第3章TMS320C54x系列DSP的結(jié)構(gòu)、原理及硬件資源3.1TMS320C54x的CPU核心3.2TMS320C54x的存儲(chǔ)空間3.3TMS320C54x的片上外設(shè)

3.1TMS320C54x的CPU核心

3.1.1

CPU狀態(tài)控制寄存器

TMS320C54x有如下三個(gè)狀態(tài)控制寄存器：

(1)狀態(tài)寄存器0(ST0)；

(2)狀態(tài)寄存器1(ST1)；

(3)處理器工作方式狀態(tài)寄存器(PMST)。

1．狀態(tài)寄存器0(ST0)

狀態(tài)寄存器0(ST0)的結(jié)構(gòu)和各位的功能如下：

●位15～13：輔助寄存器指針。在間接尋址單操作數(shù)時(shí)，可使用這三位來(lái)選擇當(dāng)前的輔助寄存器。這三位復(fù)位后的值為0。

●位12：測(cè)試和控制標(biāo)志位。TC用來(lái)存儲(chǔ)算術(shù)邏輯單元的測(cè)試位操作的結(jié)果。TC受BIT、BITF、BITT、CMPM、CMPR、CMPS和SFTC等指令的影響。TC的狀態(tài)(置位或清零)決定條件分支、條件調(diào)用、條件執(zhí)行和條件返回的指令是否執(zhí)行。若滿足以下條件，則可使TC

=

1：①

由BIT或BITT測(cè)試的位為1；②

當(dāng)執(zhí)行CMP、CMPR或者CMPS指令，比較一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的值和一個(gè)立即操作數(shù)、AR0和另一個(gè)輔助寄存器或者一個(gè)累加器高字與累加器低字比較條件成立時(shí)；③

由SFTC測(cè)試的某個(gè)累加器的第31位和30位的值不相等。該位復(fù)位后的值為1。

●位11：進(jìn)位位。如果加法操作產(chǎn)生進(jìn)位，則此位被置1；如果減法操作產(chǎn)生借位，則此位被清0。除使用16位帶移位的ADD或SUB指令外，在下一次加法操作后該位被復(fù)位(在下一次減法操作后被置位)。在使用16位帶移位的ADD或SUB指令時(shí)，加法指令只能使該位置1，減法指令只能使該位清0。這里進(jìn)位和借位是指在ALU中的運(yùn)算，且定義在第32位的位置上。移位指令和循環(huán)移位指令(ROR、ROL、SFTA和SFTL)以及MIN、MAX、ABS和NEG指令也會(huì)影響該位。該位復(fù)位后的值為1。

●位10：累加器A溢出標(biāo)志。當(dāng)在ALU或乘法器中的加法操作發(fā)生溢出，且將結(jié)果保存于累加器A時(shí)，OVA位被置1。一旦發(fā)生溢出，OVA位將一直保持置1狀態(tài)，直到執(zhí)行使用AOV或ANOV作為條件的BC[D]指令、CC[D]指令、RC[D]指令或者XC指令為止。RSBX指令也能清除該位。該位復(fù)位后的值為0。

●位9：累加器B溢出標(biāo)志。當(dāng)在ALU或乘法器中的加法器操作發(fā)生溢出，且將結(jié)果保存于累加器B時(shí)，OVB位被置1。一旦發(fā)生溢出，OVB位將一直保持置1狀態(tài)，直到執(zhí)行使用BOV或BNOV作為條件的BC[D]指令、CC[D]指令、RC[D]指令或者XC指令為止。RSBX指令也能清除該位。該位復(fù)位后的值為0。

●

位8～0：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器頁(yè)指針。在使用直接尋址方式時(shí)，這9位數(shù)據(jù)與指令中給出的7位地址組合成一個(gè)16位的物理地址對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行尋址，從而獲取指令中的操作數(shù)。利用DP值按上述過(guò)程進(jìn)行直接尋址時(shí)應(yīng)確保ST1中的編譯器模式位(CPL)等于0。DP值可通過(guò)LD指令加載。該位復(fù)位后的值為0。

2．狀態(tài)寄存器1(ST1)

狀態(tài)寄存器1(ST1)的結(jié)構(gòu)和各位的功能如下：

●位15：塊重復(fù)操作標(biāo)志位，該位表明當(dāng)前是否正在進(jìn)行塊重復(fù)操作。該位復(fù)位后的值為0。該位為0表明當(dāng)前未進(jìn)行塊重復(fù)操作，當(dāng)塊重復(fù)計(jì)數(shù)器(BRC)減到零后，BRAF位被自動(dòng)清0；該位為1表明當(dāng)前正在進(jìn)行塊重復(fù)操作，當(dāng)執(zhí)行RPTB指令時(shí)，BRAF位被自動(dòng)置1。

●

位14：直接尋址物理地址產(chǎn)生方式選擇位。在進(jìn)行直接尋址時(shí)，CPL指示以何種方式生成尋址單元的物理地址。該位復(fù)位后的值為0。該位為0表示在進(jìn)行直接尋址時(shí)，選擇數(shù)據(jù)頁(yè)指針(DP)來(lái)生成尋址單元的物理地址；該位為1表示在進(jìn)行直接尋址時(shí)，選擇堆棧段指針(SP)來(lái)生成尋址單元的物理地址。

●位13：XF引腳狀態(tài)位。該位用于設(shè)定外部標(biāo)志腳(XF)的電平狀態(tài)，XF引腳是DSP的通用輸出引腳，利用SSBX指令可將該位置1，利用RSBX指令可將該位清0，用戶可以在程序中通過(guò)對(duì)該位值的設(shè)定來(lái)改變外部標(biāo)志腳(XF)的電平狀態(tài)。該位復(fù)位后的值為1。

●

位12：保持方式位。當(dāng)處理器響應(yīng)HOLD信號(hào)時(shí)，該位指示處理器是否繼續(xù)執(zhí)行內(nèi)部操作。該位復(fù)位后的值為0。該位為0表示當(dāng)DSP處于HOLD狀態(tài)時(shí)，其外部接口置高阻狀態(tài)，而處理器可繼續(xù)執(zhí)行內(nèi)部操作，此時(shí)需要從內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器中取指并繼續(xù)執(zhí)行程序；該位為1表示當(dāng)DSP處于HOLD狀態(tài)時(shí)，其外部接口置高阻狀態(tài)，并且處理器也暫時(shí)停止一切內(nèi)部操作。

●位11：中斷方式位。該位可在全局上屏蔽或使能所有的可屏蔽中斷。SSBX指令置位INTM，RSBX指令復(fù)位INTM。當(dāng)復(fù)位或執(zhí)行可屏蔽中斷(INTR或外部中斷)時(shí)，INTM置1。當(dāng)執(zhí)行RETE或RETF指令(從中斷返回)時(shí)，INTM被清0。INTM不影響不可屏蔽中斷。INTM不能通過(guò)寫存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行寫操作而將其置位。該位復(fù)位后的值為1。該位為0表示使能所有的可屏蔽中斷；該位為1表示禁止所有的可屏蔽中斷。

●

位10：保留位。讀該位時(shí)結(jié)果總為0。

●位9：溢出方式位。當(dāng)發(fā)生溢出時(shí)，該位決定將什么值加載到目的累加器。SSBX和RSBX指令分別置位和復(fù)位OVM。該位復(fù)位后的值為0。該位為0表示將溢出后ALU或乘法累加器中的結(jié)果正常地裝入目的累加器；該位為1表示一旦遇到溢出，目的累加器就被設(shè)置為最大正值(0x7FFFFFFFh)或最大負(fù)值(FF80000000)。

●位8：符號(hào)擴(kuò)展方式位。該位用來(lái)決定符號(hào)位是否擴(kuò)展。SXM位不影響一些指令的定義，如對(duì)ADDS、LDU和SUBS指令，無(wú)論SXM為何值，都禁止符號(hào)擴(kuò)展。SSBX和RSBX指令分別置位和復(fù)位SXM。該位復(fù)位后的值為1。該位為0表示禁止符號(hào)位擴(kuò)展；該位為1表示數(shù)據(jù)在裝入ALU進(jìn)行使用前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)位擴(kuò)展。

●位7：雙16位或雙精度算術(shù)方式選擇位。該位用來(lái)決定ALU操作的算術(shù)運(yùn)算方式。該位復(fù)位后的值為0。該位為0表示ALU工作于雙精度算術(shù)方式下；該位為1表示ALU工作于雙16位算術(shù)方式下。

●

位6：小數(shù)方式位。當(dāng)FRCT為1時(shí)，為了取消多余的符號(hào)位，乘法器結(jié)果輸出時(shí)左移一位。該位復(fù)位后的值為0。

●位5：修正方式位。該位用來(lái)決定對(duì)輔助寄存器指針(ARP)是否可以進(jìn)行修改。該位復(fù)位后的值為0。該位為0表示當(dāng)利用直接尋址方式對(duì)指令中的單個(gè)操作數(shù)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，

ARP不能被修正。當(dāng)DSP處于這種方式下時(shí)，ARP的值總為0。該位為1表示當(dāng)利用直接尋址方式對(duì)指令中的單個(gè)操作數(shù)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，ARP可以被指令修正。當(dāng)DSP處于這種方式下時(shí)，ARP的值為用戶制定的當(dāng)前輔助寄存器指針的編號(hào)。

●

位4～0：累加器移位方式位。ASM的五位用來(lái)指定一個(gè)-16～15之間的數(shù)值作為移位值，所有帶并行存儲(chǔ)的指令包括STL、STH、ADD、SUB和LD指令都可以將ASM的值作為移位位數(shù)。ASM能從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中加載，也可利用LD指令來(lái)加載一個(gè)短立即數(shù)。該位復(fù)位后的值為0。

