●定时器●PLL时钟产生器●HPI口，8比特或16比特●同步串口●带缓存串口，BSP●多路带缓存串口，McBSP●时分复用串口，TDM●可编程等待状态产生器●可编程bank－switching模块●外部总线接口●IEEE1149.1标准JTAG口第二章存储器一般而言，C54x的存储空间可达192K16比特字，64K程序空间，64K数据空间，64KI/O空间。
依赖其并行的工艺特性和片上RAM双向访问的性能，在一个机器周期内，C54x可以执行4条并行并行存储器操作：取指令，两操作数读，一操作数写。
使用片内存储器有三个优点：高速执行（不需要等待），低开销，低功耗。
1 存储空间分配图（以C549为例）复位后，中断矢量表位于程序区FF80H 位置，可重新定位于程序空间任何一个128字的页面（其地址高9比特即页号由PMST 中IPTR 确定）。
2 程序存储区C54x 有片内ROM 、DARAM 、SARAM ，这些区域可以通过软件配置到程序空间。
TMS320C54x硬件系统结构
OVLY位：RAM重复占位位； ＝0，则片内RAM只安排到数据存储空间； ＝1，则片内RAM可安排到程序和数据空间，这 时，RAM是程序和数据共用，在具体编程使用 时，用户要安排好用于程序存储和用于数据存 储的范围，以免出现错误。 DROM位：数据ROM位，可让片内ROM映象到 数据空间； ＝0，片内ROM不能映象到数据空间； ＝1，片内ROM的一部分可映象到数据空间
§2.4 片上外设
所有的C54x的CPU结构及功能完全相同， 但片上外设配置多少有所不同。完整的片 上外设包括：I/O、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、串行通信接口等。
通用I/O C54x只有两个软件控制的通用I/O引脚： /BIO、XF。 /BIO：分支转移控制输入端口。主要用于监 控外围设备的运行状态。 XF：外部标志输出端口。主要用于程序向外 设传输标志信息。
2、片内ROM高2K字中的内容由TI公司定义， 包含下列内容： ① 自举加载程序； ② 256字A律压扩表； ③ 256字μ律压扩表； ④ 256字正弦函数值查找表； ⑤ 中断向量表。
3、为了提高性能，可以把片内ROM和RAM 细分成若干块。 4、数据存储器的低96个字一般都是为CPU寄 存器或外围电路寄存器（也就是一些控制 寄存器和状态寄存器）。 5、I/O存储空间（0000～ffffh），可用两条 指令访问：PORTR，PORTW。
SXM：符号扩展方式控制位。＝1，扩展；＝0， 禁止扩展。 C16：双精度/双16位算术运算方式控制位。＝1， 双16位；＝0，双精度。 FRCT：小数方式控制位。=1为小数运算，即乘 法时结果会自动左移1位。 CMPT：间接寻址辅助寄存器修正方式控制位。 ＝1，修正；＝0，ARP清零，不能修正。 ASM：累加器移位方式控制位，范围－16～15。
第2章C54x的硬件结构剖析
10
外设写
第2章 TMS320C54x的CPU结构和存储器配置
2.3 TMS320C54x的CPU结构 CPU包括下列基本部件：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
2018年10月15日
40位算术逻辑运算单元ALU； 2个40位的累加器A和B； 40位桶形移位寄存器； 能完成乘法-加法运算的乘法累加器MAC； 比较、选择、存储单元CSSU； 指数编码器； CPU状态和控制寄存器。 寻址单元
ST0： ARP
TC
C
OVA
OVB
DP
DP ：数据存储器页指针。 ARP ：辅助寄存器指针。 TC C OVA/B ：进位标志位。 ：测试 ：累加器 /控制标志。 A/B的溢出标志。 用来与指令中提供的 7位地址结合形成 1个 用来选择使用单操作数间接寻址时的 用来保存 用来反映 ALU A/B 测试操作的结果。 是否产生溢出。 用来保存 ALU 加减运算时所产生的进 /借位。 16位数据存储器的地址。 辅助寄存器AR0~AR7。
当SXM=1时， 39~32位扩展为符号位，15~0位置0 。
2018年10月15日
DSP原理及应用
22
第2章 TMS320C54x的CPU结构和存储器配置
DSP原理及应用
17
第2章 TMS320C54x的CPU结构和存储器配置
2.3.7 CPU状态和控制寄存器 ’C54x提供三个16位寄存器来作为CPU状态和控 制寄存器，它们分别为： 状态寄存器0（ST0）
状态寄存器1（ST1）
工作方式状态寄存器（PMST）
ST0和ST1主要包含各种工作条件和工作方式的 状态；
2018年10月15日 DSP原理及应用 19
进位和溢出
外设写
第2章 TMS320C54x的CPU结构和存储器配置
2.3 TMS320C54x的CPU结构 CPU包括下列基本部件：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧
2018年10月15日
40位算术逻辑运算单元ALU； 2个40位的累加器A和B； 40位桶形移位寄存器； 能完成乘法-加法运算的乘法累加器MAC； 比较、选择、存储单元CSSU； 指数编码器； CPU状态和控制寄存器。 寻址单元
ST0： ARP
TC
C
OVA
OVB
DP
DP ：数据存储器页指针。 ARP ：辅助寄存器指针。 TC C OVA/B ：进位标志位。 ：测试 ：累加器 /控制标志。 A/B的溢出标志。 用来与指令中提供的 7位地址结合形成 1个 用来选择使用单操作数间接寻址时的 用来保存 用来反映 ALU A/B 测试操作的结果。 是否产生溢出。 用来保存 ALU 加减运算时所产生的进 /借位。 16位数据存储器的地址。 辅助寄存器AR0~AR7。
当SXM=1时， 39~32位扩展为符号位，15~0位置0 。
2018年10月15日
DSP原理及应用
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第2章 TMS320C54x的CPU结构和存储器配置
DSP原理及应用
