哈工程DSP专业课课件第三章.ppt

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1、第三章第三章 TMS320C2XX中央处理单元中央处理单元与程序控制与程序控制上一章上一章内容回顾内容回顾（1）明确为什么要学习DSP的硬件组成与体系结构，掌握C2xxDSP的硬件组成与体系结构及其特点。（2）解决在编程序时不知道哪些资源是可用的，怎么用？（3）解决硬件设计时，对引脚信号不知道怎么用？怎样发掘芯片的潜能，也就是说器件的优化设计问题和效能最大化的问题。（打下基础）上一章的主要内容：本章教学目的本章教学目的要求同学理解掌握DSP的中央处理单元的组成和程序控制的原理 理解各状态寄存器的状态位及其作用理解流水线的原理以及转移、调用、返回指令的执行过程理解DSP的中断和复位中断和复位操作

2、3.1 概述概述3.2 输入定标部分输入定标部分输入定标部分输入定标部分3.3 乘法部分乘法部分3.4 中央算术逻辑部分中央算术逻辑部分3.5 辅助寄存器与状态寄存器辅助寄存器与状态寄存器3.6 程序地址生成与流水线程序地址生成与流水线3.7 转移、调用和返回转移、调用和返回3.8 重复指令重复指令3.9 中断与中断管理中断与中断管理3.10复位操作复位操作3.11节能方式节能方式 本章主要内容本章主要内容3.1 概述本章讲述中央处理单元（CPU）的主要组成CPU的 三 个 基 本 部 分（3.2节3.4节）辅 助 寄 存 器 算 术 单 元（ARAU）（3.5节）状态寄存器ST0和ST1（3

3、.5节）包括：输入定标部分、乘法包括：输入定标部分、乘法部分、中央算术逻辑部分部分、中央算术逻辑部分ARAUARAU实现对实现对8 8个辅助寄存个辅助寄存器的算术运算。器的算术运算。状态寄存器决定处理器工作状态寄存器决定处理器工作方式、寻址指针以及显示不方式、寻址指针以及显示不同的处理器状态和算术逻辑同的处理器状态和算术逻辑结果。结果。节 能 方 式 （3.11节）C2XX器件程序控制的特点及其处理过程 （3.6节3.10节）涉及到对一个或多个指令块执行顺序的控制，通常，程序流是顺序的，C2XX在连续的程序存储器地址执行指令操作。然而，有时一个程序必须转移到一个非顺序的地址，最后在该新的地址单

4、元顺序地执行指令。为此，C2XX支持转移、调用、返回、重复和中断等操作。该方式暂停内部程序流并暂时地降低C2XX的功能 C2xx的总体框图中央算术逻辑单元：CALU 数据地址产生逻辑(ARAU以及8个AR)累加器：ACC 程序地址产生逻辑 用于CALU的输入输出数据比例移位器 16-bit16-bit乘法器乘积比例移位器CPU的输入比例、中央算术逻辑和乘法部分框图3.2 输入定标部分输入定标部分 一个32-bit输入数据定标移位器(输入移位器)使一个存储器的16-bit值与32-bit的CALU对齐。对于数据的算术运算和逻辑运算来说，数据的校准很有必要。作为程序(或数据)和CALU之间的数据通

5、道，输入移位器操作不需要额外开销。下面介绍输入移位器的输入、输出和移位位数。输入输入 程序读总线程序读总线(PRDB)该输入为一个指令操作时给定的常数。输入移位器的15位到0位接收程序存储器(PRDB)或数据存储器(DRDB)的一个16-bit输入。输出输出 在左移期间，移位器中未使用的LSB被零填充，而移位器中的MSB则被零或扩展符填充。数据读总线数据读总线(DRDB)该输入为一个来自数据存储器的数据。接收了一个16-bit数据之后，输入移位器就将该16-bit数据与CALU的32-bit总线对齐：输入移位器将该16位数据左移016位，然后向CALU送入32位的结果。移位位数移位位数输入移位

6、器可以将一个16-bit数据左移016位。移位大小(或移位位数)可从以下方式获得：暂存寄存器暂存寄存器(TREG)的的4个个LSB位位基于TREG的移位操作允许动态地确定数据定标因子，以便它能更好地适应系统性能。在指令字中嵌入一个常数在指令字中嵌入一个常数在指令字中设置移位位数，允许执行特定的数据定标或校准操作。对许多(并非所有的)指令而言，符号扩展方式位(SXM)，即状态寄存器ST1的第l0位，决定着在CALU计算中是否采用符号扩展：SXM=0 不采用符号扩展;SXM=l 输入移位器的输出具有符号扩展。符号扩展方式位符号扩展方式位(SXM)图2-3为当SXM=0时，输入数据被左移8位的情况。