3．處理器工作方式狀態(tài)寄存器(PMST)

處理器工作方式狀態(tài)寄存器(PMST)的結(jié)構(gòu)和各位的功能如下：

●

位15～7：中斷向量指針。9位的IPTR指向中斷向量所在的128字程序存儲(chǔ)器的位置。在自舉-加載(Boot-Loaded)操作情況下，允許用戶在RAM中重置中斷向量。復(fù)位時(shí)，這9位均被置1，復(fù)位向量總是存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)器空間的FF80h地址上。RESET指令不影響IPTR的值。

●

位6：微處理器方式或微計(jì)算機(jī)方式選擇位。該位可以使能/禁止片上ROM存儲(chǔ)器在程序存儲(chǔ)空間的地址映射，從而使DSP工作于微處理器方式或微機(jī)方式。MP/MC的值對(duì)應(yīng)于外電路給DSP的輸入引腳MP/MC的電平狀態(tài)。需注意的是，DSP只在復(fù)位時(shí)對(duì)MP/MC引腳的電平狀態(tài)進(jìn)行采樣，在正常工作時(shí)不再重新采樣并判斷該引腳的電平狀態(tài)，直到下一次復(fù)位。RESET指令不影響此位。此位也可通過(guò)軟件來(lái)置位或清零。該位為0表示使能片上ROM，并將其映射到DSP的程序存儲(chǔ)空間；該位為1表示片上ROM不可用。

●

位5：片上RAM程序空間映射選擇位。該位使能片上雙端口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器映射到程序空間，這樣片上RAM就在程序空間和數(shù)據(jù)空間分別分配了不同的地址。該位為0表示片上RAM被映射到數(shù)據(jù)空間，并不映射到程序空間；該位為1表示片上RAM被映射到數(shù)據(jù)空間，同時(shí)也被映射到程序空間。

●

位4：地址可見模式。AVIS使能/禁止在DSP的地址引腳上獲得內(nèi)部程序地址。該位為0表示在訪問(wèn)內(nèi)部程序空間時(shí)，外部地址引腳上的狀態(tài)不變化，數(shù)據(jù)線和控制線不被影響，而地址總線被總線上最后一次訪問(wèn)的地址值驅(qū)動(dòng)；該位為1表示為了對(duì)內(nèi)部程序地址進(jìn)行跟蹤，此模式允許內(nèi)部程序地址出現(xiàn)在C54x的地址引腳上。當(dāng)中斷向量處于片內(nèi)存儲(chǔ)器上時(shí)，它可以結(jié)合IACK信號(hào)對(duì)中斷向量進(jìn)行譯碼。

●位3：片上ROM數(shù)據(jù)空間映射選擇位。該位用于使能片上ROM存儲(chǔ)器映射到數(shù)據(jù)空間，這樣片上ROM在程序空間和數(shù)據(jù)空間就分別分配了不同的地址。該位為0表示片上ROM被映射到程序空間，并不映射到數(shù)據(jù)空間；該位為1表示片上ROM被映射到程序空間，同時(shí)也被映射到數(shù)據(jù)空間。

●

位2：輸出時(shí)鐘CLOCKOUT關(guān)閉控制位。當(dāng)CLKOFF為1時(shí)，禁止CLKOUT輸出并且保持高電平。

●位1：乘法飽和方式控制位。該位用于決定執(zhí)行MAC和MAS指令時(shí)，在完成乘法后進(jìn)行累加運(yùn)算前，是否需要對(duì)乘法結(jié)果進(jìn)行飽和處理。當(dāng)SMUL=1時(shí)，在執(zhí)行累加運(yùn)算前，需要對(duì)乘法結(jié)果進(jìn)行飽和處理；當(dāng)SMUL=0時(shí)，在執(zhí)行累加運(yùn)算前，不對(duì)乘法結(jié)果進(jìn)行飽和處理。該位僅在OVM=1和FRCT=1時(shí)才有效。SMUL位允許MAC和MAS操作與ETSIGSM規(guī)范定義的MAC和MAS基本操作一致。小數(shù)模式下，在執(zhí)行MAC和MAS指令中乘法后的加減法操作前，將溢出時(shí)的乘法結(jié)果調(diào)整為整數(shù)的最大值7FFFFFFh。在這種模式下(SMUL=1)，若OVM=1，則MAC指令等價(jià)于MPY+ADD；在正常模式下

(SMUL=0)，若OVM=1，則在執(zhí)行加減操作前，不對(duì)乘法的結(jié)果做溢出處理，而只是對(duì)MAC和MAS指令的結(jié)果進(jìn)行飽和處理。

●位0：存儲(chǔ)飽和方式控制位。該位用來(lái)決定執(zhí)行累加器值存儲(chǔ)指令時(shí)，在完成移位操作后進(jìn)行存儲(chǔ)前，是否需要對(duì)移位后的累加器值進(jìn)行飽和處理。當(dāng)SST=1時(shí)，在執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)前，需要對(duì)移位后的累加器值進(jìn)行飽和處理；當(dāng)SMUL=0，在執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)前，不對(duì)移位后的累加器值進(jìn)行飽和處理。在存儲(chǔ)飽和方式下，累加器值的存儲(chǔ)過(guò)程按如下步驟進(jìn)行。

①按照指令要求對(duì)累加器的40位數(shù)據(jù)進(jìn)行移位(左移或右移)。移位過(guò)程將受到當(dāng)前SXM值的影響。

②將累計(jì)器的40位數(shù)據(jù)值飽和溢出處理為32位值，處理過(guò)程與當(dāng)前的符號(hào)擴(kuò)展位SXM相關(guān)。如果SXM=0，則數(shù)據(jù)為無(wú)符號(hào)數(shù)，作為正數(shù)進(jìn)行飽和處理，即若該值大于7FFFFFFFh，則該值設(shè)為7FFFFFFFh；如果SXM=1，則數(shù)據(jù)為符號(hào)數(shù)，對(duì)其的飽和處理要按它為正數(shù)還是負(fù)數(shù)來(lái)進(jìn)行，若此值大于7FFFFFFFh，則將該值設(shè)為7FFFFFFFh，若此值小于80000000h，則將該值設(shè)為80000000h。

③按指令要求存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

④

在上述操作期間累加器中的內(nèi)容保持不變。

3.1.2算術(shù)邏輯單元(ALU)

算術(shù)邏輯單元(ALU)是CPU的計(jì)算核心，用于完成主要的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。圖3-1給出了算術(shù)邏輯單元(ALU)的功能原理框圖。ALU可在單時(shí)鐘周期內(nèi)完成絕大多數(shù)指令的執(zhí)行。除有關(guān)存儲(chǔ)器操作的指令(如ADDM、ANDM、ORM和XORM等指令)外，在ALU中完成一個(gè)操作后其結(jié)果通常被轉(zhuǎn)移到目的累加器(累加器A或者累加器B)中。

圖3-1算術(shù)邏輯單元(ALU)的功能原理框圖

1．ALU的輸入

以下簡(jiǎn)單介紹ALU輸入數(shù)據(jù)的來(lái)源方式，這里用X和Y分別代表在ALU中進(jìn)行運(yùn)算處理的兩個(gè)數(shù)據(jù)源。

進(jìn)入ALU的X輸入的數(shù)據(jù)一般來(lái)自以下兩種情況之一：

(1)移位寄存器的輸出(一個(gè)32位或16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)或一個(gè)移位累加器值)；

(2)來(lái)自數(shù)據(jù)總線DB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)。

進(jìn)入ALU的Y輸入的數(shù)據(jù)一般來(lái)自以下三種情況之一：

(1)累加器A或B中的數(shù)值；

(2)來(lái)自數(shù)據(jù)總線CB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)；

(3)T寄存器的值。

由于來(lái)自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)是16位的，因此當(dāng)16位的數(shù)據(jù)被作為輸入的操作數(shù)送至40位的ALU時(shí)，ALU根據(jù)16位的數(shù)據(jù)位處于高16位或低16位來(lái)決定采用以下哪種方式，以將其擴(kuò)展為40位的數(shù)據(jù)在ALU中進(jìn)行運(yùn)算處理。

(1)如果數(shù)據(jù)位處于高16位即有效數(shù)據(jù)位于第31～16位，則ALU自動(dòng)將輸入數(shù)據(jù)的低16位即第15～0位用0填充，并且當(dāng)SXM=0時(shí)，將第39～32位用0填充，當(dāng)SXM=1時(shí)，對(duì)第39～32位進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。

(2)如果數(shù)據(jù)位處于低16位即有效數(shù)據(jù)位于第15～0位，則當(dāng)SXM=0時(shí)，ALU自動(dòng)將輸入數(shù)據(jù)的高24位即第39～16位用0填充，當(dāng)SXM=1時(shí)，對(duì)第39～16位進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。

在具體的指令中，ALU采用哪種方式來(lái)獲得操作數(shù)取決于指令的具體語(yǔ)法。以ADD指令為例，表3-1給出了ADD指令中ALU的輸入數(shù)據(jù)的獲得方式。

表3-1ADD指令中ALU的輸入數(shù)據(jù)的獲得方式

2．ALU計(jì)算溢出時(shí)的處理

當(dāng)ALU的計(jì)算發(fā)生溢出時(shí)，ALU有兩種方式來(lái)處理計(jì)算結(jié)果，這兩種方式分別稱為正常溢出方式和飽和溢出方式。正常溢出方式是直接將溢出后的計(jì)算結(jié)果作為最終結(jié)果，當(dāng)OVM=0時(shí)，ALU處于正常溢出方式；飽和溢出是指當(dāng)ALU的計(jì)算結(jié)果發(fā)生溢出時(shí)，ALU以所能表示的最大值或最小值(取決于發(fā)生溢出的方向)作為最終結(jié)果。飽和溢出方式對(duì)濾波或多媒體處理等計(jì)算十分有用。

