DSP 应用技术二,二 TMS320C2000处理器,2.1 TMS320C2000各系列DSP概述 2.2 芯片内部结构 2.3 常规外部引脚 2.4 程序控制 2.5 中断控制 2.6 存储器与I/O空间 2.7 片内外设,2.1 TMS320C2000概述,TMS320C2000系列DSP集微控制器和高性能DSP的特点于一身，具有强大的控制和信号处理能力，能够实现复杂的控制算法。,DSP芯片上整合了FLASH存储器、快速的AD转换器、增强的CAN模块、时间管理器、正交编码电路接口、多通道缓冲串口等外设。,强大的数据处理功能和控制功能可以大幅度提高应用效率、降低功耗。,TMS320C28x是工业控制领域第一款32bit的最高性能DSP芯片，内部集成了可编程Flash、RAM以及丰富的外设，指令速度可达150MIPS，可以为不同控制领域提供高性能的解决方案。,应用：数字马达控制，数字电源，高级传感器，汽车电子，医疗电子，消费市场,TMS320LF24x系列DSP为工业不同应用平台设计提供了最基本的解决方案。片上集成了多种外设，包括CAN总线，PWM控制器等。最高指令速度可达40MIPS，是业界最小的基于DSP的控制芯片。,应用：工业自动化，功率转换，测量测试，办公设备，传感器，消费电子,C28x与C24x的性能比较,2.2 TMS320C2000内部结构,TMS320C2000系列DSP芯片采用改进的哈佛结构，其程序总线存储器和数据存储器分别独立，有各自的总线结构，并允许互访。,TMS320C2000系列DSP芯片有3个主要组成部分：中央处理单元、存储器、片内外设。同一系列DSP都采用相同的中央处理单元、总线结构和指令集。但片内存储器以及外设有所区别。,TMS320C240x 内部结构框图,2.2.1 中央处理单元,32位中央算术逻辑单元（CALU） 32位累加器（ACC） 输入数据定标移位部分（Input Scaling Section） 1616位的乘法器（MUL） 辅助算术单元（ALAU） 状态寄存器（ST0 & ST1）,1. 中央算术逻辑部分,中央算术逻辑部分,中央算术逻辑单元 CALU,累加器 ACC,输出数据定标移位器 Output Scaling Section,中央算术逻辑单元CALU 功能：进行各种算术逻辑运算，包括16位加减、布尔逻辑操作、位测试、移动和循环。 特点：大部分运算只需一个时钟周期。,累加器ACC（32bit） 功能：存放CALU的操作结果，并可对其进行单比特移动或循环。将结果输出到中央算术单元或输出数据定标移位器。 与累加器相关联的状态位有溢出模式位、溢出标志位、进位位和测试控制标志位。分别影响ST0和ST1状态寄存器。这些标志位反映了ACC的运算过程。,输出数据定标移位器Output Scaling Section 功能：将累加器的32位值进行左移07位，然后将移位器中的高位字(用SACH指令)或低位字(用SACL指令)保存到数据存储器，而累加器的内容保持为移位前的值不变。 移位方法：均左移，移位时高位丢失，低位补0。,3 C F 0 F A 0 5 累加器：0011 1100 1111 0000 1111 1010 0000 0101,左移位后移位器：0011 1100 0011 1110 1000 0001 0100 0000 3 C 3 E 8 1 4 0,存储单元 16bit,SACH ADDR1,SACL ADDR2,2. 输入定标部分,功能：将来自存储器的16位数据左移016位变成32位送往中央算术逻辑单元(CALU)。 移位方法：均进行左移，左移后，低位LSB用0填入；没有使用的高位MSB根据状态寄存器ST1的符号扩展模式位SXM决定： 当SXM0，用0填入； 当SXM1，符号扩展。,SXM0,SXM1,3. 乘法部分,功能：在一个时钟周期内完成16位有符号或无符号乘法，乘积32位。 乘法器将来自16位数据存储器（或程序存储器）的值与16位TREG寄存器的值相乘，运算结果送到32位PREG乘积寄存器中。,乘积移位器将PREG中的乘积移位后，全部32位送到CALU，或将结果的16位存到数据存储单元。移位后PREG的值不变。 移位模式取决于状态寄存器ST1中的乘积移位模式位PM。,C24x乘法器,Step1：TREG赋值,Step2：完成乘法,4. 辅助寄存器算术单元ARAU 对8个16位的辅助寄存器（AR7AR0）执行算术操作，该操作可与CALU中的操作并行执行。,功能,为间接寻址提供地址,寻址功能,运算功能,1.将辅助寄存器内容的值加、减一个数值 2.将AR0的内容与当前内容进行比较 3.辅助寄存器可用做暂存单元和软件计数器,5. 状态寄存器,状态寄存器ST0,状态寄存器ST1,注：R表示可读，W表示可写，x表示复位后的值,2.2.2 系统配置寄存器,TMS320C20x芯片没有系统配置寄存器。 TMS320C240x的系统配置寄存器包括系统控制和状态寄存器SCSR1，SCSR2。这两个寄存器均为存储器映射寄存器，分别对240x的系统信号和片内外设模块进行选择配置。