7、送入CALU的数据的MSB位被零填充图2-4为当SXM=l时，同样的移位情况。在移位期间，数据具有符号扩展。3.3 乘法部分乘法部分 C2XX 使用一个16-bit*l6-bit的硬件乘法器。它在一个机器周期内可产生一个带符号或不带符号的32bit乘积。乘法部分包括：16bit暂存寄存器(TREG)乘法器32bit乘积寄存器(PREG)乘积移位器寄存其中一个被乘数把TREG中的值与数据存储器(或程序存储器)的值相乘接收乘法器的乘积在将PREG的值送入CALU之前，乘积移位器将对PREG值进行定标操作3.3.1 乘法器乘法器 在一个机器周期内，16-bit*l6-bit硬件乘法器可以产生一个带符

8、号或不带符号的32-bit乘积。除在无符号乘法(MPYU指令)周期外，被乘的两个数作二进制补码处理。以下是对乘法器的输入和输出的描述。PREG的输出与32-bit乘积定标移位器相连。经过移位器处理，乘积可以从PREG进入CALU(或数据存储器通过SPH和SPL指令)。输入输入来自数据读总线数据读总线(DRDB)(DRDB)的数据存储器的值。输出输出乘法器接收两个16-bit的输入：总是来自16-bit的暂存寄存器暂存寄存器(TREG)(TREG)另一个输入为下列数值之一：其中一个输入:在乘法之前，在乘法之前，TREGTREG装载了一个数据读总线装载了一个数据读总线(DRDB)(DRDB)的数值

9、。的数值。乘积寄存器乘积寄存器(PREG)(PREG)用于存储两个用于存储两个16-bit16-bit输入数据相乘之后产生输入数据相乘之后产生的的32-bit32-bit乘积。乘积。来自程序读总线程序读总线(PRDB)(PRDB)的程序存储器的值。3.3.2 乘积定标移位器乘积定标移位器 乘积定标移位器(乘积移位器)用于乘积寄存器(PREG)值的定标。输入输入 PREGPREG的输出输出输出 CALUCALU的输入移位器有一个32-bit的输入，它与PREG的输出相连移位器完成移位操作，所有32位的数据被送入CALU，而16位的数据则被存储在数据存储器中。移位方式移位方式乘积定标移位器采用4种

10、乘积移位方式中的一种(参见下表)。PM移位描述00不移位乘积进入CALU或数据写总线(DMEB)之前不作移位处理01左移1位移出以二进制补码方式产生的额外符号位以便产生一个Q3110左移4位当与一个13-bit的常数相乘时，移动以一个16-bitXl3-bit的二进制补码相乘方式产生的4个额外符号位以便产生一个Q31+乘积11右移6位对乘积进行定标以便进行多达128次的乘积累加定标，而又使累加器不致溢出。无论状态寄存器ST2的符号扩展方式位(SXM)的值如何，右移方式总是符号扩展的。乘积定标移位器的乘积移位方式注：注：Q31数是一个二进制分数。其中，二进制小数点后有31位数字。注：注：无论状态

11、寄存器ST1的符号扩展方式位(SXM)是为0，还是为l，乘积移位器中进行的右移总是为符号扩展的。移位方式的采用取决于状态寄存器ST1的乘积移位方式(PM)值。第一种移位方式(PM=00)第二、三种方式（PM=01、10）最后一种方式可引起左移位(1位或4位)。这两种方式有利于进行分数运算或调整乘积。在将乘积送入CALU或数据存储器之前，移位器不对乘积进行移位处理。可使乘积右移6位。它允许连续进行多达128次的乘/加运算，而不至于引起累加器的溢出。注意，此时注意，此时PREGPREG的内容保持不变；的内容保持不变；该值被拷贝到乘积移位器并在乘该值被拷贝到乘积移位器并在乘积移位器中进行移位处理。积

12、移位器中进行移位处理。3.4 中央算术逻辑部分中央算术逻辑部分主要组成中央算术逻辑单元中央算术逻辑单元(CALU)(CALU)32-bit32-bit累加器累加器(ACC)(ACC)输出移位器输出移位器执行一系列的算术和逻辑运算。接收CALU输出，并且可以借助于进位位(C)执行累加器中数值的移位。在将累加器的高位字或低位字的一个拷贝送入数据存储器之前，对该拷贝进行移位处理。图中给出了累加器的高位(ACCH)和低位字(ACCL)。中央算术逻辑单元 3.4.1 中央算术逻辑单元中央算术逻辑单元(CALU)中央算术逻辑单元(CALU)执行一系列的算术和逻辑运算，数字运算是在一个时钟周期内进行。这些算