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第2章 TMS320C54x的CPU结构和存储器配置
2.3.7 CPU状态和控制寄存器 ’C54x提供三个16位寄存器来作为CPU状态和控 制寄存器，它们分别为： 状态寄存器0（ST0）
状态寄存器1（ST1）
工作方式状态寄存器（PMST）
ST0和ST1主要包含各种工作条件和工作方式的 状态；
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进位和溢出
C54x的内部总线结构2.4C54x的中央处理器.ppt
第2章 TMS320C54x的硬件结构
【例2.4.1】累加器A=FF 0123 4567H，执行带移位 的STH和STL指令后，求暂存器T和A的内容。
STHL A，-88，，TT ; ;A的A的内内容容左右右移移8位8位，，AHLA存L存入入TT
AG
AH
AL
A FF 0123 4567
移位 寄存器
DB15~DB0
A
CB15~CB0
B
MUX
测试位Tc ALU CSSU
符号控制SC
移位寄存器 (-16~31)
写选择 MSW/LSW
SXM
T ASM(4~0) 指令寄存器
立即数 -16~15
0~15
② 经写MSW/LSW(最高/最低 有效字）写选择电路 输出至EB总线。
EB15~EB0
第2章 TMS320C54x的硬件结构
TMS320C54x的40位桶形移位寄存器主要用于累 加器或数据区操作数的定标。它能将输入数据进行 0~31位的左移和0~16位的右移。所移动的位数可由 ST1中的ASM或被指定的暂存器T决定。
第2章 TMS320C54x的硬件结构
1. 组成框图
① 多路选择器MUX 用来选择输入数据。
② 符号控制SC 用于对输入数据进
第2章 TMS320C54x的硬件结构
1．ALU的输入和输出 根据输入源的不同，ALU采用不同的输入方式。
(1) ALU的X输入源 ① 来自桶形移位寄存器输出的操作数； ② 来自数据总线DB中的操作数。
(2) ALU的Y输入源 ① 来自累加器A中的数据； ② 来自累加器B中的数据； ③ 来自数据总线CB中的操作数； ④ 来自T寄存器中的操作数。
0F 1F 02F 13F 2440035511 462 573 604705
DSP 第2章TMS320C54XDSP硬件结构
《DSP技术与应用》学时：32（含8学时实验）第2章TMS320C54XDSP硬件结构本 章 内 容1、TMS32054XDSP结构特点2、TMS32054XDSP结构框图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复位操作结构特点TMS32054XDSP结构特点• 10-25ns的指令周期(40-100MIPS)----高效快速• 192K×16位的(最小)可寻址存储空间----哈佛结构• 4组内部总线及双地址生成单元----多总线结构• 2—6级的并行流水线操作----流水线结构• 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• 17×17位硬件乘法器，允许16位带符号或不带符号的乘法• 8个辅助寄存器及一个堆栈• 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64K程序存储空间64K程序存储空间64K数据存储空间两个控制位可通过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MP/MC OVLY程序存储空间配置1064K的程序存储空间全部定义为外部程序存储器，需片外寻址11007FH—3FFFH（约16K字）DARAM可定义为片内程序存储器；4000H—FFFFH（48K字）定义为外部程序存储器，需片外寻址000000H—EFFFH（60K字）定义为外部程序存储器，需片外寻址；F000H—FFFFH（4K字）定义为片内程序存储器（2K字保留）01007FH—3FFFH（约16K字）DARAM可定义为片内程序存储器；4000H—EFFFH（44K字）定义为外部程序存储器，需片外寻址；F000H—FFFFH（4K字）定义为片内存储器(2K保留)VC5402DSP片内含有16k字的DARAM，驻留在数据存储空间的0000H—3FFFH区间内，可片内寻址。
DSP 第二章 TMS320C54x硬件结构与工作原理—CPU
什么是双16位算术运
算
2013年8月11日 DSP技术与应用基础
输 出 为 40 位 ， 被 送 往 累加器A 或B
9
2013年8月11日
DSP技术与应用基础
10
ALU的输入：ALU有两个输入端，X输入端的数据来源于 移位寄存器的输出（32位或16位数据存储器操作数以及累加 器中的数值，经移位寄存器移位后输出）或来自数据总线DB 的数据存储器操作数。 Y输入端的数据来源于累加器A中的数据，或累加器B中 的数据，或来自数据总线CB的数据存储器操作数，或来自T寄 存器中的数据。
2013年8月11日
DSP技术与应用基础
28
要 点
结构 功能 什么是舍入处理 数据流向
2013年8月11日
DSP技术与应用基础
29
要 点
结构 功能 什么是舍入处理 数据流向
输入端 XM来自T寄存 器、累加器A的位 32~16、以及DB总线； 输入端YM来自累加器 A的位32~16、由DB总 线和CB总线以及由PB 总线。 输出加到加法器的输入 端XA，累加器A或B则 是加法器的另一个输入。 最后结果送往目的累加 器A或B。
6 7
ST0 ST1
要 点
1D
PMST
ST0和ST1中包含有各种工作条件和工 作方式的状态；PMST中包含存储器的 设置状态及其它控制信息
2013年8月11日 DSP技术与应用基础
ห้องสมุดไป่ตู้
O页存储器
36
（1）状态寄存器0（ST0）
15～ 13
ARP
12
TC
11
C
10
9
8～ 0
DP
算
2013年8月11日 DSP技术与应用基础
输 出 为 40 位 ， 被 送 往 累加器A 或B
