MS320C54x的硬件结构DSP技术与应用实例第3版.ppt

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1、2.1 结构概述结构概述2.2 总线结构总线结构 2.3 中央处理器中央处理器 2.4 中央存储器中央存储器 2.5 片内外围设备片内外围设备2.6 复位电路复位电路第第2章章 TMS320C54x的硬件结构的硬件结构 2.1 结构概述结构概述型型 号号电电 压压（V）片内存片内存储储器器片内外片内外设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时器器主机主机接口接口引脚引脚类类型型TMS320C5415.0528223125100TQPFTMS320LC5413.3528223120/25100TQPFTMS320C5425.0102

2、23125128/144TQPFTMS320LC5423.310224120/25100TQPFTMS320LC5433.310224120/25128TQPFTMS320LC5453.3648725120/25128TQPFTMS320LC545A3.3648725115/20/25100TQPFTMS320LC5463.3648725120/25100TQPFTMS320LC546A3.3648725115/20/25144BGA/TQPFTMS320LC5483.332225115/20144TQPF/BGATMS320LC5493.3321636112.5/15144TQPF/BGAT

3、MS320VC5493.3(内核2.5)321636110144TQPF/BGATMS3220VC54023.3(内核2.8)1642210144TQPF/BGATMS3220VC54093.3(内核2.8)3243110144TQPF/BGATMS3220VC54103.3(内核2.5)6463110144TQPF/BGATMS3220VC54203.3(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 控制界面系统控制程序地址控制数据地址控制乘法器加法器算术逻辑运算桶形移位器程序/数据

4、存储器串行口并行口定时器计数器中断I/O扩展口中央处理器比较器特殊功能寄存器存储控制界面外设控制界面PABPBCABCBDABDBEABEB它围绕8条总线由10大部分组成:2.2 总线结构总线结构1.总线数目与作用总线数目与作用 1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 3条数据总线(CB、DB和EB)：将内部各单元连接在一起 4条地址总线(PAB、CAB、DAB和EAB)：传送执行指令所需的地址 2.各种方式所用到的总线各种方式所用到的总线读读/写方式写方式地址地址总线总线程序程序总线总线数据数据总线总线PABCABDABEABPBCBDBEB程序读程序写单数据读双数据

5、读长数据（32位）读(hw)(lw)(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2.3 中央处理器中央处理器中央处理器（CPU）由运算部件和控制部件组成：(1)一个40位的算术逻辑单元（ALU）(2)两个40位的累加器（ACCA和ACCB）(3)一个桶形移位器(4)1717位乘法器(5)40位加法器(6)比较、选择和存储单元（CSSU）(7)指数编码器(8)各种CPU寄存器 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2.3.1 运算部件1算术逻辑单元（ALU）39323116150累加

6、器AAGAHAL保护位高阶位低阶位39323116150累加器BBGBHBL保护位高阶位低阶位2累加器累加器A和B都可分成3个部分:累加器在CPU中的表示: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015EB15EB03桶形移位器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（

7、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X4乘法器/加法器单元累加器A比较COMP写选择MSW/LSW乘法器MUX累加器BCSSUEB15-EB0状态移位TRN测试TC桶形移位器5比较、选择和存储单元6指数编码器指数编码器是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831位。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32位时，该操作将产生负值。【例】EXP A ；（冗余符号位-8）T寄存器ST T，EXPONET ；将指数值存到数据存储器中

8、NORM A ；对累加器进行归一化1576543210IPTRMP/MCOVLYAVISDROMCLKOFFSUMLSST2.3.2 控制部件控制部件 控制部件是TMS320C54x芯片的中枢神经，由各种控制寄存器及流水线指令操作控制逻辑组成。1处理器工作方式控制及寄存器PMST(1)PMST各位的定义(2)数据存储前的饱和处理步骤 a.根据指令要求对累加器的40位数据进行移位。b.将40位数据饱和处理成32位数据，饱和处理与SXM位有关。c.按指令要求操作数据。d.在指令执行期间，累加器的内容不变。1513121110980ARPTCCOVAOVBDP2状态寄存器ST0ST0各位的定义:3状

9、态寄存器ST1ST1各位的定义:1514131211109876540BRAFCPLXFHMINTM0OVMSXMC16FRCTCMPTASMST1反映寻址要求，计算的初始状态设置，I/O及中断控制。ST0反映寻址要求和计算的中间运行状态。2.4 中央存储器中央存储器 TMS320C54x系列片内程序和数据存储空间配置系列片内程序和数据存储空间配置存存储储器器类类型型541542542545546548ROM（千字）程序（千字）程序/数据28208220220483216483216220DARAM（千字）51010668SARAM（千字）0000024地址程序存储空间地址程序存储空间地址程序

10、存储空间0000H0页：OVLY=1：保留OVLY=0：外部存储器0000H0页：OVLY=1：保留OVLY=0：外部存储器0000H存储器映射寄存器005FH0060H暂存寄存器007FH007FH007FH0080HOVLY=1：片上DARAMOVLY=0：外部存储器0080HOVLY=1：片上DARAMOVLY=0：外部存储器0080H片上DARAM（16千字16位）3FFFH3FFFH4000H外部存储器4000H外部存储器3FFFH4000H外部存储器EFFFHEFFFHF000H片上ROM（4千字16位）F000HDROM=1：片上ROMDROM=0：片外ROMFEFFHFF00H