13、术和逻辑运算分为四类：位测试、移位和循环它具有独立的算术单元和辅助寄存器算术单元。16-bit加法16-bit减法布尔逻辑运算鉴于CALU可执行布尔运算，因此可以进行位处理。CALU使用累加器进行移位和循环。输入输入CALU有两个输入一个输入总是由32-bit累加器累加器提供另一个输入由以下两个移位器中的一个提供乘积定标移位器乘积定标移位器输入数据定标移位器输入数据定标移位器输出输出CALU输出数据输出数据定标移位器定标移位器32-bit数据存储器数据存储器16-bit累加器累加器32-bit对该运算结果进行移位处理执行一次运算累加器的高16位字和低16位字被分别移位输出输出符号扩展方式位符号

14、扩展方式位 对许多(并非所有的)指令而言，符号扩展方式位(SXM)，即状态寄存器ST1的第10位，决定着CALU在运算周期内是否采用符号扩展。如果SXM=0，则禁止符号扩展。如果SXM=l，则允许符号扩展。3.4.2 累加器累加器下面讨论与累加器相关的状态位和转移指令。状状态态位位进位位进位位(C)(C)溢出方式位溢出方式位(OVM)(OVM)溢出标志位溢出标志位(OV)(OV)检测检测/控制状态位控制状态位(TC)(TC)许多转移指令转移指令可根据C、OV和TC等状态位以及累加器中的数值来完成。当累加器加产生一个进位时。当累加器减不产生一个借位时。(例外情况：当SUB指令使用16-bit移位

15、且不产生借位时，则不影响C)。进位位进位位(C)(C)以下情况将影响C(状态寄存器ST1的第9位)：与累加器加或减:累加器的单位移位和循环:C=0当累加器减产生一个借位时。当累加器加不产生一个进位时(例外：当ADD指令使用16-bit移位且不产生进位时，则不影响C)。C=l 在一次左移位或循环期间，累加器的最高有效位被送入C；在一次右移位或循环期，累加器的最低有效位送入C。溢出方式位溢出方式位(OVM)(OVM)OVM(状态寄存器ST0的第11位)决定着累加器算术溢出的情况。当OVM=0，累加器以正常方式溢出。当累加器处于溢出方式(OVM=1)并且发生一次溢出时，产生下面两种情况：如果溢出方向

16、为正，则累加器被最大正数值填充(7FFF FFFFh)。如果溢出方向为负，则累加器被最大负数值填充(8000 0000h)。根据一个测试位的值，TC被置为0或l。对于NORM指令，如果累加器的两位MSB的异或为真，则TC被置为l。溢出标志位溢出标志位(OV)(OV)OV是状态寄存器ST0的第12位。如果未检测到累加器溢出，则OV为0当溢出(正方向或负方向)发生时，OV为l并被锁存。检测检测/控制状态位控制状态位(TC)(TC)TC是状态寄存器ST1的第11位。3.4.3 输出数据定标位移器输出数据定标位移器 输出数据定标移位器(输出移位器)有一个32-bit的输入和一个16-bit的输出。它们

17、分别是累加器的32-bit输出和16位的数据总线输入。输出移位器拷贝累加器的32位数据，并对移位器中的数据执行一次左移（根据相应的存储指令可左移0至7位）。然后移位器中的高位字(SACH指令)或低位字(SACL指令)被送入数据存储器，累加器内容保持不变。当输出移位器执行移位时，MSB丢失并且LSB被零填充。图2显示了与图1同样的累加器值被左移6位以及移位后的低位字被存储的情况。图1显示了累加器值被左移4位以及移位后的高位字被送入数据存储器的情况。图1图23.5 辅助寄存器与状态寄存器辅助寄存器与状态寄存器 辅助寄存器算术单元（ARAU）独立于中央算术逻辑单元(CALU)。它的主要功能是对8个辅

18、助寄存器(从AR7到AR0)执行算术操作。该操作可与CALU中的操作并行进行。ARAU及有关逻辑 8个辅助寄存器(AR7-AR0)提供了灵活多变以及功能强大的间接寻址。使用辅助寄存器中的一个16-bit地址就可访问64K数据存储空间的任意单元。通过向状态寄存器ST0的一个3-bit辅助寄存器指针(ARP)设置一个从0到7的值，就可以选择所需的辅助寄存器。设置数值的方法有它只修改辅助寄存器及ARP它可通过数据读总线DRDB向状态寄存器ST0置入一个数据存储器的值MARMAR指令指令LSTLST指令指令支持间接寻址支持间接寻址的任意指令的任意指令 当指令完成后，当前辅助寄存器的内容可通过ARAU执

19、行16位无符号算术运算，实现地址更新。ARP所指示的寄存器称为当前辅助寄存器或当前AR。在一个指令的处理期，当前辅助寄存器的内容被用作数据存储器的访问地址。如果指令要求从数据存储器读读，则ARAU就将地址送入数据读地址总线数据读地址总线 如果指令要求向数据存储器写写，则ARAU就将地址送入数据写地址总线数据写地址总线3.5.1 ARAU和辅助寄存器功能和辅助寄存器功能ARAU执行以下操作：使辅助寄存器的值增1或减1或增减一个偏移量(通过支持间接寻址的任一指令)。将辅助寄存器值加上一个常量(通过ADRK指令)或使辅助寄存器值减去一个常量(通过SBRK指令)。比较AR0的内容和当前AR的内容，并将