當(dāng)計(jì)算發(fā)生溢出時(shí)，若OVM=0，則ALU處于正常溢出方式，累加器裝載ALU的計(jì)算結(jié)果，而不需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行任何修正；若OVM=1，則ALU處于飽和溢出方式，累加器裝載32位的最大值(007FFFFFFFh)或者最大負(fù)值(0FF80000000h)。

當(dāng)發(fā)生溢出時(shí)，狀態(tài)寄存器ST0中相應(yīng)的溢出標(biāo)志(OVA或OVB)將被置1，以下任一事件發(fā)生時(shí)都可以清除該溢出標(biāo)志位：

(1)復(fù)位；

(2)在溢出狀態(tài)下，程序執(zhí)行無(wú)條件的或有條件的分支、返回和調(diào)用指令；

(3)對(duì)狀態(tài)寄存器ST0中的溢出標(biāo)志(OVA或OVB)直接進(jìn)行清0操作。

3．進(jìn)位位

ALU具有一個(gè)用于表示進(jìn)位標(biāo)志的進(jìn)位位，在ALU中執(zhí)行的大多數(shù)算術(shù)指令都會(huì)對(duì)該位產(chǎn)生影響，同時(shí)其計(jì)算也會(huì)受到該位的影響。進(jìn)位位支持高效的擴(kuò)展精度算術(shù)操作運(yùn)算。進(jìn)位位與ALU的非算術(shù)運(yùn)算指令(如加載累加器、邏輯操作、其他非算術(shù)指令和控制指令)的操作無(wú)關(guān)。

有條件的分支、返回、調(diào)用指令中的C和NC這兩個(gè)條件是否執(zhí)行相應(yīng)操作，是通過(guò)進(jìn)位位的狀態(tài)(清0或置1)來(lái)判斷的。利用RSBX和SSBX指令可以直接將進(jìn)位位清0或置1。在系統(tǒng)進(jìn)行硬件復(fù)位后，進(jìn)位位被置1。

4．雙16位模式

在進(jìn)行算術(shù)操作時(shí)，用戶可以通過(guò)設(shè)置使ALU工作于雙16位模式。在這種模式下，ALU在一個(gè)周期內(nèi)可以執(zhí)行兩次16位操作，例如兩次加法運(yùn)算或兩次減法運(yùn)算。狀態(tài)寄存器ST1中的C16位專門用來(lái)控制ALU是否處于雙16位模式，用戶可以通過(guò)將此位置1或清0來(lái)設(shè)置或取消ALU的雙16位模式。這種模式對(duì)快速相加、比較、選擇等操作非常有用，因此在利用比較、選擇和存儲(chǔ)單元(CSSU)來(lái)實(shí)現(xiàn)Viterbi譯碼算法時(shí)，常采用ALU的雙16位模式。

3.1.3累加器A和累加器B

累加器是DSP核心內(nèi)的一種專用寄存器，一般主要用于存放ALU或乘法累加單元的運(yùn)算結(jié)果。5000系列DSP中具有兩個(gè)累加器，分別記做累加器A和累加器B。此外累加器還用于MIN指令、MAX指令和并行指令LD||MAC，在這些指令的執(zhí)行中，兩個(gè)累加器其中一個(gè)用于加載數(shù)據(jù)，另外一個(gè)用于算術(shù)運(yùn)算。

在功能上，

一般將40位的累加器分為三個(gè)部分，累加器A和累加器B的結(jié)構(gòu)基本相同，分別如圖3-2和圖3-3所示。

圖3-2累加器A的結(jié)構(gòu)圖

圖3-3累加器B的結(jié)構(gòu)圖

1．累加器值的存儲(chǔ)

通過(guò)使用STH、STL、STLM和SACCD指令，或者使用并行存儲(chǔ)指令，用戶可以將累加器的值存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。為了將累加器的高16位帶移位地存入存儲(chǔ)器中，用戶可以使用STH、SACCD和并行存儲(chǔ)指令。對(duì)于右移操作，AG和BG的各位分別移入AH和BH的各位中。對(duì)于左移操作，AH和BH各位分別移入AG和BG的各位中。為了將累加器的低16位帶移位地存入存儲(chǔ)器中，用戶可以使用STL指令。對(duì)于右移操作，AH和BH的各位分別移入AL和BL的各位中，并且相應(yīng)的低位數(shù)據(jù)丟失。對(duì)于左移操作，AL和BL的各位均被置為零。由于移位操作是在移位寄存器中執(zhí)行的，因此累加器的內(nèi)容保持不變。下面的例子表明了帶移位的累加器存儲(chǔ)操作的結(jié)果，假定累加器A的當(dāng)前值為0FF43211234h。

STHA,8,TEMP ;TEMP=2112h

STHA,-8,TEMP ;TEMP=FF43h

STLA,8,TEMP ;TEMP=3400h

STLA,-8,TEMP ;TEMP=2112h

2．累加器移位和循環(huán)移位操作

以下指令用于實(shí)現(xiàn)累加器移位和循環(huán)移位操作：

(1)SFTA(算術(shù)移位)；

(2)SFTL(邏輯移位)；

(3)SFTC(條件移位)；

(4)ROL(累加器左循環(huán)移位)；

(5)ROR(累加器右循環(huán)移位)；

(6)ROLTC(帶TC的累加器左循環(huán)移位)。

在SFTA指令和SFTL指令中，移位位數(shù)為-16～15位。SFTA指令受符號(hào)擴(kuò)展位(SXM)的影響。當(dāng)SXM=1且移位位數(shù)為負(fù)值時(shí)，SFTA指令執(zhí)行算術(shù)右移并且對(duì)該位進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。當(dāng)SXM=0時(shí)，累加器的高位不進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展并以0填充。SFTL指令不受SXM位的影響，它在執(zhí)行0～31位的移位操作時(shí)，依據(jù)移位方向的不同，分別將0移入高位或低位中。

SFTC指令用于完成累加器值的歸一化操作，當(dāng)累加器的31位和30位均為1或均為0時(shí)，SFTC執(zhí)行1位的左移操作，通過(guò)去掉累加器值中多余的符號(hào)位來(lái)完成累加器值的歸一化操作。

ROL指令用于實(shí)現(xiàn)累加器值的左循環(huán)移位。在移位過(guò)程中每移動(dòng)一位，累加器將進(jìn)位位的值移入累加器的最低位中，并將累加器最高位的值移入進(jìn)位位中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)累加器數(shù)值的左循環(huán)移位。在此過(guò)程中，累加器的保護(hù)位將被清0。

ROR指令用于實(shí)現(xiàn)累加器值的右循環(huán)移位。在移位過(guò)程中每移動(dòng)一位，累加器將進(jìn)位位的值移入累加器的最高位中，將累加器最低位的值移入進(jìn)位位中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)累加器數(shù)值的右循環(huán)移位。在此過(guò)程中，累加器的保護(hù)位將被清0。

ROLTC指令用于實(shí)現(xiàn)帶TC的累加器值的左循環(huán)移位。在移位過(guò)程中每移動(dòng)一位，累加器將測(cè)試控制位(TC)的值移入累加器的最低位中，將累加器最高位的值移入測(cè)試控制位

(TC)中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)帶TC的累加器數(shù)值的左循環(huán)移位。

3.1.4桶形移位寄存器

桶形移位寄存器是DSP核心中用于數(shù)據(jù)移位的專用寄存器，主要用于執(zhí)行以下操作：

(1)在ALU操作前對(duì)作為輸入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)或者累加器值進(jìn)行預(yù)先的移位操作。

(2)對(duì)累加器值執(zhí)行邏輯或算術(shù)移位。

(3)對(duì)累加器的值進(jìn)行歸一化操作。

(4)在ALU完成計(jì)算并將結(jié)果存入累加器后，為滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求對(duì)累加器的值在存儲(chǔ)前進(jìn)行移位操作。

圖3-4所示為40位的桶形移位寄存器的功能原理圖。

如圖3-4所示，輸入數(shù)據(jù)的來(lái)源有以下三種情況：

●由數(shù)據(jù)總線DB上來(lái)的作為輸入操作數(shù)的16位數(shù)據(jù)；

●由數(shù)據(jù)總線DB和CB上來(lái)的作為輸入操作數(shù)的32位數(shù)據(jù)；

●

由兩個(gè)40位累加器中的任何一個(gè)上來(lái)的作為輸入操作數(shù)的40位數(shù)據(jù)。

圖3-4桶形移位寄存器的功能原理圖

如圖3-4所示，輸出數(shù)據(jù)的流向有以下兩種情況：

●作為ALU的一個(gè)輸入數(shù)據(jù)；

●通過(guò)MSW/LSW寫選擇單元連接到EB總線上，并通過(guò)該總線存入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。

移位操作中進(jìn)行右移位時(shí)，由符號(hào)擴(kuò)展方式位SXM控制操作數(shù)是否進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展，當(dāng)此位置1時(shí)，移位操作需執(zhí)行符號(hào)擴(kuò)展。但對(duì)一些指令(如LDU、ADDS和SUBS等指令)處理無(wú)符號(hào)存儲(chǔ)器操作數(shù)時(shí)，不受符號(hào)擴(kuò)展方式位SXM的影響，無(wú)論SXM為何值均不執(zhí)行符號(hào)擴(kuò)展。

如圖3-4所示，有三種不同的方式來(lái)決定移位的方向和位數(shù)，分別為由臨時(shí)寄存器的值、ASM位的值或指令直接給出移位位數(shù)，具體采用哪種方式取決于不同指令的語(yǔ)法要求。無(wú)論哪種方式，給出數(shù)值的大小均決定了移位的位數(shù)，而數(shù)值的正負(fù)則決定了移位的方向。正號(hào)對(duì)應(yīng)于左移，負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)于右移。

