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-- 發(fā)布時(shí)間：2010-11-22 9:02:08
-- TMS320C5000性能介紹
TMS320C54x是目前普遍使用的定點(diǎn)DSP芯片。它的特點(diǎn)是功耗很低（在100MIPS時(shí)為60mW),可用于數(shù)字蜂窩通信、個(gè)人通信系統(tǒng)、尋呼機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、ATM（異步傳輸模式）交換機(jī)、數(shù)字無線通信、調(diào)制解調(diào)器等領(lǐng)域。圖1表示了C54x的發(fā)展過程及應(yīng)用領(lǐng)域。
圖1 TMS320C5000性能發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用領(lǐng)域
TMS320系列的同一代芯片具有相同的CPU結(jié)構(gòu),但根據(jù)市場(chǎng)的不同需要,形成新的存儲(chǔ)器與外設(shè)的不同組合,產(chǎn)生了多種派生器件。
TMS320C54x關(guān)鍵特性
圖2是C54x功能結(jié)構(gòu)圖,它的主要性能如下：
圖2 TMS320C54x功能結(jié)構(gòu)框圖
⒈ CPU
先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)：一組程序總線（PAB、PB）,三組數(shù)據(jù)總線（CAB、CB,DAB、DB,EAB、EB）
40位的數(shù)學(xué)邏輯單元（ALU）：包括40位的桶形移位寄存器和兩個(gè)獨(dú)立的40位累加器
17 17位并行乘法器和40位專用加法器,單周期完成乘法/累加(MAC)
適于Viterbi運(yùn)算的比較、選擇、存儲(chǔ)單元（CSSU）
指數(shù)編碼器,可在單周期內(nèi)計(jì)算（40位）累加器中數(shù)值的指數(shù)
兩個(gè)地址產(chǎn)生器,包括八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)的算術(shù)單元
⒉ 存儲(chǔ)器
可尋址存儲(chǔ)空間達(dá)192K字（程序、數(shù)據(jù)及I/O各64 64bit）,C548還可擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器（8兆字）
典型C5400芯片存儲(chǔ)器
⒊ 片內(nèi)外設(shè)
軟件可編程等待狀態(tài)產(chǎn)生器
可編程的塊交換
片內(nèi)鎖相環(huán)時(shí)鐘產(chǎn)生器
禁止外部總線的控制機(jī)制
⒋ 指令集
重復(fù)單條指令與重復(fù)指令塊
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p; 存儲(chǔ)器塊移動(dòng)指令32位數(shù)運(yùn)算指令
可同時(shí)讀取2或3個(gè)操作數(shù)的指令
具有并行保存和并行加載的算術(shù)指令
條件保存指令
⒌ 功耗控制
IDLE1、IDLE2和IDLE3指令可控制其進(jìn)入降功耗模式
可控制是否輸出CLKOUT信號(hào)
⒍ IEEE標(biāo)準(zhǔn)的1149.1邊界掃描邏輯接口
TMS320C54x結(jié)構(gòu)概述
\'\'C54x由中央處理器CPU、存儲(chǔ)器和片內(nèi)外設(shè)組成,采用哈佛結(jié)構(gòu),有獨(dú)立的程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間。圖3是\'\'C54x的內(nèi)部硬件框圖。
對(duì)所有的\'\'C54x器件來說,圖中下半部所示的中央處理單元（CPU）是通用的。
總線結(jié)構(gòu)
一組程序總線（PAB、PB）和三組數(shù)據(jù)總線CAB、CB,DAB、DB,EAB、EB）將內(nèi)部各部件聯(lián)系起來。
圖3 TMS320C54x內(nèi)部硬件框圖
PB- 程序總線,傳送程序代碼或存在程序空間的數(shù)據(jù);
CB、DB、EB- 數(shù)據(jù)總線,連接CPU、數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生邏輯、程序地址產(chǎn)生邏輯、片內(nèi)外設(shè)及存儲(chǔ)器等各部件;
CB和DB- 傳送從存儲(chǔ)器讀出的數(shù)據(jù),即“讀”操作使用的數(shù)據(jù)總線;
EB-傳送向存儲(chǔ)器寫入的數(shù)據(jù),即"寫"操作使用的數(shù)據(jù)總線;
PAB、CAB、DAB、EAB- 各對(duì)應(yīng)的地址總線;
圖4 ALU功能框圖
中央處理單元（CPU）
ALU：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元
主要由40位ALU和兩個(gè)40位累加器(ACCA和ACCB)組成,如圖4所示。
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nbsp; ALU和兩個(gè)累加器用來完成40位二進(jìn)制補(bǔ)碼的算術(shù)運(yùn)算,也能完成布爾運(yùn)算。當(dāng)狀態(tài)寄存儲(chǔ)器ST1的C16位置1時(shí),可做兩個(gè)16位ALU,同時(shí)完成兩個(gè)16位運(yùn)算。輸入：
16位立即數(shù);