20、比较结果送入状态寄存器ST1的测试/控制状态位(TC)(通过CMPR指令)。通过数据写总线(DWEB)将结果送入TC。常量为一个8位数值，它来自指令字的8个LSB位。辅助寄存器辅助寄存器可用作软件可用作软件计数器计数器 辅助寄存器除用于指示数据存储器地址外，它还可用于其它目的。CMPR指令使用辅助寄存器可支持条件转移、调用和返回。CMPR指令将AR0的内容与当前AR的内容进行比较，然后将比较结果置于状态寄存器ST1的测试/控制状态位(TC)。LAR指令向辅助寄存器装载数据SAR指令将AR的值存入数据存储器在必要时可对它们进行增或减操作。3.5.2 状态寄存器状态寄存器ST0和和ST1C2XX器

21、件有两个状态寄存器ST0ST0和ST1ST1 这两个寄存器包含状态位和控制位。它们可通过数据存储器存储和装载数据，这样，就可以存储和恢复机器状态。LSTLST指令指令(装载状态寄存器)向ST0和ST1写SSTSST指令指令(存储状态寄存器)从ST0和ST1读INTM位例外，因为它不受LST指令的影响SETCSETC和和CLRCCLRC指令指令可以设置和清除两个寄存器的许多独立位例如符号扩展方式可用SETC SXM置1，可用CLRC SMX清除状态寄存器中有几个位被保留；它们通常为逻辑1。注意：R=读访问；W=写访问；”一”符号后面的值为复位后的值(X为不受复位影响的值)。+为保留位，总是为1。

22、它不受写影响。状态寄存器状态寄存器ST0ST0状态寄存器状态寄存器ST1ST1命名命名描述描述ARB辅助寄存器指针缓冲器辅助寄存器指针缓冲器辅助寄存器指针缓冲器辅助寄存器指针缓冲器 除在LST(装载状态寄存器)指令期外，每当辅助寄存器指针(AR)被装载，先前的ARP值就被复制到ARB 当ARB通过LST指令被装载时，同样的值也被复制到ARP。ARP辅助寄存器指针辅助寄存器指针辅助寄存器指针辅助寄存器指针它是一个3-bit字段。可以决定在间接寻址方式中使用哪种辅助寄存器。当ARP被装载时，先前的ARP值被复制到ARB寄存器(除在一个LST指令期外)。通过存储器访问指令(使用间接寻址方式)以及通过

23、MAR(修改辅助寄存器)和LST指令可以修改ARP。当ARB通过LST指令被装载时，同样的值被复制到ARP。关于ARP在间接寻址中的使用详情，请参考第4.3章节间接寻址方式。状态寄存器ST0和ST1的位(字段)C进位位进位位进位位进位位 如果一次加操作产生了一个进位，则C被设为1；如果一次减操作产生了一个借位，则C被清零。相反地，如果一次加操作不产生一个进位，则C被清零如果一次减操作不产生一个借位，则C被置为1(ADD指令或具有二个16位移位的SUB指令除外)。CNF片内片内片内片内DARAMDARAM配置位配置位配置位配置位 该CNF位决定了可重配置的双存取RAM块是映射到数据空间，还是映射

24、到程序空间。通过SETC CNF，CLRC CNF和LST指令可修改CNF位。复位时，CNF位清零。有关CNF和双存取RAM块的详情，请参考第3章“存储器和I/O空间”。CNF=O可重配置的双存取RAM块被映射到数据空间CNF=l可重配置的双存取RAM块被映射到程序空间DP数据页指针数据页指针数据页指针数据页指针 当一个指令采用直接寻址方式时，9-bit的DP字段就与指令字的7个LSB位链接，从而构成一个全16-bit数据存储器地址。有关详情，请参阅第4.2章节直接寻址方式。LST和LDP(装载DP)指令可以修 改DP字段。INTM中断方式位中断方式位中断方式位中断方式位该方式位允许或禁止所有

25、可屏蔽的中断。INT分别通过SETC、INTM和CLRC、INTM指令设置和清除。INTM不影响不可屏中断RS(非)和NMI(非)，它也不影响被软件启动的中断。LST(装载状态寄存器)指令不影响INTM(非)。当中断发生时(TRAP指令情况除外)，INTM被置1并处于复位状态。INTM=O允许所有非屏蔽的中断被允许。INTM=l禁止所有可屏蔽的中断。OV溢出标志位溢出标志位溢出标志位溢出标志位 它保留一个锁存值，该锁存值可指明在CALU中是否己发生溢出。如果CALU中发生溢出，则OV为l。一旦发生溢出，OV位就保留置位状态直到它被复位条件转移指令或LST指令清除。OVW溢出方式位溢出方式位溢出