9
2013年8月11日
DSP技术与应用基础
10
ALU的输入：ALU有两个输入端，X输入端的数据来源于 移位寄存器的输出（32位或16位数据存储器操作数以及累加 器中的数值，经移位寄存器移位后输出）或来自数据总线DB 的数据存储器操作数。 Y输入端的数据来源于累加器A中的数据，或累加器B中 的数据，或来自数据总线CB的数据存储器操作数，或来自T寄 存器中的数据。
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DSP技术与应用基础
28
要 点
结构 功能 什么是舍入处理 数据流向
2013年8月11日
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29
要 点
结构 功能 什么是舍入处理 数据流向
输入端 XM来自T寄存 器、累加器A的位 32~16、以及DB总线； 输入端YM来自累加器 A的位32~16、由DB总 线和CB总线以及由PB 总线。 输出加到加法器的输入 端XA，累加器A或B则 是加法器的另一个输入。 最后结果送往目的累加 器A或B。
6 7
ST0 ST1
要 点
1D
PMST
ST0和ST1中包含有各种工作条件和工 作方式的状态；PMST中包含存储器的 设置状态及其它控制信息
2013年8月11日 DSP技术与应用基础
ห้องสมุดไป่ตู้
O页存储器
36
（1）状态寄存器0（ST0）
15～ 13
ARP
12
TC
11
C
10
9
8～ 0
DP
第2章 'C54x的硬件结构
(hw) (lw) 11
单数据读
双数据读 32位长数据读 单数据写 数据读/数据写 双数据读/系数读 外设读
2012年7月9日7时14 外设写 分
2.3 中央处理单元CPU
CPU包括下列基本部件： ① 40位算术逻辑运算单元ALU； ② 2个40位的累加器A和B； ③ 支持-16~31位移位范围的桶形移位寄存器； ④ 能完成乘法-加法运算的乘法累加器MAC； ⑤ 16位暂存寄存器T； ⑥ 16位转移寄存器TRN； ⑦ 比较、选择、存储单元CSSU； ⑧ 指数译码器； ⑨ CPU状态和控制寄存器。
2012年7月9日7时14 分 DSP技术及应用 14
2.3.1 CPU状态和控制寄存器 2．状态寄存器1 (ST1) 主要反映处理器的寻址要求、计算初始状态的设置、I/O
15 14 13 及中断的控制等。
BRAF CPL XF
12
11
10
0
9
8
7
6
5
4~0
HM INTM HM INTM
OVM SXM C16 FRCT CMPT ASM C16 FRCT CMPT ASM
中 断 向 量 指 针
CPU 工 作 方 式 选 择 位
RAM 重 复 占 位 标 志
地 址 可 见 控 制 位
数 据 ROM 映 射 选 择 位
时 钟 输 出 选 择 位
乘 法 饱 和 方 式 位
存 储 饱 和 位
16
2012年7月9日7时14 分
DSP技术及应用
IPTR：用来指示中断向量所驻留的128字程序存储器的位置；
DP：数据存储器页指针。 ARP：辅助寄存器指针。 OVA/B：累加器A/B的溢出标志。 C：进位标志位。 TC：测试/控制标志。 用来与指令中提供的7位地址结合形成1个 用来选择使用单操作数间接寻址时的 用来保存ALU测试操作的结果。 用来反映A/B是否产生溢出。 用来保存ALU加减运算时所产生的进/借位。 16位数据存储器的地址。 辅助寄存器AR0~AR7。
DSP原理及应用第二章
2.2.1
’C54x的主要特性 2.2.2 ’C54x的引脚功能
2.2.1 ’C54x的主要特性
1.CPU
先进的多总线结构。 40位算术逻辑运算单元（ALU）。 17 位×17位并行乘法器与 40位专用加法器相连。 比较、选择、存储单元（CSSU）。 指数编码器可以在单个周期内计算 40位累加器 中数值的指数。 双地址生成器包括 8 个辅助寄存器和两个辅助 寄存器算术运算单元（ARAU）。
I/O口：BIO用来监测外设，XF向外设发送信号。 主机接口HPI：用于和其他总线或CPU通信。 定时器：产生定时中断。 中断系统：分为硬件中断和软件中断，不同型号的 DSP配置不同。
返回首页
串行口：分 4 种，分别为 SP 、 BSP 、 McBSP 、 TMD 。
2.2 ’C54x的主要特性和外部引脚
2.存储器
64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K字 I/O空间。在 C548 、 C549、 C5402、 C5410 和C5420中程序存储器可以扩展。
片内ROM可配置成程序存储器和数据存储器。
片内RAM分为单寻址RAM和双寻址RAM。
3.指令系统
单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入2个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指令。 中断快速返回指令。
成：程序空间、数据空间和I/O空间。 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 的数据或程序处理后的结果；I/O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
数据存储空间。
’C54x的主要特性 2.2.2 ’C54x的引脚功能
2.2.1 ’C54x的主要特性
1.CPU
先进的多总线结构。 40位算术逻辑运算单元（ALU）。 17 位×17位并行乘法器与 40位专用加法器相连。 比较、选择、存储单元（CSSU）。 指数编码器可以在单个周期内计算 40位累加器 中数值的指数。 双地址生成器包括 8 个辅助寄存器和两个辅助 寄存器算术运算单元（ARAU）。
I/O口：BIO用来监测外设，XF向外设发送信号。 主机接口HPI：用于和其他总线或CPU通信。 定时器：产生定时中断。 中断系统：分为硬件中断和软件中断，不同型号的 DSP配置不同。