以下指令是由指令給出了由4～5位的操作數(shù)來(lái)表示-16～15位的移位。

ADDA,-4,B ;AddaccumulatorA(right-shifted4bits)to

;accumulatorB(oneword,onecycle)

SFTLA,+8 ;Shift(logical)accumulatorAeightbitsleft

;(oneword,onecycle)

在以下的例子中，ADD指令由ASM的值來(lái)決定-16～15位的移位位數(shù)，用戶要求的移位數(shù)值可在該指令前利用LD指令加載到ASM中。

ADDA,ASM,B ;AddaccumulatorAtoaccumulatorBwithashift

;specifiedbyASM

在以下的例子中，NORM指令由臨時(shí)寄存器的低6位值來(lái)決定-16～31位的移位位數(shù)。

NORMA ;NormalizeaccumulatorA(T containstheexponent

;value)3.1.5乘法累加單元

C54x系列DSP的CPU具有一個(gè)17位

×17位的硬件乘法器，此乘法器連接到一個(gè)40位的專用加法器上。乘法累加單元在一個(gè)流水線周期內(nèi)可以完成一次乘和累加(MAC)運(yùn)算。這將大大地提高DSP在數(shù)字濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多算法中的運(yùn)算速度。圖3-5所示為乘法累加單元的功能原理圖。

圖3-5乘法累加單元的功能原理圖

乘法累加單元的硬件乘法器可用于執(zhí)行有符號(hào)操作數(shù)的乘法、無(wú)符號(hào)操作數(shù)的乘法和有符號(hào)操作數(shù)與無(wú)符號(hào)操作數(shù)的乘法運(yùn)算。

(1)對(duì)于有符號(hào)操作數(shù)的乘法，每個(gè)16位的存儲(chǔ)器操作數(shù)在進(jìn)行一位的符號(hào)擴(kuò)展后形成一個(gè)17位的操作數(shù)。

(2)對(duì)于無(wú)符號(hào)操作數(shù)的乘法，每個(gè)16位的操作數(shù)的最高位均以0進(jìn)行擴(kuò)展。

(3)對(duì)于有符號(hào)操作數(shù)與無(wú)符號(hào)操作數(shù)的乘法運(yùn)算，將對(duì)其中的一個(gè)操作數(shù)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展，而對(duì)另外一個(gè)操作數(shù)的最高位用0進(jìn)行擴(kuò)展。

1．乘法累加單元中乘法器的輸入數(shù)據(jù)

如圖3-5所示，這里分別用XM和YM表示乘法器的兩個(gè)輸入，由圖可以看出，XM的數(shù)據(jù)來(lái)源可為以下幾種情況之一：

(1)臨時(shí)寄存器(T)；

(2)由數(shù)據(jù)總線DB讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)；

(3)累加器A的32～16位。

YM的數(shù)據(jù)來(lái)源可為以下幾種情況之一：

(1)由數(shù)據(jù)總線DB讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)；

(2)由數(shù)據(jù)總線CB讀取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)；

(3)由程序總線PB讀取的程序存儲(chǔ)器操作數(shù)；

(4)累加器A的32～16位。

表3-2在不同指令中乘法器的輸入數(shù)據(jù)的來(lái)源

對(duì)于使用臨時(shí)寄存器T作為乘法器的一個(gè)輸入的指令，另一個(gè)輸入可能來(lái)自立即數(shù)，也可能來(lái)自數(shù)據(jù)總線(DB)或者累加器A。

對(duì)于使用單個(gè)來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)作為操作數(shù)尋址的指令，一個(gè)操作數(shù)(來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作數(shù))通過(guò)數(shù)據(jù)總線DB輸入到乘法器中，另一個(gè)操作數(shù)來(lái)自T寄存器、程序總線PB或累加器A。

對(duì)于使用兩個(gè)來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)作為操作數(shù)尋址的指令，操作數(shù)分別來(lái)自數(shù)據(jù)總線DB和CB。

對(duì)于FIRS指令、SQUR指令和SQDST指令，F(xiàn)IRS指令的輸入數(shù)據(jù)來(lái)自程序總線PB和累加器A，SQUR和SQDST指令的輸入數(shù)據(jù)均來(lái)自累加器A。

在乘法累加單元中，T寄存器可用于數(shù)據(jù)的臨時(shí)寄存，它可以為乘和乘法累加指令提供一個(gè)操作數(shù)，也可為具有并行裝載或者并行存儲(chǔ)的乘法指令(如LD||MAC、LD||MAS、

ST||MAC、ST||MAS和ST||MPY指令)提供一個(gè)操作數(shù)。用戶可以通過(guò)指令加載T寄存器的值，這些指令均支持存儲(chǔ)器映射寄存器尋址模式。為了提高一些指令的執(zhí)行效率，乘法累加單元允許將累加器A的32～16位作為乘法器的輸入。對(duì)于一些特殊應(yīng)用的指令如FIRS、SQDST、ABDST和

POLY指令，累加器A的值可以作為ALU的輸入，并且在輸入到乘法器中時(shí)不需要任何間斷。

2．乘法累加指令(MAC)

乘法累加指令(MAC)利用乘法累加單元可以同時(shí)對(duì)兩個(gè)操作數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)乘法累加單元的硬件并行結(jié)構(gòu)可以在單周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)算術(shù)操作。

在有兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作數(shù)的MAC、MAS和MACSU指令中，數(shù)據(jù)可以在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)通過(guò)數(shù)據(jù)總線CB和DB輸入到乘法器中，并且乘法累加單元可以在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行乘法運(yùn)算和累加運(yùn)算。這些操作數(shù)的地址由輔助寄存器算術(shù)運(yùn)算單元ARAU0和ARAU1產(chǎn)生。

在MACD和MACP指令中，兩個(gè)操作數(shù)在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)分別通過(guò)程序總線PB和數(shù)據(jù)總線DB輸入到乘法器中。當(dāng)MACD和MACP與重復(fù)指令(RPT和RPTZ)一起使用時(shí)，乘法累加單元可以在單周期內(nèi)執(zhí)行MAC操作，并且連續(xù)存取數(shù)據(jù)和系數(shù)。兩個(gè)操作數(shù)(一個(gè)是來(lái)自數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)，另一個(gè)是來(lái)自程序空間的系數(shù))的地址由輔助寄存器算術(shù)運(yùn)算單元(ARAU0)和程序地址寄存器(PAR)產(chǎn)生。在間接尋址模式下，輔助寄存器中的數(shù)據(jù)地址的更新由ARAU0完成，程序存儲(chǔ)器地址由程序地址生成單元(PAGEN)完成。

重復(fù)的MACD指令支持濾波器結(jié)構(gòu)(加權(quán)平均)。當(dāng)執(zhí)行乘法累加運(yùn)算時(shí)，為了在一定的數(shù)據(jù)空間地址范圍內(nèi)連續(xù)存放采樣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)需要在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中不斷地進(jìn)行移位，每次通過(guò)拋棄一個(gè)最早的采樣數(shù)據(jù)來(lái)為新的采樣數(shù)據(jù)留出存儲(chǔ)空間。

MAC和MACP指令采用循環(huán)尋址方式時(shí)也支持濾波器的實(shí)現(xiàn)。利用循環(huán)尋址方式，F(xiàn)IRS指令可實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的對(duì)稱的有限沖激響應(yīng)濾波器。

MPYU和MACSU指令對(duì)擴(kuò)展精度指令的算術(shù)操作進(jìn)行了簡(jiǎn)化。MPYU指令用于執(zhí)行無(wú)符號(hào)乘法，該指令的作用是將T寄存器中的無(wú)符號(hào)數(shù)與來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的無(wú)符號(hào)操作數(shù)相乘，并且將運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)于指定的累加器中。MACSU指令用于無(wú)符號(hào)操作數(shù)或符號(hào)操作數(shù)的乘法累加運(yùn)算，該指令的作用是將來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的無(wú)符號(hào)操作數(shù)與另外一個(gè)來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的符號(hào)操作數(shù)相乘，并將結(jié)果與指定的累加器的值相加以完成乘法累加運(yùn)算。該指令允許用戶將大于16位的數(shù)據(jù)分為16位數(shù)據(jù)分別進(jìn)行運(yùn)算，這樣可以對(duì)更大的數(shù)據(jù)進(jìn)行乘法累加運(yùn)算。平方和指令(SQURA)與平方差(SQURS)指令通過(guò)將同一數(shù)據(jù)作為乘法累加單元的輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的平方運(yùn)算，然后將指令的運(yùn)算結(jié)果與指定累加器的值相加(對(duì)平方和指令SQURA)或相減(對(duì)平方差指令SQURS)。

SQUR指令的輸入可以是來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作數(shù)或累加器A的值。

3．累加器的MAC和MAS溢出操作

當(dāng)溢出方式位OVM=1且小數(shù)模式位FRCT=1時(shí)，處理器工作方式狀態(tài)寄存器PMST中的乘法飽和方式位SMUL，用來(lái)決定是否在乘法累加運(yùn)算指令MAC和MAS執(zhí)行累加運(yùn)算前對(duì)乘法結(jié)果進(jìn)行飽和處理。用戶可以通過(guò)設(shè)置該位來(lái)定制乘法累加運(yùn)算的飽和運(yùn)算方式。這一特征使DSP的MAC和MAS指令滿足歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)ETSI指定的GSM標(biāo)準(zhǔn)中所定義的MAC和MAS的運(yùn)算要求。