26、方式位溢出方式位 OVM决定CALU如何处理溢出情况。SETC和CLRC指令可分别设置和清除OVM。LST指令可修改OVM。OVM=0累加器值正常溢出OVM=l在发生溢出时，累加器值被设为最大正值或最大负值PM乘积移位方式乘积移位方式乘积移位方式乘积移位方式 PM决定着在PREG植被送入CALU或数据存储器时PREG值的移位量。注意：PREA的内容保持不变；PREG值被复制到乘积移位器，并在移位器中进行移位处理：可通过SPM和LST指令装载PM。通过复位清除PM。PM=00，乘法器的32-bit乘积被送入CALU或数据存储器，进行移位处理。PM=01，TREG的输出值左移1位(LSB被零填充)

27、，然后被送入CALU或数据存储器。PM=10，TREG的输出值左移4位(LSB被零填充)送入CALU或数据存储器。SXM符号扩展方式位符号扩展方式位符号扩展方式位符号扩展方式位 SXM不影响某些指令的基本操作。例如，无论SXM存在与否，ADDS指令均可抑制符号扩展。SXM通过SETC，SXM指令被设置位，通过CLRC SXM指令被清除，并可通过LST指令装载。复位可设置SXM为l。SXM=O该方式位抑制符号扩展，SXM=l在数据从输入移位进入累加器时，该方式位使数据产生符号扩展。TCTCTC测试测试测试测试/控制标志位控制标志位控制标志位控制标志位TC位可在以下情况下置1：被CMPR测试的比较

28、条件为真，如果使用NORM指令测试时，累加器的2个MSB位的异或为真。根据TC的状态可执行条件转移、调用和返回指令。BIT、BITT、CMPR、LST和NORM指令均可影响TC值。XFXFXF引脚状态位引脚状态位引脚状态位引脚状态位它决定XF引脚的状态。XF引脚是一个通用输出引脚。XF通过SETC指令置1，通过CLRC XF，XF指令清除。XF可被LST指令修改复位时，XF被设为1。上一次课主要上一次课主要内容回顾内容回顾3.1 概述概述3.2 输入定标部分输入定标部分输入定标部分输入定标部分3.3 乘法部分乘法部分3.4 中央算术逻辑部分中央算术逻辑部分3.5 辅助寄存器与状态寄存器辅助寄存

29、器与状态寄存器1.C2xx CPU有哪些基本组成，说出个部分的主要功有哪些基本组成，说出个部分的主要功能？2.C2xx辅助寄存器有几个？主要用作什么功能？辅助寄存器有几个？主要用作什么功能？3.C2xx几个状态寄存器？主要状态信息有哪些？状态寄存器？主要状态信息有哪些？问题？问题？本次课教学目的本次课教学目的要求同学理解掌握DSP的中央处理单元的组成和程序控制的原理 理解各状态寄存器的状态位及其作用理解流水线的原理以及转移、调用、返回指令的执行过程理解DSP的中断和复位中断和复位操作前半部分是前半部分是CPUCPU的组成和状态信息的组成和状态信息后半部分是程序控制后半部分是程序控制3.6 程序

30、地址生成与流水线程序地址生成与流水线3.7 转移、调用和返回转移、调用和返回3.8 重复指令重复指令3.9 中断与中断管理中断与中断管理3.10复位操作复位操作3.11节能方式节能方式 本次课的主要内容本次课的主要内容3.6 程序地址生成与流水线程序地址生成与流水线 在执行当前指令的同时，程序流要求处理器生成下一个程序地址(顺序的或非顺序的)。程序地址生成示意图 操作程序地址源顺序操作PC(包含程序地址+1)空周期PAR(包含程序地址)从子程序返回栈顶(TOS)从表移动或块移动返回微堆栈(MSTACK)转移到或调用指令设定的地址利用程序读总线(PRDB)方式的转移或调用指令转移到或调用累加器低

31、字所设定的地址利用数据读总线(DRDB)方式的累加低字转移到中断服务程序利用程序读总线(PRDB)方式的中断矢量单元。程序地址生成描述程序地址生成描述C2XX程序地址生成逻辑使用以下硬件:程序计数器程序计数器(PC)(PC)C2XX含有一个16-bit的程序计数器(PC)。在提取指令时，PC对内部和外部程序存储器寻址。程序地址寄存器程序地址寄存器(PAR)(PAR)PAR驱动程序地址总线(PAB)。PAB是一个16-bit总线，它提供程序的读、写地址。堆栈堆栈程序地址生成逻辑包括一个16-bit的8级硬件堆栈，用于存储多达8个的返回地址。另外，也可将堆栈用作暂存存储器。微堆栈微堆栈(MSTAC