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串行口：分 4 种，分别为 SP 、 BSP 、 McBSP 、 TMD 。
2.2 ’C54x的主要特性和外部引脚
2.存储器
64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K字 I/O空间。在 C548 、 C549、 C5402、 C5410 和C5420中程序存储器可以扩展。
片内ROM可配置成程序存储器和数据存储器。
片内RAM分为单寻址RAM和双寻址RAM。
3.指令系统
单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入2个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指令。 中断快速返回指令。
成：程序空间、数据空间和I/O空间。 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 的数据或程序处理后的结果；I/O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
数据存储空间。
第2章 TMS320C54x硬件结构及原理
EXP
ST NORM
A
T,EXPONET A
;(冗余符号位-8)-T寄存器
;指数值保存到数据存储器中 ;累加器值按T中值移位（归一化）
六、比较选择和存储单元（CSSU）
七、CPU的状态和控制寄存器
ST0：
15~13 ARP 12 TC 11 C 10 OVA 9 OVB 8~0 DP
ST1：
15 BRAF 14 CPL 13 XF 12 HM 11 INTM 10 0 9 OVM 8 SXM 7 C16 6 5 4~0 ASM FRCT CMPT
外部 片内ROM 16K 保留 中断字 （片内ROM） MP/MC\=0 OVLY=1
外部 FF7F FF80 FFFF
中断字 （外部） MP/MC\=1 OVLY=0
中断字 （外部） MP/MC\=1 OVLY=1
TMS320C5416程序存储器（第0~127页）结构图
010000h 外部 017FFFh 018000h 027FFFh 028000h 020000h 外部 037FFFh 038000h 030000h 外部 047FFFh 048000h 外部 04FFFFh 第4页 XPC=4 7FFFFFh 第127页 XPC=127 040000h 外部 ... 7F7FFFh 7F8000h 外部 7F0000h 外部
第2章 TMS320C54x的硬件结构及原理
2.1 芯片内部结构及特点 2.2 TMS320C54x的内部总线结构 2.3 TMS320C54x的CPU结构
2.4 TMS320C54x的存储器结构
2.5 复位操作及省电方式
2.6 中断系统
2.7 流水线 2.8 引脚及其功能
2.1 芯片内部结构ARAM只能映射到数据空间
ST NORM
A
T,EXPONET A
;(冗余符号位-8)-T寄存器
;指数值保存到数据存储器中 ;累加器值按T中值移位（归一化）
六、比较选择和存储单元（CSSU）
七、CPU的状态和控制寄存器
ST0：
15~13 ARP 12 TC 11 C 10 OVA 9 OVB 8~0 DP
ST1：
15 BRAF 14 CPL 13 XF 12 HM 11 INTM 10 0 9 OVM 8 SXM 7 C16 6 5 4~0 ASM FRCT CMPT
外部 片内ROM 16K 保留 中断字 （片内ROM） MP/MC\=0 OVLY=1
外部 FF7F FF80 FFFF
中断字 （外部） MP/MC\=1 OVLY=0
中断字 （外部） MP/MC\=1 OVLY=1
TMS320C5416程序存储器（第0~127页）结构图
010000h 外部 017FFFh 018000h 027FFFh 028000h 020000h 外部 037FFFh 038000h 030000h 外部 047FFFh 048000h 外部 04FFFFh 第4页 XPC=4 7FFFFFh 第127页 XPC=127 040000h 外部 ... 7F7FFFh 7F8000h 外部 7F0000h 外部
第2章 TMS320C54x的硬件结构及原理
2.1 芯片内部结构及特点 2.2 TMS320C54x的内部总线结构 2.3 TMS320C54x的CPU结构
2.4 TMS320C54x的存储器结构
2.5 复位操作及省电方式
2.6 中断系统
2.7 流水线 2.8 引脚及其功能
2.1 芯片内部结构ARAM只能映射到数据空间
第二章C54xDSP结构原理
二、TMS320C54X DSP的结构、原理
1.了解DSP为什么快 2.为后续编程打下基本的硬件基础
提问：
DSP系统的特点？实时性的含义？ DSP的三类方法？比如有哪些？ DSP采用指令流水技术，为什么能 提高运行速度？
2.1 TMS320C54x DSP简介
16位,定点，哈佛结构，4总线， DARAM，A、B，MAC，循环寻址， 专用功能单元， 低功耗，160MHz，… 代表芯片：C541， C542， C548， C549， C5402， C5416 C55x：C5509 应用：通信终端、交换机、语音、 图像处理
DROM
＝1，片内某部分ROM映射到数据空间； ＝0，该部分ROM不映射到数据空间，外扩片外数据存储器。
TMS320C541的存储分配举例
‘C541的存储MAP表
C54x 存储器访问
使用XPC寄存器保存页地址（A16以上) 64K页内的PC寄存器保存地址 除非修改XPC，否则都是访问当前页 以下指令可以修改XPC： fb,fbacc,fcall,fcala,fret,frete 利用READA，WRITA可以读写程序空间。
2.10 指数编码器