11、保留FF7FHFEFFHFF80H中断矢量表（外部存储器）FF7FHFF00HDROM=1：保留DROM=0：片外存储器FF80H中断矢量表（外部存储器）FFFFHFFFFHFFFFHMP/MC=1微处理器模式MP/MC=0微计算机模式DROM控制的数据存储空间1.存储器地址、空间分配00 0000H第0页0页64千字1 0000H第1页低32千字（片外）F 0000H第15页低32千字（片外）1 7FFFHF 7FFFH1 8000H第1页高32千字（片外）F 8000H第15页高32千字（片外）00 FFFFH1 FFFFHF FFFFH扩展程序存储器结构图 F800hF900hFA00h

12、FB00hFC00hFD00hFE00hFF00hFF80h自动加载代码（Boot loader code）律扩展表A律扩展表sin函数表保留中断矢量表2程序存储器 TMS320C5402可寻址1MW（兆字）的片外存储器的存储空间。它的片内ROM、DARAM、SARAM都可通过软件映像到程序空间，此时CPU可以自动地按程序空间方式对它寻址。TMS320C5402有4KW片内ROM，内容如图：0000H存储器映像CPU寄存器0020H存储器映像外设寄存器0040H0060H暂存寄存器（DP=0）0080HDARAM （DP=1）0100HDARAM （DP=2）0180HDARAM （DP=3）

13、0200HDARAM （DP=4）0280HDARAM （DP=5）0300HDARAM （DP=6）0380HDARAM （DP=7）3数据存储器 根据型号的不同，其容量范围为10200KW（千字），包括片上ROM、DARAM、SARAM。当CPU产生的数据地址在片内数据存储器范围内时，便直接对片内数据存储器寻址；当CPU产生的数据地址不在片内数据存储器范围内时，CPU自动对片外数据存储器寻址。为了提高CPU的并行处理能力，片内DARAM和数据ROM细分成80H个存储单元构成若干数据块。用户可在一个指令周期内从同一块DARAM或ROM中取出两个操作数，且将数据写 入 另 一 块DARAM或R

14、OM中。右图为DARAM前1KW的数据存储器配置图。（1）第一第一类类特殊功能寄存器特殊功能寄存器地址地址(Hex)寄存器寄存器符符 号号寄存器名称寄存器名称地址地址(Hex)寄存器寄存器符符 号号寄存器名称寄存器名称0IMR中断屏蔽寄存器11AR1辅助寄存器11IFR中断标志寄存器12AR2辅助寄存器225保留（用于测试）13AR3辅助寄存器36ST0状态寄存器014AR4辅助寄存器47ST1状态寄存器115AR5辅助寄存器58AL累加器A低位（150 b）16AR6辅助寄存器69AH累加器A高位（3116 b）17AR7辅助寄存器7AAG累加器A保护位（3932 b）18SP堆栈指针寄存器

15、BBL累加器B低位（150 b）19BK循环缓冲区大小寄存器CBH累加器B高位（3116 b）1ABRC块循环寄存器DBG累加器B保护位（3932 b）1BRSA块循环起始地址ET暂存寄存器1CREA块循环结束地址FTRN状态转移寄存器1DPMST处理器工作方式控制寄存器10AR0辅助寄存器01EXPC程序计数器扩展寄存器1F保留4特殊功能寄存器（2）第二类特殊功能寄存器第二类特殊功能寄存器地址地址（Hex）寄存器寄存器符符 号号寄存器名称寄存器名称地址地址（Hex）寄存器寄存器符符 号号寄存器名称寄存器名称20BDRR0缓冲串口数据接收寄存器30DRR1串口数据接收寄存器21BDXR0缓冲串

16、口数据发送寄存器31DXR1串口数据发送寄存器22BSPC0缓冲串口控制寄存器32SPC1串口控制寄存器23BSPCE0缓冲串口控制扩展寄存器3337保留24TIM定时设定寄存器38AXR0ABU发送地址寄存器25PRD定时周期寄存器39BKX0ABU发送缓冲范围寄存器26TCR定时控制寄存器3AARR0ABU接收地址寄存器27保留3BBKR0ABU接收缓冲范围寄存器28SWWSR软件等待状态寄存器3C57保留29BSCR多路开关控制寄存器58CLKMD时钟模式寄存器2A2F保留595F保留2.5 片内外围设备片内外围设备1通用I/O引脚2软件可编程等待状态发生器3可编程块切换逻辑4主机接口5

17、硬件定时器6时钟发生器7串行通信接口2.6 复位电路复位电路1复位状态 TMS320C54x复位时，CPU中的主要寄存器ST0，ST1，PMST的状态分别为ST0=1800H，ST1=2900H，PMST=FF80H。由于芯片内部工作在程序计数器控制的节奏下，由各寄存器控制各种片内功能，因此复位状态决定了芯片的最初情况。同时，在复位情况下，各引脚状态不同，了解初始状态可以有助于外设控制设计。RSTMS320C54xRC+5VRSTMS320C54xRC+5VR1（a）上电复位电路 （b）上电或按钮复位电路2复位电路 TMS320C54x复位有3种方式，即上电复位、手动复位和软件复位。前两种是通过硬件电路实现的复位，后一种则是通过指令方式实现的复位。