32、K)(MSTACK)有时，程序地址生成逻辑采用16-bit的1级MSTACK来存储一个返回地址。重复计数器重复计数器(RPTC)(RPTC)l6-bit的RPTC可用来确定重复(RPD)指令的重复次数。PC保留将被执行的下一个指令的地址。通过程序地址总线(PAB)，可以从该地址(位于程序存储器中)提取一个指令，然后将指令装入指令寄存器。当指令寄存器被装载时，PC保持下一个地址。3.6.1 程序计数器程序计数器(PC)程序地址生成逻辑采用16-bit的程序计数器(PC)来对内部和外部程序存储器寻址。操作装入PC的地址顺序执行如果当前指令占1个字，则PC装载PC+1；如果当前指令占2个字则PC装载

33、PC+2。转移在执行转移指令后，PC装载操作数(长立即数)子程序调用和返回，PC将下一个指令地址存入堆栈，并将操作数装入PC，返回指令将返回地址从堆栈弹回到PC以便继续执行程序。软件或硬件中断将适当的中断矢量地址装入PC。在该地址单元，转移指令将相应的中断服务程序地址装入PC。计算GOTO累加器低16位的内容被装入PC。使用BACC(转移到累加器中的地址)或CALA(调用累加器指定单元的子程序)指令可以执行计算GOTO操作。装入程序计数器的地址 当发生子程序调用或中断时，程序地址生成逻辑使用堆栈存储返回地址。当一个指令强迫CPU进入子程序或一个中断操作强迫CPU进入中断服务程序时，返回地址被自

34、动装入栈顶；这项工作不需要额外的时间开销。执行完子程序或中断服务程序后，返回指令将返回地址从栈顶弹回程序计数器。3.6.2 堆栈（堆栈（STACK）当返回地址不需要8级堆栈时返，堆栈可用来存储子程序或中断服务程序中的有关数据，或用作其它用途的存储器。C2XX具有一个16位的8级硬件堆栈。可以用下面两组指令访问堆栈：PUSH指令将累加器的低16位复制到栈顶。PUSHPUSH和和POPPOPPOP指令将栈顶的值送回累加器的低16位。PSHDPSHD和和POPDPOPD 这两条指令允许你在数据存储器中建立一个堆栈，以便处理超过8级的子程序或中断程序嵌套。PSHD指令向栈顶压入一个数据存储器的值。PO

35、PD指令则将栈顶的值弹回到数据存储器。每当一个值被压入栈顶，通过一条指令或通过地址生成逻辑时，各级堆栈内容被相应地下压一级，而栈底的内容丢失。因此，如果在POP指令之前发生8次以上的连续压入，则数据将会丢失(发生堆栈溢出)。PUSHPUSH操作操作操作操作 POP操作与PUSH操作相反。POP操作将每级堆栈的内容送入上一级的堆栈。经过连续7次POP操作之后的POP操作将得到栈底的值，因此，栈底的值将被逐级复制直到送入累加器或相应的存储单元。POPPOP操作操作操作操作 程序地址生成逻辑在执行某些指令之前使用16-bit的一级MSTACK来存储一个返回地址。这些指令使用程序地址生成逻辑为一条两操

36、作数指令提供第二地址。3.6.3 微堆栈微堆栈(MSTACK)BLDD BLPD MAC MACD TBLR TBLW这些指令是：在重复操作时，这些指令使用PC将第一操作数地址加1，并且可以利用辅助寄存器算术单元(ARAU)产生第二操作数地址。在使用这些指令时，返回地址(提取下一指令地址)被 压 入 MSTACK。完 成 这 些 指 令 操 作 后，MSTACK值被弹回到程序地址生成逻辑。MSTACK操作是不可见的。与堆栈不同的是，微堆栈只能被程序地址生成逻辑所用，MSTACK不能用作存储器。3.6.4 3.6.4 流水线操作流水线操作流水线操作流水线操作指令流水线由一系列总线操作组成。C2X

37、X流水线具有4个独立的操作阶段：取指令取指令 译码译码 取操作数取操作数 执行执行 由于4个操作阶段是独立的(因为内部有6套总线)，因此，这些操作可以交叠地进行。在任意的指定周期内，1到4个不同的指令均可有效，各条指令均处于一个不同的完成阶段。执执行行单单字字、单单周周期期指指令令(无无等等待待状状态态)时时的的4 4级级流流水水线线操作示意图操作示意图在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯.诺曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令，如下图所示，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯.诺曼结构处理器，