如：2000H（0.25) 用浮点表示 时，尾数为4000H（0.5) ，指 数为1（左移1位）， 即 0.5*(2)-1=0.25 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。指数 值定义为冗余符号位数减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
TMS320C6678 :8核定点、浮点DSP
1GHz\1.25GHz 320 GMAC/160 GFLOP @ 1.25GHz 32KB L1P, 32KB L1D, 512KB L2 Per Core 4MB Shared L2 Multicore Navigator Network CoprocessorsPacket Accelerator, Security Accelerator SRIO 2.1 - 5 Gbaud PCIe Gen2 Ethernet MAC 100/1000 Mbps
1.了解DSP为什么快 2.为后续编程打下基本的硬件基础
提问：
DSP系统的特点？实时性的含义？ DSP的三类方法？比如有哪些？ DSP采用指令流水技术，为什么能 提高运行速度？
2.1 TMS320C54x DSP简介
16位,定点，哈佛结构，4总线， DARAM，A、B，MAC，循环寻址， 专用功能单元， 低功耗，160MHz，… 代表芯片：C541， C542， C548， C549， C5402， C5416 C55x：C5509 应用：通信终端、交换机、语音、 图像处理
DROM
＝1，片内某部分ROM映射到数据空间； ＝0，该部分ROM不映射到数据空间，外扩片外数据存储器。
TMS320C541的存储分配举例
‘C541的存储MAP表
C54x 存储器访问
使用XPC寄存器保存页地址（A16以上) 64K页内的PC寄存器保存地址 除非修改XPC，否则都是访问当前页 以下指令可以修改XPC： fb,fbacc,fcall,fcala,fret,frete 利用READA，WRITA可以读写程序空间。
2.10 指数编码器
如：2000H（0.25) 用浮点表示 时，尾数为4000H（0.5) ，指 数为1（左移1位）， 即 0.5*(2)-1=0.25 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。指数 值定义为冗余符号位数减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
TMS320C6678 :8核定点、浮点DSP
1GHz\1.25GHz 320 GMAC/160 GFLOP @ 1.25GHz 32KB L1P, 32KB L1D, 512KB L2 Per Core 4MB Shared L2 Multicore Navigator Network CoprocessorsPacket Accelerator, Security Accelerator SRIO 2.1 - 5 Gbaud PCIe Gen2 Ethernet MAC 100/1000 Mbps
2_第2次课 'C54x简介_总线_存储器
2015年6月18日 DSP原理及应用 5
第2章 TMS320C54x的硬件结构
2. ’C54x的内部结构
TMS320C54x的组成
中央处理器CPU 内部总线控制 特殊功能寄存器 数据存储器RAM 程序存储器ROM
2015年6月18日
I/O功能扩展接口 串行口 主机通信接口HPI 定时系统 中断系统
8位增强型HPI接口 16位增强型HPI接口
2015年6月18日 DSP原理及应用 13
第2章 TMS320C54x的硬件结构
3. 各部分的功能
⑨ 定时器 定时器是一个软件可编程的计数器，用来产生定 时中断。
可通过设置特定的状态来控制定时器的停止、恢
复、复位和禁止。
2015年6月18日
DSP原理及应用
2015年6月18日 DSP原理及应用 1
第1章 TMS320C54x的硬件结构
知识要点 ● 引脚功能 ● 内外部总线结构
● CPU结构
● 内部存储器结构
● 片内外设电路
● 系统控制
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第1章 TMS320C54x的硬件结构
2.1 ’C54x的基本结构 2.2 ’C54x的主要特性和外部引 脚 2.3 ’C54x的内部总线结构 2.4 ’C54x的中央处理器
PAB PB CAB CB DAB DB EAB EB
CPU
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DSP原理及应用
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
3. 各部分的功能 ① 中央处理器CPU 采用了流水线指令执行结构和相应的并行处理 结构，可在一个周期内对数据进行高速的算术运算 和逻辑运算。 ② 内部总线结构
由一组程序总线、三组数据总线和四组地址总
第2章 TMS320C54x的硬件结构
2. ’C54x的内部结构
TMS320C54x的组成
中央处理器CPU 内部总线控制 特殊功能寄存器 数据存储器RAM 程序存储器ROM
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I/O功能扩展接口 串行口 主机通信接口HPI 定时系统 中断系统
8位增强型HPI接口 16位增强型HPI接口
2015年6月18日 DSP原理及应用 13
第2章 TMS320C54x的硬件结构
3. 各部分的功能
⑨ 定时器 定时器是一个软件可编程的计数器，用来产生定 时中断。
可通过设置特定的状态来控制定时器的停止、恢
复、复位和禁止。
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DSP原理及应用
2015年6月18日 DSP原理及应用 1
第1章 TMS320C54x的硬件结构
知识要点 ● 引脚功能 ● 内外部总线结构
● CPU结构
● 内部存储器结构
● 片内外设电路
● 系统控制