當(dāng)乘法飽和方式位SMUL=1且溢出方式位OVM=1時(shí)，MAC指令等價(jià)于MPY+ADD。此時(shí)在小數(shù)模式下執(zhí)行乘法8000h×8000h時(shí)，在加操作(MAC)或減操作(MAS)之前，乘法結(jié)果為它的上飽和值7FFFFFFFh。

當(dāng)乘法飽和方式位SMUL=0時(shí)，乘法累加單元僅對(duì)乘法累加運(yùn)算的最終結(jié)果做飽和處理。

3.1.6比較、選擇和存儲(chǔ)單元(CSSU)

比較、選擇和存儲(chǔ)單元(CSSU)是一個(gè)具有特定用途的硬件單元，該模塊的主要功能是與算術(shù)邏輯單元(ALU)配合完成Viterbi解碼中的加法、比較和選擇(ACS)運(yùn)算。C54x系列DSP由于具有比較、選擇和存儲(chǔ)單元，因此可以方便地支持通信技術(shù)中解碼器和均衡器中各種Viterbi蝶形運(yùn)算算法。圖3-6給出了CSSU的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖3-6比較、選擇和存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)原理圖

3.1.7指數(shù)編碼器

指數(shù)編碼器是一個(gè)具有特定功能的硬件設(shè)備，該設(shè)備專門用于在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成指數(shù)編碼指令(EXP)。圖3-7給出了指數(shù)編碼器的功能原理框圖。EXP指令的主要功能是使累加器中的數(shù)字進(jìn)行指數(shù)編碼，即計(jì)算出累加器中數(shù)值的指數(shù)值并將其以2的補(bǔ)碼數(shù)的形式存儲(chǔ)于T寄存器中，其值的范圍為-8～31。利用該值對(duì)累加器值進(jìn)行移位處理時(shí)可以對(duì)其做歸一化處理。當(dāng)累加器的值超過(guò)32位時(shí)，指數(shù)編碼的計(jì)算結(jié)果是一個(gè)負(fù)數(shù)。

圖3-7指數(shù)編碼器的功能原理框圖

EXP指令和NORM指令可以配合起來(lái)利用指數(shù)編碼器完成累加器內(nèi)容的歸一化處理。EXP指令完成對(duì)累加器值的指數(shù)編碼并將指數(shù)值存儲(chǔ)于T寄存器中；NORM指令的作用是在1個(gè)周期內(nèi)以T寄存器中的值為移位位數(shù)對(duì)累加器中的值進(jìn)行移位操作。T寄存器中的負(fù)值表示將累加器中的內(nèi)容右移，這兩個(gè)指令可以對(duì)累加器中0～32位范圍內(nèi)的任何數(shù)值進(jìn)行歸一化處理。下面的例子給出了對(duì)累加器A中的數(shù)字進(jìn)行歸一化操作的匯編語(yǔ)言程序。

EXPA ;對(duì)累加器A中的數(shù)字進(jìn)行指數(shù)編碼并將指數(shù)值存儲(chǔ)于T寄存器中

STT,EXPONENT;將T寄存器中的指數(shù)值存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，用EXPONENT表示用戶指定的用于存儲(chǔ)指數(shù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址

NORMA ;按T寄存器的值對(duì)累加器中的數(shù)值進(jìn)行歸一化操作

3.2TMS320C54x的存儲(chǔ)空間

3.2.1存儲(chǔ)空間映射與存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間是處理器的地址系統(tǒng)所允許訪問(wèn)的最大地址范圍，是由處理器的總線結(jié)構(gòu)決定的。TMS320C54x系列DSP的總線結(jié)構(gòu)采用16位的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間分別進(jìn)行獨(dú)立編址，16位的總線決定了系統(tǒng)分別具有64K的程序空間、64K的數(shù)據(jù)空間和64K的I/O空間，共192K的尋址空間。一些型號(hào)的C54x系列DSP對(duì)總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)充，程序地址總線可達(dá)23位，最大可尋址8M的程序空間。

TMS320C54x系列DSP在片內(nèi)采用了多條并行的總線結(jié)構(gòu)，這允許用戶同時(shí)進(jìn)行程序空間讀操作、數(shù)據(jù)空間讀操作和數(shù)據(jù)空間寫操作，即DSP可在同一時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行4個(gè)不同的存儲(chǔ)器操作：一次取指、兩次讀操作和一次寫操作。

存儲(chǔ)器是用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的物理器件，用戶可根據(jù)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要為系統(tǒng)擴(kuò)展存儲(chǔ)器，并在存儲(chǔ)空間中給存儲(chǔ)器分配相應(yīng)的訪問(wèn)地址，此過(guò)程稱為存儲(chǔ)器的地址映射。一般來(lái)講，存儲(chǔ)器的容量可在存儲(chǔ)器空間許可的范圍內(nèi)由用戶任意進(jìn)行擴(kuò)展和映射，但其容量不能超過(guò)地址空間的限制，否則超出部分將無(wú)法進(jìn)行正常的訪問(wèn)。

TMS320C54x系列DSP均在片上集成了一定容量的存儲(chǔ)器，并允許用戶對(duì)片上存儲(chǔ)器的地址映射進(jìn)行一定程度的調(diào)整。當(dāng)片上集成的存儲(chǔ)器容量不夠系統(tǒng)的應(yīng)用要求時(shí)，用戶可以在DSP片外為系統(tǒng)擴(kuò)展存儲(chǔ)器，稱為外部存儲(chǔ)器。相對(duì)于外部存儲(chǔ)器來(lái)講，片上集成的存儲(chǔ)器一般具有以下特點(diǎn)：

●對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)一般具有更高的訪問(wèn)速度；

●片內(nèi)存儲(chǔ)器一般具有更低的能量消耗；

●

對(duì)片內(nèi)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)一般更為穩(wěn)定。

DSP系統(tǒng)允許用戶根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用要求在一定范圍內(nèi)將系統(tǒng)中各種存儲(chǔ)器映射到不同的地址空間。不同的存儲(chǔ)器類型(如RAM、ROM、EPROM和EEPROM)一般可以不受限制地根據(jù)用戶的需要映射到程序或數(shù)據(jù)空間。

TMS320C54x系列DSP中有三個(gè)狀態(tài)位可以影響存儲(chǔ)空間的地址映射，它們分別為MP/MC位、OVLY位和DROM位，其中MP/MC位的電平由DSP的MP/MC引腳的輸入電平?jīng)Q定，而OVLY位和DROM位是工作方式與狀態(tài)寄存器(PMST)的兩個(gè)狀態(tài)位，用戶可以根據(jù)需要通過(guò)配置這三個(gè)狀態(tài)位來(lái)定制存儲(chǔ)器空間的映射。這三個(gè)狀態(tài)位的功能如下所述。

(1)MP/MC：片內(nèi)ROM程序空間映射位。該位為0表示不將片內(nèi)ROM映射到程序空間；該位為1表示片內(nèi)ROM映射到程序空間。

(2)OVLY：片內(nèi)RAM程序空間映射位。該位為0表示不將片內(nèi)RAM映射到程序空間；該位為1表示片內(nèi)RAM映射到程序和數(shù)據(jù)空間。

(3)DROM：片內(nèi)ROM數(shù)據(jù)空間映射位。該位為0表示不將片內(nèi)ROM映射到數(shù)據(jù)空間；該位為1表示將部分片內(nèi)ROM映射到數(shù)據(jù)空間。

圖3-8TMS320C541的地址空間映射圖

圖3-9TMS320C542和TMS320C543的地址空間映射圖

圖3-10TMS320C545和TMS320C546的地址空間映射圖

圖3-11TMS320C548的地址空間映射圖

圖3-12TMS320C549的地址空間映射圖

圖3-13TMS320C548和TMS320C549的擴(kuò)展程序空間映射圖

圖3-14TMS320C5402的地址空間映射圖

圖3-15TMS320C5402的擴(kuò)展程序空間映射圖

圖3-16TMS320C5410的地址空間映射圖

圖3-17TMS320C5410的擴(kuò)展程序空間映射圖(OVLY=0)圖3-18TMS320C5410的擴(kuò)展程序空間映射圖(OVLY=1)圖3-19TMS320C5420的數(shù)據(jù)空間映射圖

圖3-20TMS320C5420的程序空間和I/O空間映射圖

3.2.2程序空間和程序存儲(chǔ)器

如前所述，TMS320C54x系列DSP一般具有64K～8M的程序?qū)ぶ房臻g，用戶可以根據(jù)不同型號(hào)DSP的程序空間地址分配情況將片上或外部存儲(chǔ)器映射到這一空間，以構(gòu)成系統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器。

TMS320C54x系列DSP一般片上都集成了一定容量的存儲(chǔ)器，處理器的工作方式與狀態(tài)寄存器PMST的兩個(gè)狀態(tài)位MP/MC和OVLY共同決定這些寄存器的地址映射方式，用戶可以在程序中通過(guò)指令來(lái)改變這兩個(gè)狀態(tài)位的設(shè)置，并在一定程度上對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行配置。具體情況讀者可參考3.2.1節(jié)中常見型號(hào)DSP的程序空間映射圖。

當(dāng)片內(nèi)的存儲(chǔ)器不夠或用戶需要使用外部的程序空間時(shí)，用戶可以利用DSP的外部總線接口在外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。在擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，用戶必須按照相應(yīng)型號(hào)DSP的程序空間映射圖中的地址分配方案來(lái)選擇外部存儲(chǔ)器在程序空間中的映射地址。

當(dāng)完成DSP系統(tǒng)的程序空間地址映射后，處理器即可自動(dòng)對(duì)用戶所使能的地址范圍進(jìn)行尋址。

當(dāng)程序地址生成器(PAGEN)發(fā)出的地址處于用戶所配置的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的地址范圍時(shí)，處理器會(huì)通過(guò)總線直接在片內(nèi)尋址訪問(wèn)；當(dāng)PAGEN發(fā)出的地址處于用戶所配置的片外程序存儲(chǔ)器的地址范圍時(shí)，處理器會(huì)自動(dòng)通過(guò)外部接口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。