38、由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。如果采用哈佛结构处理以上同样的3条存取数指令，如下图所示，由于取指令和存取数据分别经由不同的存储空间和不同的总线，使得各条指令可以重叠执行，这样，也就克服了数据流传输的瓶颈，提高了运算速度。3.7 转移、调用和返回转移、调用和返回 通过向程序存储器的另一地址单元传送、转移、调用和返回指令，破坏了指令流的顺序。只能向新的地址单元传送指令。将返回地址(调用操作之后的指令地址)压入栈顶。每个被调用的子程序或中断服务程序包含一条返回指令，它便返回地址退出堆栈并返回程序计数器(PC)。转移指令

39、转移指令调用指令调用指令返回指令返回指令C2XX具有两种类型的转移、调用和返回：无条件无条件无条件转移、调用或返回无需满足某个特定条件。有条件有条件只有当某个特定条件被满足时，才能执行条件转移、调用或返回。3.7.1 无条件转移、调用及返回无条件转移、调用及返回1.1.无条件转移无条件转移无条件转移无条件转移 当碰到无条件转移指令时，它总是被无条件执行。在执行期，将向PC装载指定的程序存储器地址，并在该地址地址处执行程序。在转移指令进入流水线的执行阶段前，其后的两条指令已被提取，这两条指令将从流水线操作中退出以便它们不被执行，而是从转移地址继续执行无条件转移指令。装装入入PCPC的的地地址址既

40、既可可以以来来自自转转移移指指令令的的第第二二个个字字，也也可可以以来来自自累加器的低累加器的低1616位字。位字。无条件转移指令B B转移BACCBACC转移到累加器所指定的地址2.2.无条件调用无条件调用无条件调用无条件调用当碰到无条件调用指令时，它总是被无条件执行。在调用指令执行期，将向PC装载指定的程序存储器地址并从这个地址开始执行程序。PC被装载之前，返回地址被保存在堆栈中。执行子程序或函数操作之后，返回指令将堆栈中的返回地址装入PC，并继续执行调用之后的指令操作。装装入入PCPC的的地地址址既既可可以以来来自自转转移移指指令令的的第第二二个个字字或或累累加加器器的的低低1616位字

41、。位字。在无条件调用指令进入流水线操作的执行阶段之前，随后的两条指令己被提取。这两条指令将退出流水线操作以使它们不被执行。可以将返回地址存储在堆栈中，并从被调用函数的第一条指令开始继续执行指令操作。无条件调用指令CALLCALLCALACALA调用累加器指定地址单元的子程序 在无条件返回指令进入流水线的执行阶段前，随后的两个指令字已被提取。这两条指令将从流水线操作中退出以使它们不被执行。返回地址将从堆栈中提取，并从该地址开始继续执行程序。3.无条件返回无条件返回当碰到一个无条件返回(RET)指令时，它总是被无条件执行。在执行返回指令时，将向PC装载栈顶的值，并从该栈顶值所指定的地址开始继续执行

42、程序。可以将需满足的条件设定为条件指令的操作数。3.7.2 有条件转移、调用和返回有条件转移、调用和返回 只有当满足一个或多个条件时，才能只有当满足一个或多个条件时，才能执行执行C2XX的条件转移、调用和返回指令。的条件转移、调用和返回指令。操作数符号条件条件说明EQACC=0累加器为0NEQACC0累加器不为0LTACC0累加器大于0GEQACC0累加器大于或等于0CC=1进位位为1NCC=0进位位为0OVOV=1累加器溢出NOVOV=0累加器不溢出BIOBIO(非)低引脚为低电平TCTC=1测试/控制标志为1NTCTC=0测试/控制标志为0条件调用和返回的条件列表1.1.使用多个条件使用多

43、个条件使用多个条件使用多个条件多重条件可被列为条件指令操作数。如果多重条件被列出，则必须满足所有条件才能执行指令。注意只有某些条件组合才是可用的。组组1 1组组2 2A A类类B B类类A A类类B B类类C C类类EQEQOVOVTCTCC CBIOBIONEQNEQNOVNOVNTCNTCNCNCLTLTLEQLEQGTGTGEQGEQ条件分组对于每个条件组合，条件必须从以下的Group1和Group2选取：Group1Group1最多可以选择两个条件每个条件必须来自一个不同的目录(A或B)；不能从同一个目录选择两个条件。例如可同时测试EQ和OV，但不能同时测试GT和NEQGroup2Gr

44、oup2最多可以选择三个条件每个条件必须来自一个不同的目录(A、B或C)；不能从同一个目录选择两个条件。例如可同时测试TC、C和BIO，但不能同时测试C和NC。2.条件的稳定性条件的稳定性条件指令必须条件指令必须能够测试状态能够测试状态位的最新值位的最新值在前一条指令被执行后在前一条指令被执行后的一个周期上，即在流的一个周期上，即在流水线操作的执行阶段以水线操作的执行阶段以前，条件是不稳定的前，条件是不稳定的流水线控制器停止流水线控制器停止对条件指令之后任对条件指令之后任意指令进行译码直意指令进行译码直至到条件趋于稳定至到条件趋于稳定这样因此3.条件转移条件转移 条件转移指令将程序转移到程序存