來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的16位數(shù);
來自暫存器T的16位數(shù);
來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的兩個(gè)16位數(shù);
來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀出的一個(gè)32位數(shù);
來自累加器（A和B）的40位數(shù);
圖5 桶形移位器功能框圖
輸出：ALU的40位輸出被送往累加器A或B。
圖6 乘/加模塊功能方框圖
桶形移位器：將輸入數(shù)據(jù)左移0～31位或右移0～16位,經(jīng)常用作數(shù)字定標(biāo)、位提取、擴(kuò)展算術(shù)和溢出保護(hù)等操作。 輸入40位：來自累加器或經(jīng)DB、CB的 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;
輸出40位：連到ALU或經(jīng)EB連到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;
所移位數(shù)由指令中移位字段、ST1的ASM字段或T寄存器指定移位位數(shù)決定。
圖7 比較、選擇與保存單元（CSSU）功能框圖
乘/加模塊：由乘法器、加法器、輸入數(shù)據(jù)的符號(hào)控制邏輯、小數(shù)控制邏輯、零檢測(cè)、舍入、溢出/飽和邏輯和16位暫存寄存器T等組成。乘法器和ALU在一個(gè)指令周期內(nèi)共同完成(17 17補(bǔ)碼)乘/加（40位）運(yùn)算,且可并行地作ALU運(yùn)算,這些功能可用來做Euclidean距離及LMS濾波等復(fù)雜運(yùn)算。乘/加模塊功能方框圖如圖6所示。
比較、選擇與保存單元(CSSU)：可以完成累加器的高位字和低位字之間的最大值比較(CMPS指令）。另一功能是利用優(yōu)化的片內(nèi)硬件資源完成數(shù)據(jù)通信、模式識(shí)別等領(lǐng)域中經(jīng)常用到的Viterbi蝶形運(yùn)算。
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nbsp;
圖8 指數(shù)編碼器
指數(shù)編碼器：用于支持單周期指令EXP的專用硬件,如圖8所示。
累加器中數(shù)值的指數(shù)值,以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式(-8～31)存放于暫存器T中;
CPU狀態(tài)和控制寄存器：
\'\'C54x共有3個(gè)16位狀態(tài)和控制寄存器（PMST、ST0、ST1）它們都是存儲(chǔ)器映象寄存器,可以方便地寫入數(shù)據(jù)、或由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器對(duì)它們加載。
內(nèi)部存儲(chǔ)器
·\'\'C54x的存儲(chǔ)器分為三個(gè)可獨(dú)立選擇的空間：程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間;
·\'\'C54x的片內(nèi)存儲(chǔ)器包括ROM和RAM,其中RAM又可分為SARAM和DARAM：SARAM為單尋址寄存儲(chǔ)器,DARAM為雙尋址寄存儲(chǔ)器(一周期內(nèi)可以訪問兩次)。
ROM一般配置成程序存儲(chǔ)空間,用于存放要執(zhí)行的指令、系數(shù)表等固定操作數(shù)。也可以部分地安排到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,由PMST的狀態(tài)位 和DROM決定;RAM 一般安排到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,存放執(zhí)行指令所要用的數(shù)據(jù)。但也可以安排到程序空間,由PMST的狀態(tài)位OVLY決定。不同\'\'C54x系列內(nèi)部存儲(chǔ)器配置各不相同。
\'\'C54x的尋址方式
TMS320C54x的指令可能含有1個(gè)存儲(chǔ)器操作數(shù)（指令說明中用Smem表示）,也可能有2個(gè)存儲(chǔ)器操作數(shù)（指令說明中用Xmem、Ymem表示）,分別稱為單存儲(chǔ)器操作數(shù)和雙存儲(chǔ)器操作數(shù)。單存儲(chǔ)器操作數(shù)有7種尋址方式,它們是：
立即尋址： 操作數(shù)(常數(shù))含在指令中;
絕對(duì)尋址： 指令中含有操作數(shù)的16位地址;
累加器尋址： 操作數(shù)地址在累加器中(A);
直接尋址： 指令中含有操作數(shù)地址的低7 位;
間接尋址： 操作數(shù)的地址在輔助寄存器中,支持倒位序?qū)ぶ贰⒀h(huán)尋址等功能;
存儲(chǔ)器映像的寄存器尋址：
訪問存儲(chǔ)器映像寄存器,
又不影響DP或SP;
堆棧尋址： 訪問堆棧;
雙存儲(chǔ)器操作數(shù)支持一些特殊指令：
如MAC、FIR等復(fù)雜指令。
\'\'C54x的六級(jí)指令流水線
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sp; \'\'C54x CPU的指令流水線有六級(jí),每個(gè)周期有六條指令在工作,它們處于整個(gè)執(zhí)行過程的不同階段,如圖9所示。 
圖9 流水線不同工作階段操作內(nèi)容
流水線的工作全部為單字指令連續(xù)執(zhí)行時(shí)（理想情況）如圖10 所示。
圖10 流水線正常工作時(shí)做業(yè)情況