dsp教案3(軟件體系)ppt

1、第三章 DSP軟件體系,?‘C54x尋址方式?‘C54x特殊尋址方式說明?‘C54x指令集?‘C54x特殊指令使用說明,,,立即數(shù)尋址： 指令中嵌有一個固定的數(shù)絕對地址尋址： 指令中有一個固定的地址累加器尋址： 按累加器內(nèi)的地址去訪問程序存儲器中 的一個單元直接尋址： 指令中的7bits是一個數(shù)據(jù)頁內(nèi)的偏移地址，

2、 而所在的數(shù)據(jù)頁由數(shù)據(jù)頁指針DP或SP決定。 該偏移加上DP和SP的值決定了在數(shù)據(jù)存儲器 中的實際地址。間接尋址： 按照輔助寄存器中的地址訪問存儲器。存儲器映射寄存器尋址： 修改存儲器映射寄存器中的值， 而不影響當(dāng)前DP或SP的值。堆棧尋址： 把數(shù)據(jù)壓入和彈出系統(tǒng)堆棧。,

3、67;3-1 TMS320C54x的尋址方式,在立即數(shù)尋址中，指令里包括了立即操作數(shù)。在一條指令中可對兩種立即數(shù)編碼。一種是短立即數(shù)（3、5、8或9bits），另一種是16bits的長立即數(shù)。立即數(shù)可包含在單字或雙字指令中。3-，5-，8-或9-bit值在單字指令中，16-bit值在雙字指令中。,,1 . 立即數(shù)尋址,立即數(shù)尋址的其他例子： LD #0，ARP ；ARP=2（#k3）

4、 LD #3，ASM ；ASM=3（#k5） LD #50，DP ；DP=50（#k9） LD #1234，A ；A=1234（#k） STM #FFFFh，IMR ；IMR=FFFFh（#lk）,短立即數(shù)RPT,長立即數(shù)RPT,在

5、直接尋址中，指令代碼包含了數(shù)據(jù)存儲器地址的低七位。這7-bit dma作為偏移地址與數(shù)據(jù)頁指針（DP）或堆棧指針（SP）相結(jié)合共同形成16-bit的數(shù)據(jù)存儲器實際地址。如右圖所示。,2. 直接尋址,,CPL=0：dma與9-bit的DP相結(jié)合形成數(shù)據(jù)存儲器地址。,以DP為基準(zhǔn)的直接尋址,DP9-bit,9-bit的DP指向數(shù)據(jù)存儲空間的512個數(shù)據(jù)頁中的一頁,0,1,2,,510,511,,編程舉例：,編程舉例：,直接尋址編程：

6、.mmregs.bss x, 4, 1a0.word 012ha1.word 3211ha2.word fe11ha3.word ff03h.sect “program”LD #0, ALD #X, DPLD #a0, T,MAC x，ALD #a1，TMAC X+1，ALD #a2，TMAC X+2，A…..,,以SP為基準(zhǔn)的直接尋址,C

7、PL=1：dma加上SP基地址形成數(shù)據(jù)存儲器地址。(st1中）,使用以SP為基址的直接尋址： AND sample, A LD sample, A ADD sample， B ；……..,,3. 間接尋址,,在間接尋址中，64K數(shù)據(jù)空間任意單元都可通過一個輔助寄存器中的16-bit地址進行訪問。‘C54x有8個16-bit輔助寄存器（AR0-AR7）。兩個輔助寄存器算術(shù)

8、單元（ARAU0和ARAU1），根據(jù)輔助寄存器的內(nèi)容進行操作，完成無符號的16-bit算術(shù)運算。間接尋址很靈活，不僅能從存儲器中讀或?qū)懸粋€單16-bit數(shù)據(jù)操作數(shù)，而且能在一條指令中訪問兩個數(shù)據(jù)存儲器單元（即從兩個獨立的存儲器單元讀數(shù)據(jù)，或讀一個存儲器單元同時寫另一個存儲器單元，或讀寫兩個連續(xù)的存儲器單元）。,單操作數(shù)尋址,單操作數(shù)間接尋址方框圖,單操作數(shù)間接尋址類型：*Arx：

9、 ARx包含了數(shù)據(jù)存儲器地址*ARx-/ *ARx+ ： 訪問后， ARx中的地址減1/加1*+ARx： 在尋址之前，ARx中的地址加1*ARx-0B/ *ARx+0B ：訪問后，從ARx中以位倒序進位的 方式減去/加上AR0*ARx-0/ *ARx+0 ： 訪問后，

10、從ARx中減去/加上AR0*ARx-%/ *ARx+% ： 訪問后，ARx中的地址以循環(huán)尋址 的方式減1/加1*ARx-0%/ *ARx+0% ：訪問后，從ARx中以循環(huán)尋址的方 式減去/加上AR0*ARx(lk)： A

11、Rx和16-bit的長偏移(lk) 的和用來 作為數(shù)據(jù)存儲器地址。ARx本身不 被修改,*+ARx(lk)： 在尋址之前，把一個帶符號的16-bit的長偏移 （lk）加到ARx中，然后用新的ARx的值