45、储器的任意单元。只有当满足一个或多个由用户设定的条件时，才能执行条件转移指令。如果所有的条件被满足，则PC装载转移指令的第二个字。该转移指令的第二个字包含了转移地址；并且在该地址继续执行指令。在条件被测试之前，条件转移指令之后的两条指令字己从流水线中被提取。如果所有的条件被满足，则这两条指令将退出流水线操作，以使它们不被执行，而在转移地址继续执行条件转移指令。如果条件不被满足，则这两条指令将被执行，而不执行转移指令。由于条件转移使用的条件是由先前指令的执行结果所确定的，因此，条件转移比无条件转移多用一个周期。条件转移指令BCNDBCND有条件转移BANZBANZ当前所选择的辅助寄存器值不等于0

46、时的转移此指令有助于实此指令有助于实 现循环操作。现循环操作。4.条件调用条件调用 只有当满足一个或多个特定条件时才能执行条件调用。这就允许的程序能在多个子程序中进行选择。如果所有的条件被满足，则向PC装载调用指令的第2个字(它包含子程序的起始地址)。在转移到子程序之前，处理器将把返回地址存储在堆栈中。返回地址是指调用指令的下一个指令地址。子程序最后必须是一条返回地址。该返回指令将从堆栈中提取返回地址并迫使处理器继续执行调用程序。鉴于需要一个等待周期才能使条件趋于稳定，因此，条件调用比无条件调用多用一周期。在条件调用指令的条件被测试时，调用指令之后的两条指令字则从流水线中被提取。如果所有的条件

47、被满足，则这两个指令将从流水线中退出以使它们不被执行，然后从被调用函数的第一条指令开始继续执行条件调用指令。如果条件不被满足，则这两条指令将被执行，而不是执行调用指令。5.条件返回条件返回 调用或中断将一个返回地址存储到堆栈，然后将程序控制传送到程序存储器中的一个新单元。返回被用于调用和中断。条件返回指令RETCRETC 被调用的子程序或中断服务程序包含一个返回指令。该返回指令使返回地址退出堆栈并进入程序计数器(PC)。只有当1个或多个条件被满足时才能执行条件返回指令(RETC)。通过使用RETC指令，可以为一个子程序或一个中断服务程序提供一个以上的返回渠道。如果满足RETC指令执行的所有条件

48、，则处理器将把堆栈中的返回地址装入PC，并继续执行调用或被中断的程序。对返回渠道的选择取对返回渠道的选择取决于被处理的数据。决于被处理的数据。同RET一样，RETC是一个单字指令。然而，由于PC的不连续性，RETC操作的有效执行时间与条件转移(BCND)和条件调用(CC)的有效执行时间一样。在条件返回指令的条件被测试时，返回指令之后的两个指令字己从流水线中被提取。如果所有的条件被满足，则这两条指令将退出流水线操作以使这两条指令不被执行而执行调用程序。如果条件不满足，则执行这两条指令而不执行返回指令。由于需要一个等待周期才能使条件趋于稳定，因此，条件返回比无条件返回多用一个周期。3.8 重复指令

49、重复指令 C2XX重复(RPT)指令允许一条指令的接受次数为N+1次。当从一个数据存储器单元读取计数值时，RPTC可用作一个16-bit的计数器；如果计数值被设定为一个操作常数，RPTC为8-bit计数器。N N为为RPTRPT指令的一个操作数。指令的一个操作数。在执行在执行RPTRPT时，时，N N被装入重复计数器被装入重复计数器(RPTC)(RPTC)。每次执行重复指令时，RPTC值减少1直到RPTC=0。对诸如NORM、MAC和SUBC等指令来说，重复特性是非常有益的，当这些指令被重复时，程序存储器的地址总线和数据总线可以与数据存储器的地址总线，数据总线并行操作，因而可以节约第二操作数的

50、提取时间。这样，当MACD和BLPD这类指令被重复时就能够在一个单周期内有效地执行。被硬件或软件驱动的中断信号可使C2XX中止当前程序并执行另一个子程序。3.9 中断与中断管理中断与中断管理 中断也可以用于发出信号，表明发出了一个特别事件。通常，中断是由那些需要向C2XX传送或从C2XX提取数据的硬件设备产生。例如A/DA/D和和D/AD/A转换器转换器以及其它处理器以及其它处理器定时器己完成计数定时器己完成计数例如C2XX支持软件和硬件中断软件中断软件中断INTR，NMI或TRAP如可被来自物理器件的一个信号请求这里存在两种类型:外部硬件中断被外部中断引脚上的信号触发。所有的中断都是负边沿触