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第1章 TMS320C54x的硬件结构
2.1 ’C54x的基本结构 2.2 ’C54x的主要特性和外部引 脚 2.3 ’C54x的内部总线结构 2.4 ’C54x的中央处理器
PAB PB CAB CB DAB DB EAB EB
CPU
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DSP原理及应用
7
第2章 TMS320C54x的硬件结构
3. 各部分的功能 ① 中央处理器CPU 采用了流水线指令执行结构和相应的并行处理 结构，可在一个周期内对数据进行高速的算术运算 和逻辑运算。 ② 内部总线结构
由一组程序总线、三组数据总线和四组地址总
DSP-TMS320C54X的硬件结构-课件
2.1.2 C54X主要特性和外部引脚
⑸ 串行口引脚 C5402器件有两个McBSP串行口，共有12个外部引脚。
2.1.2 C54X主要特性和外部引脚
⑹ 主机接口HPI引脚 C5402的HPI接口是一个8位并行口，用来与主设备或 主处理器接口，实现DSP与主设备或主处理器间的通信。 ：8位双向并行数据线； ：片选信号，作为HPI的使能端； ：地址选通信号； 、 ：数据选通信号，由主机控制HPI数据传输； HBIL：字节识别信号，用来判断主机送来的数据是第1 字节还是第2字节。
2.2.1 算术逻辑运算单元ALU
② 若OVM=1，则对ALU的运行结果进行调整。 ■ 当正向溢出时，将32位最大正数00 7FFFFFFFH 装入累加器； ■ 当负向溢出时，将32位最小负数FF 80000000H 装入累加器。 ③状态寄存器ST0中与目标累加器相关的溢出标志OVA或 OVB被置1。 3．进位位C ALU有一个与运算结果有关的进位位C，位于ST0的11位。 进位位C受大多数ALU操作指令的影响，包括算术操作、循 环操作和移位操作。
2.2.1 算术逻辑运算单元ALU
(4) ALU的输出 ALU的输出为40位运算结果，通常被送至累加器A或B。 2．溢出处理 ALU的饱和逻辑可以对运算结果进行溢出处理。当发生溢出 时，将运算结果调整为最大正数（正向溢出）或最小负数 （负向溢出）。 当运算结果发生溢出时： ① 若OVM=0，则对ALU的运算结果不作任何调整，直接送入 累加器；
2.1.3 C54X的内部总线结构
2.2 C54X的中央处理器CPU
CPU是DSP器件的核心部件，它的性能直接关系到DSP器件的性 能。C54X的CPU采用了流水线指令执行结构和相应的并行结构设 计，使其能在一个指令周期内，高速地完成多项算术运算。 CPU包括下列基本部件： ① 40位算术逻辑运算单元ALU； ② 2个40位的累加器A和B； ③ 支持-16~31位移位范围的桶形移位寄存器； ④ 能完成乘法-加法运算的乘法累加器MAC； ⑤ 16位暂存寄存器T；
第2章 TMS320C54x的硬件结构及原理_201109014
②若输入的16位操作数装在ALU的16～31位时，则
当SXM=0时，39~32位和15~0位用0填充；
当SXM=1时，39~32位扩展为符号位，15~0位置0。 (2) ALU的输出
ALU的输出为40位运算结果，通常被送至累加器A或B。
第2章 TMS320C54x的硬件结构及原理
(3) 与算术逻辑运算单元ALU有关的标志位、控制位 反映ALU当前运算结果状态的有4个标志位(ST0内)： 进位位C——ST0（D11） 测试位TC——ST0（D12） 溢出标志位OVA——ST0（D10） 溢出标志位OVB ——ST0（D9）
第2章 TMS320C54x的硬件结构及原理 ALU的功能框图
CB15~CB0
16
C B
T A
DB15~DB0
16
D S
40
40
SXM
MUX 符号ctr Y
MUX 符号ctr X
桶形移位 器输出
SXM OVM C16 C OVA/OVB ZA/ZB TC
A
B
40
MUX
A B M U
40
ALU 40
第2章 TMS320C54x的硬件结构及原理
2.1 芯片内部结构及特点 ⑥灵活寻址方式与适于信号处理的指令系统 各种操作类型的指令 硬件重复机制 位倒序寻址方式 循环寻址方式 ⑦ 低功耗工作
节电模式─IDLEl、IDLE2和IDLE3 1.8V内核供电（VC5402）和3.3VI/O口 供电(参照P328－P333设计电源电路)
• （3）电源、时钟与封装
TMS320VC5402芯片的结构及技术性能
型号 频率 MHz 100 MIPS 指令周期 （ns） 寻址空间 程序 数据 （16位） （16位） 64K/8M 64K DMA 通道数 6 Chan Int 片内存储器 RAM ROM (16位) （16位） 16K 4K
《TMS320C54X DSP原理及应用》课件第2章
当算术逻辑运算发生溢出，且状态寄存器ST1中的 OVM=1时，若是正向溢出，则用32位最大正数00 7FFF FFFFH 加载累加器；若是负向溢出，则用32位最大负数FF 8000 0000H加载累加器。溢出发生后，累加器相应的溢出标志位 OVA或OVB置1，直到复位或执行溢出条件指令。
2.3.2 累加器
2.2 TMS320C54x的总线结构
TMS320C54x DSP片内由8组16bit总线(1组程序总线、3 组数据线和4组地址总线)构成。程序总线(PB)传送从程序存储 器装载的指令代码和立即数。
TMS320C54x还有一组双向的片内总线用于访问片内外设， 这组总线轮流使用DB和EB与CPU连接。访问者使用这组总线 进行读/写操作需要两个或更多的周期，具体所需周期数取决 于片内外设的结构。表格2-2总结了总线访问类型。
2.3.3 桶形移位器
桶形移位器能把输入的数据进行0～31位的左移和0～15 位的右移。40位桶形移位器的输入来自数据总线DB的16位输 入数据、DB和CB的32位输入数据及任意一个40位累加器，并 输出到ALU，经过MSW/LSW(最高有效字/最低有效字)写选择 单元至EB总线。