為了提高處理器訪問(wèn)存儲(chǔ)器的效率，DSP將片內(nèi)ROM存儲(chǔ)器細(xì)分為若干塊，這樣的分塊結(jié)構(gòu)允許處理器在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從一個(gè)塊內(nèi)取指，同時(shí)在另一個(gè)塊內(nèi)讀取數(shù)據(jù)。具體片內(nèi)ROM的分塊方案如圖3-21所示。

圖3-21片內(nèi)ROM的分塊方案圖

3.2.3數(shù)據(jù)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

TMS320C54x系列DSP具有64K的數(shù)據(jù)尋址空間，用戶可以根據(jù)不同型號(hào)DSP的數(shù)據(jù)空間地址的分配情況，將片上或外部的存儲(chǔ)器映射到這一空間，以構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

TMS320C54x系列DSP一般片上都集成了一定容量不同類型的存儲(chǔ)器，如DARAM存儲(chǔ)器、SARAM存儲(chǔ)器和ROM存儲(chǔ)器等，DARAM和SARAM一般均映射到數(shù)據(jù)空間(用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置使其部分映射到程序空間，但同時(shí)它們?nèi)詴?huì)被映射到數(shù)據(jù)空間)，用戶可以通過(guò)設(shè)置處理器的工作方式與狀態(tài)寄存器PMST的狀態(tài)位DROM來(lái)改變ROM的映射方式。當(dāng)DROM=0時(shí)，ROM不會(huì)被映射到數(shù)據(jù)空間；當(dāng)DROM=1時(shí)，ROM被映射到數(shù)據(jù)空間，具體地址映射情況讀者可以參考相應(yīng)型號(hào)DSP的數(shù)據(jù)空間映射圖。

當(dāng)片內(nèi)的存儲(chǔ)器不夠或用戶需要使用外部的數(shù)據(jù)空間時(shí)，用戶可以利用DSP的外部總線接口在外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，用戶必須按照相應(yīng)型號(hào)DSP的數(shù)據(jù)空間映射圖中的地址分配方案來(lái)選擇外部存儲(chǔ)器在數(shù)據(jù)空間中的映射地址。

當(dāng)完成DSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)空間地址映射后，處理器即可自動(dòng)對(duì)用戶所使能的地址范圍進(jìn)行尋址。當(dāng)處理器按照指令的要求發(fā)出數(shù)據(jù)空間尋址時(shí)，若地址處于用戶所配置的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍，則處理器會(huì)通過(guò)總線直接在片內(nèi)尋址訪問(wèn)；若處理器發(fā)出的地址處于用戶所配置的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍，則處理器會(huì)自動(dòng)通過(guò)外部接口來(lái)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

另外，由于存儲(chǔ)器映射的寄存器、外圍電路寄存器和暫存器等均被映射到數(shù)據(jù)空間，需要占用部分的數(shù)據(jù)空間，因此用戶不能使用被占用的地址范圍。具體的地址范圍讀者可以參考相關(guān)型號(hào)DSP的說(shuō)明書。

對(duì)數(shù)據(jù)ROM的單操作數(shù)尋址包括32位長(zhǎng)字操作數(shù)尋址，DSP在單個(gè)周期內(nèi)就可以完成。在雙操作數(shù)尋址時(shí)，如果操作數(shù)被存儲(chǔ)在同一塊內(nèi)，則只需一個(gè)周期即可。關(guān)于ROM的分塊問(wèn)題與3.2.2節(jié)中的劃分方法相同。

為了提高處理器訪問(wèn)存儲(chǔ)器的效率，DSP將片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器細(xì)分為若干塊，這樣的分塊結(jié)構(gòu)允許處理器在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從一個(gè)塊內(nèi)取出兩個(gè)操作數(shù)，并將數(shù)據(jù)寫入到另一個(gè)塊中。具體片內(nèi)RAM的分塊方案如圖3-22所示。

圖3-22片內(nèi)RAM的分塊方案圖

3.2.4I/O空間

為了方便用戶對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行訪問(wèn)，DSP定義了專門的I/O空間，該空間獨(dú)立于程序空間和數(shù)據(jù)空間，具有64K的尋址范圍，用戶可以將外部設(shè)備端口映射到該空間。用戶可以在程序中利用外部總線對(duì)I/O空間進(jìn)行訪問(wèn)。

由于I/O空間獨(dú)立于程序空間和數(shù)據(jù)空間編址，因此對(duì)此空間的訪問(wèn)需要有專門的指令。

在DSP的指令集中，

PORTR(端口讀)和PORTW(端口寫)是專門用于訪問(wèn)I/O空間的指令。

3.2.5程序和數(shù)據(jù)的安全

在現(xiàn)代電子技術(shù)中，軟件技術(shù)逐漸成為產(chǎn)品的核心技術(shù)，因此系統(tǒng)中程序和數(shù)據(jù)的安全就顯得十分重要。TMS320C54x系列DSP產(chǎn)品考慮了系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題。應(yīng)用系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)安全主要來(lái)自兩個(gè)方面的威脅：一是人為對(duì)程序和數(shù)據(jù)的非正常訪問(wèn)；二是非人為因素對(duì)程序和數(shù)據(jù)的非正常訪問(wèn)和破壞。DSP系統(tǒng)的安全機(jī)制是通過(guò)對(duì)非正常訪問(wèn)的阻止來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

TMS320C54x系列DSP的程序和數(shù)據(jù)的安全機(jī)制分為兩種方式：ROM安全方式和ROM/RAM安全方式。

(1)ROM安全方式是通過(guò)阻止對(duì)ROM的非正常訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這種方式下，系統(tǒng)允許來(lái)自片上ROM的指令通過(guò)尋址ROM來(lái)讀取指令或數(shù)據(jù)，禁止來(lái)自片上RAM和外部存儲(chǔ)器的指令對(duì)ROM的訪問(wèn)，而對(duì)RAM未采用保護(hù)措施，用戶可以自由地訪問(wèn)。這種方式阻止了來(lái)自片上RAM和外部空間的指令對(duì)ROM的訪問(wèn)。

(2)ROM/RAM安全方式是通過(guò)阻止對(duì)ROM和RAM的非正常訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這種方式下，系統(tǒng)允許來(lái)自片上ROM和片上RAM的指令通過(guò)尋址ROM和RAM來(lái)讀取指令或數(shù)據(jù)，而禁止來(lái)自外部存儲(chǔ)器的指令對(duì)ROM和RAM的訪問(wèn)，這種方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)ROM和RAM的保護(hù)。當(dāng)來(lái)自外部存儲(chǔ)器的指令訪問(wèn)ROM或RAM時(shí)，將返回一個(gè)無(wú)效的數(shù)據(jù)(0FFFFh)。這種方式阻止了來(lái)自外部空間的指令對(duì)ROM和RAM的訪問(wèn)。

3.3TMS320C54x的片上外設(shè)

3.3.1通用數(shù)字I/O引腳

1．輸入引腳BIO

TMS320C54x系列DSP具有一個(gè)數(shù)字輸入引腳，標(biāo)記為BIO，該引腳的狀態(tài)可以控制程序的執(zhí)行，因此也稱為分支轉(zhuǎn)移控制輸入引腳。在DSP軟件系統(tǒng)中，控制程序分支的方法主要有兩種：一是通過(guò)指令中的條件來(lái)控制；二是由輸入引腳BIO的數(shù)字狀態(tài)來(lái)控制。利用輸入引腳BIO的數(shù)字狀態(tài)來(lái)控制程序分支具有更好的實(shí)時(shí)性，在時(shí)間要求苛刻的循環(huán)中，程序的分支判斷不允許受到干擾，此時(shí)可根據(jù)BIO引腳的狀態(tài)(即與該引腳相連的外部設(shè)備的狀態(tài))來(lái)決定程序的執(zhí)行。例如下面的指令：

XC2，

BIO該指令執(zhí)行時(shí)首先判斷BIO引腳的狀態(tài)(即與該引腳相連的外部設(shè)備的狀態(tài))，并根據(jù)此引腳的狀態(tài)決定程序的執(zhí)行行為。當(dāng)BIO引腳為低電平時(shí)，程序繼續(xù)執(zhí)行該指令后的1條雙字指令或2條單字指令；否則，當(dāng)BIO引腳為高電平時(shí)，程序?qū)?zhí)行兩條NOP指令而跳過(guò)該指令后的1條雙字指令或2條單字指令，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)程序執(zhí)行流程的控制。

2．外部標(biāo)志輸出引腳XF

TMS320C54x系列DSP具有一個(gè)數(shù)字輸出引腳，標(biāo)記為XF，該引腳可在程序的控制下輸出特定的電平狀態(tài)。通過(guò)該引腳，用戶可以向與之相連的外部設(shè)備發(fā)送一定的信息，因此該設(shè)備也稱為外部標(biāo)志引腳。用戶可通過(guò)如下的兩個(gè)指令來(lái)設(shè)置該引腳的電平狀態(tài)：

SSBXXF

RSBXXF其中，SSBX指令的作用是置位輸出引腳XF，即通過(guò)該引腳向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)字電平1；RSBX指令的作用是復(fù)位輸出引腳XF，即通過(guò)該引腳向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)字電平0。

由于輸出引腳XF的電平變化是通過(guò)程序指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此由指令取指到XF引腳的電平發(fā)生變化需要一定的時(shí)間。圖3-23給出了XF引腳電平狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)序圖。