,系统控制和状态寄存器SCSR1,CLKSRC. CLKOUT pin source select 0 CLKOUT pin has CPU Clock as the output 1 CLKOUT pin has Watchdog clock as the output CLKPS2 CLKPS1 CLKPS0 System Clock Frequency 0 0 0 4 x Fin 0 0 1 2 x Fin 0 1 0 1.33 x Fin 0 1 1 1 x Fin 1 0 0 0.8 x Fin 1 0 1 0.66 x Fin 1 1 0 0.57 x Fin 1 1 1 0.5 x Fin,注解：,系统控制和状态寄存器SCSR2,Bits 10 SARAM Program / Data Space Select DON PON SARAM status 0 0 SARAM not mapped (disabled), address space allocated to external memory 0 1 SARAM mapped internally to Program space 1 0 SARAM mapped internally to Data space 1 1 SARAM block mapped internally to both Data and Program spaces. (default or reset value),2.2.3 总线结构,C2000总线结构特点如下：,(1) 采用各自独立的数据地址总线分别用于数据读(DBAB)和数据写(DWAB)，因此CPU的读写可在一个周期内进行；,(2) 独立的程序空间和数据空间允许CPU同时访问程序指令和数据。,2.3 引脚和信号说明,事件管理器A、B 模数转换器ADC CAN，异步串行口SCI，同步串行口SPI 外部中断，时钟 振荡器，PLL，FLASH，引导程序 仿真与测试 地址、数据和存储器控制信号 电源和地,外部中断，时钟,振荡器、PLL、FLASH、引导程序,仿真和测试(JTAG),地址、数据和存储器控制,READY (input) ：外设准备好信号。低电平表示DSP总线需要延长一个总线周期进行读写。,A0A15：16位地址线 D0D15：16位数据线,2.4 程序控制,程序地址的产生 转移、调用和返回指令 重复指令,程序地址产生框图,程序地址产生框图,2.4.1 程序地址产生,1. 程序计数器 程序地址产生逻辑利用16位的程序计数器PC对内部和外部程序存储器寻址，PC中存放将被执行的下一条指令的地址。 C2000有不同的方式加载PC，从而适应连续和不连续的程序流程。,2. 堆栈 C2000系列DSP有一个16位宽、8级深度的硬件堆栈。,功能,保存返回地址,保存重要数据,堆栈数据结构：先进后出,堆栈访问指令,PUSH,POP,PSHD,POPD,压栈，把ACL内容复制到栈顶。,弹出，把栈顶内容复制到ACL 。,把数据存储器中的内容复制到栈顶。,把栈顶中的内容复制到数据存储器。,3. 微堆栈MSTACK,微堆栈只有1级深、16位宽。,功能：保存返回地址,无指令对微堆栈操作。,程序地址产生逻辑操控微堆栈。,4. 流水线操作,TMS320C2000的流水线有4个独立的阶段： 取指令（Fetch）、指令译码（Decode）、取操作数（Operand）和执行指令（Execute）。,对于单字、单周期指令(无等待状态)的4级流水线的操作示意图如下：,2.4.2 转移、调用和返回,转移（跳转）：使控制转换到新的地址单元,调用：使控制转换到新的地址单元，将返回地址压入堆栈,返回：使栈顶的地址弹出到程序计数器PC中,1. 无条件指令,当碰到无条件转移和调用指令时，该指令总是被执行。在执行期间，指令中指定的程序地址被装载到PC，并在该地址处执行程序。,PC的装载地址,指令中的操作数,累加器的低16位字,B pma CALL pma,BACC CALA,RET,从栈顶弹出返回地址,2. 有条件指令,当满足一个或多个条件时，转移、调用或返回指令才会被执行。,指令中的操作数,BCND pma,cond1,cond2 CC pma,cond1,cond2 BANZ pma,RETC cond1,cond2,从栈顶弹出返回地址,Condition,2.4.3 重复指令,重复指令RPT允许它的下一条指令重复被执行，执行次数是重复指令中操作数加一。,例如：RPT #N INST1 INST2,A. INST1执行N次,C. INST1执行N1次,B. INST1与INST2执行N次,D. INST1与INST2执行N1次,2.5 中断控制,为了及时响应、处理外界的异步事件，中断要求DSP暂停当前的工作，转而对外界异步事件作出处理，完成以后再继续当前的工作。,中断分类 中断矢量表 中断使能设置 中断响应流程 中断服务程序 复位,2.5.1 中断分类,软件中断,硬件中断,外部中断,内部中断,由指令触发,由外部中断引脚触发,由内部外设事件触发,可屏蔽中断,不可屏蔽中断,从DSP管理中断角度,从触发源 角度,TMS320C2000管理中断有3个主要阶段：,接收中断请求,响应中断 条件判断,执行中断服务程序,满足,不满足,2.5.2 中断矢量表,中断矢量表，又称为中断地址，表明中断发生后，若DSP响应中断，指令执行的地址。,相应的中断地址,PC,DSP内核自动执行,写入相应的转移指令,程序员控制,TMS320F206中断矢量表,2.5.3 可屏蔽中断设置,中断标志寄存器IFR,中断屏蔽寄存器IMR,中断控制寄存器ICR,1. 中断标志寄存器IFRDS0006H,当可屏蔽中断请求到达CPU时，IFR中相应的标志位置1，表明该中断挂起，正在等待响应。,2. 中断屏蔽寄存器IMRDS0004H,向IMR相应的位写0，即屏蔽该中断； 向IMR相应的位写1，即使能该中断。 IMR中的各位对应于中断标志寄存器IFR的各位。,