它所移的位数就是指令中的移位数。移位数都是用二进制 补码表示的，正值表示左移，负值表示右移。移位数可由立即 数、状态寄存器ST1中的累加器移位方式(ASM)字段和被指定 为移位数值寄存器的暂存器T来决定。
2.4 TMS320C54x存储器和I/O空间
DSP扩展存储器主要分为两类：ROM和RAM。ROM包 括EPROM、EEPROM、Flash Memroy等。这一类存储器主要 用于存储用户程序和系统常数表，一般映像在程序存储空间。 RAM主要指静态RAM(SRAM)。本章主要讨论片内存储器， 而片外扩展存储器将在第8章中详细介绍。
第2章 TMS320C54x的硬件结构原理
片内存储器介绍（续）
（2）片内RAM（SARAM，DARAM） SARAM（single access RAM）单操作RAM，
由若干块组成，每个块在一个机器周期只能被访问一 次（读/写），常被安排为数据存储空间，也能被安排为 程序存储空间。 DARAM（double access RAM）双操作RAM，
温度范围： (默认0度～70度) L=0~70 A=－40~85 S=－40~125
工艺：
C=COMS E=COMS+EPROM F=Flash+EPROM LC=低电压（3.3v）＋COMS LF=Flash+EPROM（3.3v） VC=COMS（3v）
DSP常见封装形式
DIP（Double In-Line Package）--双列直插式封装。
C54xDSP特点（续）
数据地址发生器（DAG）：
❖ 在通用CPU中，数据地址的产生和数据 的处理都由ALU来完成
❖ 在DSP中，设置了专门的数据地址发生 器（实际上是专门的ALU），来产生所 需要的数据地址，节省公共ALU的时间
C54xDSP特点（续）
PLL（phase-locked loop ）锁相环 定时器（Timer） 软件可编程等待状态发生器 JTAG（符合IEEE1149.1标准）仿真接口
作电压； 价格便宜，第一款低于5美元的双核DSP； 采用新型生产工艺，芯片体积小。
（3）TMS320C6000系列
（主要包括C62X，C64X，C67X三类）
该系列DSP采用了与上述系列DSP不同的内部 结构设计，使得DSP能够获得极高的运行速度： 指令周期最小为3.3ns，运算能力为2400MIPS。
而ARM处理器负责系统处理及提供外围设备 接口。这样设计的好处是，可选择输入设备较 多，后期升级潜力大。
DSP原理及应用第二章
第6页 2015-7-26 X 20:15
2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图
TMS320C54x的主要特性如下所示：
片内外设
软件可编程等待状态发生器。 可编程分区转换逻辑电路。 带有内部振荡器。 外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地址总线
和控制信号。 数据总线具有总线保持特性。
2.3.3
数据存储器
用来存放执行指令所使用的数据，包括需要处理的数据或
1．数据存储空间的配置
’ C54x 的数据存储空间由内部和外部存储器构 成，共有64K字，采用内部和外部存储器统一编址。 DROM=0： 0000H~3FFFH——内部RAM； 4000H~FFFFH——外部存储器； DROM=1： 0000H~3FFFH——内部RAM； 4000H~EFFFH——外部存储器； F000H~FEFFH——片内ROM； FF00H~FFFFH——保留。
第 12 页 2015-7-26 X 20:15
2.3.1
存储器空间
所有’C54x芯片都含有片内RAM和ROM。 SARAM —— 单寻址RAM 片内RAM DARAM —— 双寻址RAM DARAM ：由存储器内的一些分块组成。 片内 ROM ：主要存放固化程序和系数表。一般 DARAM 和 SARAM既可以被映射到数据存储空 每个DARAM块在单周期内能被访问2次。 构成程序存储空间，也可以部分地映射在数据存储 间用来存储数据，也可以映射到程序空间用来存储 SARAM：由存储器分块组成。 空间。 程序代码。 每个SARAM块在单周期内只能被访问1次。
TMS320C54x DSP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读取指令和操作数，实现高度的并行操作。
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2020年12月2日
DSP技术与应用基础
17
C54x可用的片内程序存储器地址的容量
表2-3
器件 C541 C542 C543 C545 C546 C548 C549
ROM MP/MC=0
28K 2K 2K 48K 48K 2K 16K
DARAM OVLY=1
5K 10K 10K 6K 6K 8K 8K
若DROM=1，则部分片内ROM安排为数据空间。 DROM位的用法与MP/ MC位的用法无关。不同的 C54x的数据和程序存储区分配略有不同，下图给出了 TMS320C549存储器空间分配图。
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
11
TMS320C549存储器空间分配图
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
数据总线
CB
DB
EB
△
△
△
△
△(h △ w) （lw）
△
△
△
△
△
△
△
3
要点
并行处理和流 水线工作
• 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
取1指、 读2字、 写1字。
• 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
双字寻址取 双操作数
2020年12月2日
用C、D、P总 线取操作数
1
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DSP技术与应用基础
2
读/写方式
程序读
程序写
单数据读
