太原理工第二章_DSP硬件结构.ppt

第二章DSP的硬件结构 Introduction DSP处理器与通用CPU硬件结构比较 TMS320C54x DSP的硬件结构 DSP四大生产厂商典型定点芯片比较 浮点DSP DSP的硬件结构 DSP与标准微处理器有许多共同的地方，都是由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟组成。从广义上讲，可以说DSP是一种CPU。但DSP和一般的CPU又有不同， DSP有自己的一些独特的特点，比如采用哈佛结构、流水线操作、独立的硬件乘法器、独立的DMA总线和控制器等。 Von Neuman结构与Harvard结构 Harvard结构 程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行，从而提高速度，目前的水平已达到90亿次浮点运算/秒（9000MFLOPS） MIPS--Million Instruction Per Second MFLOPS--Million Floating Operation Per Second 流水操作（pipeline） 独立的硬件乘法器 在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中，都有 ?A（k）B（n—k）一类的运算，大量重复乘法和累加 通用计算机的乘法用软件实现，用若干个机器周期。 DSP有硬件乘法器，用MAC指令（取数、乘法、累加）在单周期内完成。 独立的DMA总线和控制器 有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s CPU 通用微处理器的CPU由ALU和CU组成，其算术运算和逻辑运算通过软件来实现，如加法需要10个机器周期，乘法是一系列的移位和加法，需要数十个机器周期。 DSP的CPU设置硬件乘法器，可以在单周期内完成乘法和累加 TMS320C2xx的CPU（部分） 硬件乘法器 CALU（中心算术逻辑单元） 移位 通用微处理器的移位，每调用一次移位指令移动1-bit DSP可以在一个机器周期内左移或右移多个bit，可以用来对数字定标，使之放大或缩小，以保证精度和防止溢出；还可以用来作定点数和浮点数之间的转换 溢出 通用CPU中，溢出发生后，设置溢出标志，不带符号位时回绕，带符号位时反相，带来很大的误差 DSP把移位输出的最高位（MSB）存放在一个位检测状态寄存器中，检测到MSB=1时，就通知下一次会发生溢出，可以采取措施防止 数据地址发生器（DAG） 在通用CPU中，数据地址的产生和数据的处理都由ALU来完成 在DSP中，设置了专门的数据地址发生器（实际上是专门的ALU），来产生所需要的数据地址，节省公共ALU的时间 外设（peripherals） 时钟发生器（振荡器与PLL） 定时器（Timer） 软件可编程等待状态发生器 通用I/O 同步串口（SSP）与异步串口（ASP） 主机接口HPI JTAG扫描逻辑电路（IEEE 1149.1标准) 便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试 TMS320C54x的硬件结构 TMS320C54x的CPU 先进的多总线结构； 40位算术逻辑运算单元（ALU），一个40位桶形移位寄存器和两个独立的40位累加器； 17×17的并行乘法器与40位专用加法器相连； 比较、选择、存储单元（CSSU）； 指数编码器； 双地址生成器包括8个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术运算单元（ARAU）。 TMS320C54x的总线结构 程序总线（PB）传送从程序存储器来的指令代码和立即数； 3组数据总线（CB、DB和EB）连接各种元器件，CB和DB总线传送从数据存储器读出的操作数，EB总线传送写入到存储器中的数据； 4组地址总线（PAB、CAB、DAB和EAB）传送执行指令所需的地址。TMS320C54x通过使用两个辅助寄存器算术单元（ARAU0和ARAU1），每周期能产生两个数据存储器地址。 ’C54x读/写操作占用总线情况 ALU Arithmetic Logic Unit (ALU) 16-bit immediate value 16-bit word from data memory 16-bit value in the temporary register, T Two 16-bit words from data memory 32-bit word from data memory 40-bit word from either accumulator Multiplier/Adder 桶形移位寄存器 Compare, Select, and Store Unit (CSSU) 指数编码器 指数编码器用于支持单周期指令EXP的专用硬件。在EXP指令中，求出累加器中的指数值，并能以二进制补码的形