圖3-23XF引腳電平狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)序圖

3.3.2定時(shí)器

1．定時(shí)器的基本原理

TMS320C54x系列DSP片上集成了通用的硬件定時(shí)器，該通用定時(shí)器可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘(CPUclock)的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)操作。用戶可以通過(guò)程序來(lái)設(shè)定定時(shí)器的定時(shí)長(zhǎng)度，到達(dá)定時(shí)時(shí)間時(shí)，定時(shí)器可以產(chǎn)生定時(shí)器輸出(TOUT)，并同時(shí)定時(shí)地產(chǎn)生定時(shí)器中斷(TINT)。TMS320C54x系列DSP片上集成的通用定時(shí)器的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-24所示。

圖3-24通用定時(shí)器的結(jié)構(gòu)原理圖

2．定時(shí)器的寄存器

定時(shí)器模塊中主要有3個(gè)寄存器，它們分別是定時(shí)器寄存器(TIM)、定時(shí)器周期寄存器(PRD)和定時(shí)器控制寄存器(TCR)。定時(shí)器的主要功能也是由這三個(gè)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器寄存器(TIM)是一個(gè)對(duì)輸入時(shí)鐘計(jì)數(shù)的減1計(jì)數(shù)器，是定時(shí)器計(jì)數(shù)操作的執(zhí)行者；定時(shí)器周期寄存器(PRD)用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的定時(shí)周期，也稱為時(shí)間常數(shù)；定時(shí)器控制寄存器

(TCR)是定時(shí)器中的狀態(tài)和控制寄存器，用于存儲(chǔ)與定時(shí)器相關(guān)的狀態(tài)和控制信息，定時(shí)器預(yù)定標(biāo)計(jì)數(shù)器(PSC)和定時(shí)器分頻系數(shù)(TDDR)就是TCR中的位。這3個(gè)寄存器在數(shù)據(jù)空間的映射地址分別為0024h、0025h和0026h。

定時(shí)器控制寄存器(TCR)的結(jié)構(gòu)如下：

●位15～12：保留位?！?/p>

位11～10：軟件仿真設(shè)置位，這兩位決定了系統(tǒng)在調(diào)試環(huán)境中遇到用戶設(shè)置的斷點(diǎn)時(shí)定時(shí)器的工作狀態(tài)。這兩位為00表示一旦仿真掛起，立即停止；這兩位為01表示一旦仿真掛起，在完成當(dāng)前計(jì)數(shù)周期后停止；這兩位為10表示定時(shí)器操作與仿真掛起無(wú)關(guān)；這兩位為11表示定時(shí)器操作與仿真掛起無(wú)關(guān)。

●位9～6：定時(shí)器預(yù)定標(biāo)計(jì)數(shù)器。這是一個(gè)4位的減1計(jì)數(shù)器，當(dāng)啟動(dòng)定時(shí)器時(shí)，用TDDR的值作為初始值加載PSC，PSC立即開始對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。當(dāng)PSC的值由TDDR的值減到0后，PSC向TIM發(fā)出定時(shí)輸出信號(hào)并復(fù)位。復(fù)位時(shí)重新加載TDDR的值作為初始值，并開始新一輪的計(jì)數(shù)。

●

位5：定時(shí)器重新加載位。該位用來(lái)復(fù)位該定時(shí)器。當(dāng)該位置1時(shí)，復(fù)位定時(shí)器。復(fù)位時(shí)，以PRD的值作為初始值加載TIM，以TDDR的值作為初始值加載PSC。讀該位時(shí)結(jié)果總為0。

●位4：定時(shí)器啟動(dòng)停止位。該位用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。在定時(shí)器復(fù)位時(shí)，該位為0，即立即啟動(dòng)定時(shí)器。該位為0時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器；該位為1時(shí)，停止定時(shí)器。

●

位3～0：定時(shí)器分頻系數(shù)。該位用于用戶設(shè)置PSC的計(jì)數(shù)初值，用戶可以通過(guò)該位的設(shè)置來(lái)改變定時(shí)器對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻系數(shù)。當(dāng)PSC的值減到0后，TDDR的值被作為初始值加載到PSC中。

3．定時(shí)器的基本操作

定時(shí)器控制寄存器(TCR)中各位存放了全部用于控制定時(shí)器和表示定時(shí)器狀態(tài)的信息，因此對(duì)定時(shí)器的基本操作就是通過(guò)對(duì)該寄存器的訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1)定時(shí)器的定時(shí)周期設(shè)置

由定時(shí)器的工作原理可知，定時(shí)器的定時(shí)周期決定于三個(gè)因素：定時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘、定時(shí)器分頻系數(shù)(TDDR)的值和定時(shí)器周期寄存器(PRD)的值。定時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘對(duì)具體的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)講是確定的，一般為系統(tǒng)時(shí)鐘(CPUclock)或外部時(shí)鐘(CLKOUT)。定時(shí)器分頻系數(shù)(TDDR)的值和定時(shí)器周期寄存器(PRD)的值可由用戶設(shè)定，因此用戶可以通過(guò)設(shè)置這兩個(gè)寄存器的值來(lái)改變定時(shí)器的定時(shí)周期。

定時(shí)器分頻系數(shù)(TDDR)占用了定時(shí)器控制寄存器(TCR)的4位，因此其值的范圍為0～24；定時(shí)器周期寄存器(PRD)是16位的寄存器，其設(shè)置值的范圍為0～216。用戶可以通過(guò)程序在上述范圍內(nèi)設(shè)定它們的值來(lái)獲得不同的定時(shí)周期。

用戶設(shè)定定時(shí)器分頻系數(shù)(TDDR)的值和定時(shí)器周期寄存器(PRD)的值以后，定時(shí)器的定時(shí)周期為

定時(shí)周期

=時(shí)鐘周期

×(TDDR+1)×(PRD+1)

2)定時(shí)器的啟動(dòng)和停止

定時(shí)器控制寄存器(TCR)的第四位TSS是定時(shí)器的啟動(dòng)和停止位，

該位用于控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止，用戶可以通過(guò)訪問(wèn)該位來(lái)進(jìn)行定時(shí)器的啟動(dòng)和停止操作。當(dāng)需要停止定時(shí)器時(shí)，通過(guò)程序設(shè)置TSS位為1，這樣可以切斷定時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，定時(shí)器將停止計(jì)數(shù)；當(dāng)需要啟動(dòng)定時(shí)器時(shí)，通過(guò)程序設(shè)置TSS位為0，這樣可以恢復(fù)定時(shí)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入，定時(shí)器將啟動(dòng)計(jì)數(shù)。在定時(shí)器復(fù)位時(shí)，該位為0，即立即啟動(dòng)定時(shí)器。

3)讀寄存器

用戶可以通過(guò)程序讀取定時(shí)器寄存器(TIM)和定時(shí)器控制寄存器(TCR)的當(dāng)前值來(lái)獲取定時(shí)器當(dāng)前的計(jì)數(shù)狀態(tài)，如當(dāng)前計(jì)數(shù)值和當(dāng)前的預(yù)分頻系數(shù)等信息。

在進(jìn)行定時(shí)測(cè)量時(shí)，用戶可以通過(guò)讀定時(shí)器寄存器(TIM)來(lái)獲取當(dāng)前的計(jì)數(shù)值，以確定計(jì)數(shù)時(shí)間，但這樣對(duì)時(shí)間的測(cè)量分辨率應(yīng)為[時(shí)鐘周期

×(TDDR+1)]。如果需要更精確的定時(shí)測(cè)量，用戶可以同時(shí)讀取定時(shí)器寄存器(TIM)和定時(shí)器控制寄存器(TCR)的PSC位，這樣時(shí)間測(cè)量的分辨率可以達(dá)到定時(shí)器工作的時(shí)鐘周期。由于讀這兩個(gè)寄存器需要兩條指令，定時(shí)器的持續(xù)工作將使兩次讀寄存器時(shí)讀數(shù)發(fā)生變化，因此在讀這兩個(gè)值之前用戶需要在程序中通過(guò)定時(shí)器的停止操作來(lái)停止其計(jì)數(shù)操作。

4)定時(shí)器的初始化操作

用戶在啟動(dòng)定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)操作之前，需要對(duì)定時(shí)器進(jìn)行必要的設(shè)置，這一過(guò)程稱為定時(shí)器的初始化。定時(shí)器初始化的一般過(guò)程如下：

(1)先將TCR中的TSS位置1，以停止定時(shí)器操作；

(2)根據(jù)需要的定時(shí)周期加載適當(dāng)?shù)腜RD值；

(3)重新加載TCR(設(shè)置適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)器分頻系數(shù)值使TDDR初始化，令TSS位為0以恢復(fù)計(jì)數(shù)時(shí)鐘，將TRB位設(shè)置為1以便TIM減到0后重新加載定時(shí)器的定時(shí)周期值到TIM)。

若用戶需要采用定時(shí)器中斷信號(hào)，則在初始化定時(shí)器時(shí)應(yīng)使能定時(shí)器中斷，具體過(guò)程如下：

(1)將中斷標(biāo)志寄存器(IFR)中的TINT位置1，清除尚未完成的定時(shí)器中斷；

(2)將中斷屏蔽寄存器(IMR)中的TINT位置1，開放定時(shí)器中斷；

(3)將系統(tǒng)狀態(tài)寄存器ST1中的INTM位清0，在總體上開放可屏蔽中斷。

下面給出了一個(gè)采用匯編語(yǔ)言編寫的定時(shí)器初始化的程序?qū)嵗?/p>

STM#0010h，TCR ；TSS=1，停止定時(shí)器

STM#007Fh，PRD ；按照需要的定時(shí)周期長(zhǎng)度設(shè)定PRD的值

STM#0C29h，TCR ；按照需要設(shè)置TCR的值，本例中，TDDR=9h，TSS=0以；啟動(dòng)定時(shí)器，TRB=1以使TIM減到0后重新加載定時(shí)器；的定時(shí)周期值到TIM，soft=1，F(xiàn)ree=1以使定時(shí)器在調(diào)試時(shí)遇到斷點(diǎn)后繼續(xù)執(zhí)行

