[资料分享] TMS320C54x结构概述

C54x由中央处理器CPU、存储器和片内外设组成，采用哈佛结构，有独立的程序空间、数据空间和I/O空间。图3是'C54x的内部硬件框图。

　　对所有的'C54x器件来说，图中下半部所示的中央处理单元（CPU）是通用的。

　　总线结构

　　

 

　　C54x 包括8 条16 比特宽度的总线，其中：

　　一条程序总线（PB）

　　三条数据总线（CB、DB、EB）

　　四条地址总线（PAB CAB DAB EAB）

 

 

　　ALU：算术逻辑运算单元

　　主要由40位ALU和两个40位累加器（ACCA和ACCB）组成，如图4所示。

　　ALU和两个累加器用来完成40位二进制补码的算术运算，也能完成布尔运算。当状态寄存储器ST1的C16位置1时，可做两个16位ALU，同时完成两个16位运算。

　　输入：

　　16位立即数；

　　来自数据存储器的16位数；

　　来自暂存器T的16位数；

　　来自数据存储器读出的两个16位数；

　　来自数据存储器读出的一个32位数；

　　来自累加器（A和B）的40位数；

 

 

　　输出：ALU的40位输出被送往累加器A或B。

 

 

　　桶形移位器：将输入数据左移0～31位或右移0～16位，经常用作数字定标、位提取、扩展算术和溢出保护等操作。 输入40位：来自累加器或经DB、CB的 数据存储器；

　　输出40位：连到ALU或经EB连到数据存储器；

　　所移位数由指令中移位字段、ST1的ASM字段或T寄存器指定移位位数决定。

 

 

 

　　乘/加模块：由乘法器、加法器、输入数据的符号控制逻辑、小数控制逻辑、零检测、舍入、溢出/饱和逻辑和16位暂存寄存器T等组成。乘法器和ALU在一个指令周期内共同完成（17 17补码）乘/加（40位）运算，且可并行地作ALU运算，这些功能可用来做Euclidean距离及LMS滤波等复杂运算。乘/加模块功能方框图如图6所示。

　　比较、选择与保存单元（CSSU）：可以完成累加器的高位字和低位字之间的最大值比较（CMPS指令）。另一功能是利用优化的片内硬件资源完成数据通信、模式识别等领域中经常用到的Viterbi蝶形运算。

 

 

　　指数编码器：用于支持单周期指令EXP的专用硬件，如图8所示。

　　累加器中数值的指数值，以二进制补码形式（-8～31）存放于暂存器T中；

　　CPU状态和控制寄存器：

　　'C54x共有3个16位状态和控制寄存器（PMST、ST0、ST1）它们都是存储器映象寄存器，可以方便地写入数据、或由数据存储器对它们加载。

　　外设

　　C54x 包括

　　通用I/O 引脚，XF 和BIO

　　定时器

　　PLL 时钟产生器

　　HPI 口8 比特或16 比特

　　同步串口

　　带缓存串口BSP

　　多路带缓存串口McBSP

　　时分复用串口TDM

　　可编程等待状态产生器

　　可编程bank switching 模块

　　外部总线接口

　　IEEE1149.1 标准JTAG 口

　　C P U

　　C54x 的CPU 结构包括：

　　40 比特的ALU ，其输入来自16 比特立即数、16 比特来自数据存储器的数据、暂时存储器、T 中的16 比特数、数据存储器中两个16 比特字、数据存储器中32 比特字、累加器中40 比特字。

　　2 个40 比特的累加器，分为三个部分，保护位（39－ 32 比特）、高位字（31－16 比特）、低位字（15－0 比特）。

　　桶型移位器，可产生0 到31 比特的左移或0 到16 比特的右移。

　　17x17 比特的乘法器

　　40 比特的加法器

　　比较选择和存储单元CSSU

　　数据地址产生器DAGEN

　　程序地址产生器PAGEN

　　内部存储器

　　·'C54x的存储器分为三个可独立选择的空间：程序空间、数据空间和I/O空间；

　　·'C54x的片内存储器包括ROM和RAM，其中RAM又可分为SARAM和DARAM：SARAM为单寻址寄存储器，DARAM为双寻址寄存储器（一周期内可以访问两次）。

　　ROM一般配置成程序存储空间，用于存放要执行的指令、系数表等固定操作数。也可以部分地安排到数据存储空间，由PMST的状态位 和DROM决定；RAM 一般安排到数据存储空间，存放执行指令所要用的数据。但也可以安排到程序空间，由PMST的状态位OVLY决定。不同'C54x系列内部存储器配置各不相同。

　　'C54x的寻址方式

　　TMS320C54x的指令可能含有1个存储器操作数（指令说明中用Smem表示），也可能有2个存储器操作数（指令说明中用Xmem、Ymem表示），分别称为单存储器操作数和双存储器操作数。单存储器操作数有7种寻址方式，它们是：

　　立即寻址： 操作数（常数）含在指令中；

　　绝对寻址： 指令中含有操作数的16位地址；

　　累加器寻址： 操作数地址在累加器中（A）；

　　直接寻址： 指令中含有操作数地址的低7 位；

　　间接寻址： 操作数的地址在辅助寄存器中，支持倒位序寻址、循环寻址等功能；

　　存储器映像的寄存器寻址：

　　访问存储器映像寄存器，又不影响DP或SP；

　　堆栈寻址： 访问堆栈；

　　双存储器操作数支持一些特殊指令：

　　如MAC、FIR等复杂指令。

　　'C54x的六级指令流水线

　　'C54x CPU的指令流水线有六级，每个周期有六条指令在工作，它们处于整个执行过程的不同阶段，如图9所示。

 

 

　　流水线的工作全部为单字指令连续执行时（理想情况）如图10 所示。