双数据读 长数据(32位)
读 单数据写 数据读/数据
写 双数据读/系
数读 外设读
外设写
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PAB △ △
△
地址总线 CAB DAB
EAB
程序 总线 PB
△
△
△
△
△
△
（hw） （lw）
△
△
△
△
△
△
△
△
DSP技术与应用基础
程序存储器
部分
哈佛结构
程序/
数据
改善的哈佛结构
空间
可交
叉
CPU
数据存储器
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DSP技术与应用基础
6
二、哈佛结构存储空间分配
空 64K字程序存储空间
间 64K字数据存储空间
构 架
64K字的I/O空间
特 并行性及RAM双寻址
点 片内/片外存储器
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DSP技术与应用基础
DARAM
DSP技术与应用基础
15
为了增强处理器的性能，对片内ROM再细分为 若干块，这样就可以在片内ROM的一个块内取指 的同时，又在别的块中存数据。如下图所示为片内 ROM的分块图。
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
16
当存储单元映象到程序空间时，处理器就能自 动地对它们所处的地址范围寻址。
如果程序地址生成器（PAGEN）发出的地址处 在存储器地址范围外，处理器就能自动地对外部寻 址。表2-3列出了C54x可用的片内程序存储器地址 的容量。
9
C54x中，片内存储器的型式有DARAM、 SARAM和ROM三种，取决于芯片的型号。
RAM总是安排到数据存储空间，但也可以构 成程序存储空间。
ROM一般构成程序存储空间，也可以部分地 安排到数据存储空间。
C54x通过处理器工作方式状态寄存器（PMST） 中的3个状态位，可以很方便地“使能”和“禁 止”程序和数据空间中的片内存储器。
12
多款C54芯片可进行页扩展，以增加程序空间容量。 如C548和C549其程序空间可扩展到8192K字。为此， 它们有23根地址线，并增加了程序计数器扩展寄存器 （XPC），以及6条寻址扩展程序空间的指令。C548 和C549中的程序空间分成128页，每页64K。
下图为C548和C549的外部扩展程序存储器图。
SARAM
ROM
程序存储 器/片外存 储器本身 不能并行
7
存储器型式 C541 C542 C543 C545 C546 C548 C549
ROM
28K 2K
2K 48K 48K 2K 16K
程序
20K 2K
2K 32K 32K 2K 16K
程序/数据
8K
0
0
16K 16K
0
0
DARAM♀ 5K 10K 10K 6K
当片内RAM安排到程序空间时，每页程序存储器分 成两部分：
一部分是公共的32K字；
一部分是各自独立的32K字。
公共存储区为所有页共享，而每页独立的32K字存
储区只能按指定的页号寻址。如果片内ROM被寻址
（MP/ MC=0），它只能在0页，不能映象到程序存储
2器020年的12月其2日它页。
DSP技术与应用基础
SARAM OVLY=1
24K 24K
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DSP技术与应用基础
18
当处理器复位时，复位中断向量映象到程序空间 的FF80h。
6K
8K
8K
SARAM♀
0
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0
0
0
0
24K 24K
DSP技术与应用基础
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1．存储器空间的划分与交叉
片内存储器 类型
•DARAM •SARAM
•ROM
空间 MP/MC位 使能
程序
交叉 OVLY位 的条件 DROM位
禁止
数据 片内存储器空间
2020年12月2日
PMST
DSP技术与应用基础
13
•C548和C549页扩展方法 •对程序空间扩展
程序计数 器扩展寄 存器XPC
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
14
2．程序存储器
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
MP/ MC 为0（对 ROM）、 OVLY 为 1对RAM
DROM=0
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
4
第四节 C54x芯片的存储器结构
特点 与
区别
一、哈佛结构
冯•诺依曼 结构
两种结构的 目的旨在从 存储器存取 数据。区别 在于程序/数 据 总 线 是和 否空 分间行是。否 分 开 。
程序/数据存储器
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
CPU
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对存储器空间分配的不同考虑
特点 与 区别
2020年12月2日
DSP技术与应用基础
10
MP/ MC位： 若MP/ MC =0，则片内ROM安排为程序空间； 若MP/ MC =1，则片内ROM不安排为程序空间。
OVLY位：
若OVLY=0，则片内RAM只安排为数据存储空间；
若OVLY=1，则片内RAM安排为程序和数据空间。
DROM位：
若DROM=0，则片内ROM不安排成数据空间；
第三节 内部总线结构
不同总线作用与区别
传送取
自程序
•程序总线（PB） •数据总线（CB、DB和EB）
存储器 的指令 代码和
立即操
•地址总线（PAB、CAB、DAB和EAB） 作数。
传送执 行指令
•在片双向总线
所需的 地址。
2020年12月2日
CB和DB传送读自数据存储器的操作数，
EB传送写到DS存P技术储与应器用基的础数据。