STM#0008h，IFR ；清除尚未完成的定時(shí)器中斷

STM#0008h，IMR ；開放定時(shí)器中斷

RSBXINTM ；INTM=0，在總體上開放可屏蔽中斷

3.3.3時(shí)鐘發(fā)生器電路

1．硬件配置的鎖相環(huán)(PLL)電路

所謂硬件配置的鎖相環(huán)(PLL)電路，就是指通過(guò)設(shè)置DSP的CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3三個(gè)引腳的狀態(tài)來(lái)選擇相應(yīng)的時(shí)鐘方式。其時(shí)鐘方式的配置方法如表3-3所示。

表3-3硬件配置的鎖相環(huán)電路時(shí)鐘方式的配置方法

2．軟件可編程的鎖相環(huán)(PLL)電路

軟件可編程的鎖相環(huán)(PLL)電路相對(duì)于硬件配置方式來(lái)講具有更高的靈活性。它的時(shí)鐘定標(biāo)器提供更多種類的時(shí)鐘乘法器系數(shù)，并能直接接通和關(guān)閉鎖相環(huán)電路。PLL的鎖定定時(shí)器可以延遲切換到PLL方式，直到鎖定為止。

軟件可編程的鎖相環(huán)(PLL)電路可以工作在PLL方式和DIV(分頻器)方式兩種工作方式下，用戶可以通過(guò)程序來(lái)設(shè)定鎖相環(huán)電路的工作方式。

(1)PLL方式。在該方式下，時(shí)鐘電路通過(guò)PLL電路來(lái)完成對(duì)CLKIN信號(hào)的頻率變換，以獲得DSP所需要的時(shí)鐘頻率。PLL電路可提供0.25～15共31種不同的變頻系數(shù)。

(2)DIV(分頻器)方式。該方式下，時(shí)鐘電路將關(guān)閉包括PLL電路在內(nèi)的所有時(shí)鐘部分的模擬電路，而通過(guò)分頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CLKIN信號(hào)的1/2分頻或1/4分頻。這樣可使時(shí)鐘電路的功耗達(dá)到最低。

在軟件可編程的鎖相環(huán)(PLL)電路中，時(shí)鐘電路的配置不再完全由DSP的CLKMD1、

CLKMD2和CLKMD3三個(gè)引腳的狀態(tài)來(lái)決定，而是在DSP中有專門用于鎖相環(huán)電路設(shè)置的寄存器，用戶可以在程序中通過(guò)訪問(wèn)該寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘電路的配置。

時(shí)鐘方式寄存器(CLKMD)是一個(gè)16位的寄存器，映射在數(shù)據(jù)空間的地址為58h，用戶可以通過(guò)訪問(wèn)該寄存器來(lái)設(shè)置時(shí)鐘電路的工作方式。該寄存器的主要結(jié)構(gòu)如下：

●位15～12：PLL乘數(shù)位。該位的值與PLLDIV、PLLNDIV一起決定PLL電路的頻率乘數(shù)，具體見表3-4。

●位11：PLL除數(shù)位。該位的值與PLLMUL、PLLNDIV一起決定PLL電路的頻率乘數(shù)，具體見表3-4。

●位10～3：PLL計(jì)數(shù)器。PLL計(jì)數(shù)器是一個(gè)8位的減1計(jì)數(shù)器，每16個(gè)輸入時(shí)鐘

CLKIN到來(lái)后該計(jì)數(shù)器減1。用戶發(fā)出啟動(dòng)鎖相環(huán)電路的指令到鎖相環(huán)電路鎖相穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，為保證時(shí)鐘的穩(wěn)定度，DSP系統(tǒng)在用戶發(fā)出啟動(dòng)鎖相環(huán)電路的指令后延遲一段時(shí)間，待鎖相環(huán)電路完成鎖相后將鎖相環(huán)電路的輸出作為系統(tǒng)時(shí)鐘加到DSP上。該計(jì)數(shù)器的作用就是為了控制這一段延遲時(shí)間的長(zhǎng)度，用戶可以通過(guò)設(shè)定該計(jì)數(shù)器的初始值來(lái)控制這一延遲時(shí)間的長(zhǎng)短。

●位2：PLL電路啟動(dòng)停止位。該位的值與PLLNDIV一起決定PLL電路的啟動(dòng)和停止，具體見表3-5。

●位1：PLL時(shí)鐘發(fā)生器工作方式選擇位。該位用來(lái)決定時(shí)鐘發(fā)生器的工作方式，該位影響時(shí)鐘電路的頻率乘數(shù)和PLL電路的啟動(dòng)停止設(shè)置，具體見表3-4和表3-5。該位為0表示時(shí)鐘電路采用分頻器(DIV)方式；該位為1表示時(shí)鐘電路采用PLL方式。

●

位0：PLL時(shí)鐘發(fā)生器工作狀態(tài)位。該位是只讀位，該位反映時(shí)鐘發(fā)生器的工作方式，用戶可以在程序中通過(guò)讀取該位來(lái)判斷PLL電路當(dāng)前所處的工作方式。該位為0表示時(shí)鐘電路當(dāng)前處于分頻器(DIV)方式；該位為1表示時(shí)鐘電路當(dāng)前處于PLL方式。

表3-4PLL乘數(shù)表

表3-5PLL電路的啟動(dòng)和停止方式

表3-6軟件可編程的鎖相環(huán)電路復(fù)位后的時(shí)鐘電路工作方式

在設(shè)定時(shí)鐘方式寄存器(CLKMD)的值時(shí)，用戶需要設(shè)定該寄存器中PLLCOUNT的值來(lái)控制進(jìn)入PLL方式的延遲時(shí)間。這需要估計(jì)鎖相環(huán)電路的鎖定時(shí)間，該時(shí)間與鎖相環(huán)電路的輸出時(shí)鐘信號(hào)頻率CLKOUT有關(guān)，用戶可以利用圖3-25根據(jù)CLKOUT的頻率值來(lái)估計(jì)鎖相環(huán)電路的鎖定時(shí)間。

圖3-25鎖相環(huán)電路的鎖定時(shí)間估計(jì)圖

通過(guò)圖3-25估計(jì)出鎖相環(huán)電路的鎖定時(shí)間后，用戶就可以根據(jù)這一時(shí)間要求來(lái)設(shè)置合適的PLL計(jì)數(shù)器(PLLCOUNT)的值。PLLCOUNT是一個(gè)8位的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器值的范圍為0～255。該計(jì)數(shù)器對(duì)輸入時(shí)鐘CLKIN進(jìn)行計(jì)數(shù)，每來(lái)16個(gè)CLKIN時(shí)鐘進(jìn)行一次減1計(jì)數(shù)，因此，可以設(shè)定的延遲時(shí)間的范圍為0～255×16×CLKIN的周期。根據(jù)需要的延遲時(shí)間，PLLCOUNT的設(shè)定值應(yīng)滿足：

其中，TCLKIN表示輸入時(shí)鐘CLKIN的周期。

例如，需要將DSP由DIV方式轉(zhuǎn)為PLL工作方式，已知輸入的CLKIN時(shí)鐘頻率為10MHz，需要的DSP核心頻率為40MHz，因此需要采用的PLL乘系數(shù)為4。所以可設(shè)置PLLMUL=0011，PLLDIV=0，PLLNDIV=1來(lái)選定PLL×4的工作方式。由CLKOUT=10×4=40MHz可在圖3-25中查得，PLLCOUNT應(yīng)設(shè)置為00101001，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)為41。這樣可通過(guò)以下指令將DSP轉(zhuǎn)為PLL工作方式：

STM#314Fh，

CLKMD3.3.4主機(jī)接口(HPI)

圖3-26主機(jī)接口(HPI)的結(jié)構(gòu)原理框圖

1．主機(jī)接口(HPI)的組成

由圖3-26可以看出，主機(jī)接口是一個(gè)8位的并行口，它主要由以下5個(gè)部分組成。

(1)HPI存儲(chǔ)器。HPI接口具有一個(gè)2K字大小的DARAM存儲(chǔ)器，主要用于主機(jī)和DSP之間的數(shù)據(jù)交換，主機(jī)可以通過(guò)HPI接口訪問(wèn)該存儲(chǔ)器，DSP也可直接訪問(wèn)該存儲(chǔ)器，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)和DSP之間的數(shù)據(jù)交換。該存儲(chǔ)器也可被DSP用做通用的雙尋址數(shù)據(jù)RAM(當(dāng)被映射到數(shù)據(jù)空間時(shí))和程序RAM(當(dāng)被映射到程序空間時(shí))。

(2)HPI地址寄存器(HPIA)。該寄存器用于存儲(chǔ)主機(jī)當(dāng)前訪問(wèn)HPI存儲(chǔ)器的尋址地址，主機(jī)通過(guò)該寄存器來(lái)提供對(duì)HPI存儲(chǔ)器的訪問(wèn)地址。只有主機(jī)可以訪問(wèn)該寄存器，DSP無(wú)權(quán)訪問(wèn)該寄存器。

(3)HPI數(shù)據(jù)鎖存器(HPID)。該寄存器是主機(jī)和HPI存儲(chǔ)器之間的橋梁，主機(jī)對(duì)HPI存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀/寫是通過(guò)對(duì)該寄存器的讀/寫來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)主機(jī)從HPI存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)，HPI接口先按主機(jī)提供的訪問(wèn)地址將相應(yīng)的數(shù)據(jù)放到HPID中，然后主機(jī)從