12、作為 數(shù)據(jù)存儲器的地址*+ARx(lk)%：在尋址之前，把一個帶符號的16-bit的長偏移 以循環(huán)尋址的方式加到ARx中，然后再用新 的ARx的值作為數(shù)據(jù)存儲器的地址,編程舉例：,編程舉例：,間接尋址編程：.mmregs.bss x,

13、 4, 1a.word 1, 2, 3, 4.sect “program”STM #a, AR1STM #x, AR2LD #0, ALD *AR1+，TMAC *AR2+，ALD *AR1+，T,,MAC *AR2+，ALD *AR1+，TMAC *AR2+，ALD *AR1，TMAC *AR2，A…..,,雙操作數(shù)尋址

14、方式,雙數(shù)據(jù)存儲器操作數(shù)間接尋址類型*Arx： ARx是數(shù)據(jù)存儲器地址*ARx-/ *ARx+： 訪問后，ARx中的地址減1/加1*ARx+0%： 訪問后，AR0以循環(huán)尋址的方式加 到ARx中。例如：MPY *AR2，*AR3，AFIRS *AR2，*AR3，coef,雙數(shù)據(jù)存儲器操作數(shù)間接尋址

15、方框圖,,4. 絕對地址尋址有個別指令可以使用16bits的絕對地址尋址： 數(shù)據(jù)存儲器地址（dmad）尋址： MVDK Smem, dmad MVDM dmad, MMR MVKD dmad, Smem MVMD pmad, Smem程序存儲器地址（pmad）尋址： FIRS Xmem, Ymem,

16、 pmad MACD Smem, pmad, src MACP Smem, pmad, src MVPD pmad, Smem端口地址(PA)尋址 PORTR PA, Smem PORTW Smem, PA*(lk)尋址適用于支持單數(shù)據(jù)存儲器操作數(shù)的指令,,5. 累加器尋址 累加器尋址是用累加器中的數(shù)作為一個地址。

17、這種尋址方式可用來對存放數(shù)據(jù)的程序存儲器尋址。共有兩條指令可以采用累加器尋址：READA SmemWRITA Smem READA是把累加器A所確定的程序存儲器單元中的一個字，傳送到單數(shù)據(jù)存儲器（Smem）操作數(shù)所確定的數(shù)據(jù)存儲器單元中。WRITA是把Smem操作數(shù)所確定的數(shù)據(jù)單元中的一個字，傳送到累加器A確定的程序存儲器單元中去。,,只有8條指令能使用存儲器映射寄存器尋址：LDM MMR， dstMVDM

18、 dmad, MMR MVMD MMR, dmad MVMM MMRx, MMRy POPM MMRPSHM MMRSTLM src, MMRSTM #lk, MMR,6. 存儲器映射寄存器尋址 存儲器映射寄存器尋址用來修改存儲器映射寄存器而不影響當(dāng)前數(shù)據(jù)頁指針（DP）或堆棧指針（SP）的值。存儲器映射寄存器尋址既可以在直接尋址

19、中使用，又可以在間接尋址中使用。,,7. 堆棧尋址 系統(tǒng)堆棧用來在中斷和子程序期間自動存放程序計數(shù)器。它也能用來存放額外的數(shù)據(jù)項或傳遞數(shù)據(jù)值。處理器使用一個16-bit的存儲器映射寄存器—堆棧指針來對堆棧尋址，它總是指向存放在堆棧中的最后一個元素。 共有四條使用堆棧尋址方式訪問堆棧的指令：PSHD 把一個數(shù)據(jù)存儲器的值壓入堆棧。PSHM 把一個存儲器映射寄存器的值壓入堆棧。POPD 把一個數(shù)據(jù)

20、存儲器的值彈出堆棧。POPM 把一個存儲器映射寄存器的值彈出堆棧。,,§3-2 特殊尋址方式說明,本小節(jié)重點介紹兩種廣泛應(yīng)用的特殊尋址方式—循環(huán)尋址和位倒序?qū)ぶ贰?位倒序?qū)ぶ?位倒序?qū)ぶ诽岣吡藞?zhí)行速度和在FFT算法的程序中使用存儲器的效率。在這種尋址方式中，AR0存放的整數(shù)N是FFT點數(shù)的一半。一個輔助寄存器指向一數(shù)據(jù)存放的物理單元。當(dāng)使用位倒序?qū)ぶ钒袮R0加到輔助寄存器中時，地址以位倒序的方式產(chǎn)生，即進位是從左

21、向右，而不是從右向左。間接尋址中*Arn+0B/-0B表示位倒序?qū)ぶ贰?8點的FFT蝶型結(jié)運算,00000100001001100001010100110111,FFT中混序就是位倒序,FFT運算時輸出/輸入序列中必有其一要混序。,位倒序?qū)ぶ返膱?zhí)行 設(shè)FFT長度N=16，則AR0賦值為8，位倒序方式讀入數(shù)據(jù)情況如下：,,循環(huán)尋址： 許多算法，如卷積，相關(guān)和FIR濾波等，都需要在存儲

22、器中實現(xiàn)一個循環(huán)緩沖器。在這些算法中，一個循環(huán)緩沖器就是一個包含了最近的數(shù)據(jù)的滑動窗口。當(dāng)新的數(shù)據(jù)來到時，緩沖器就會覆蓋最早的數(shù)據(jù)。循環(huán)緩沖器實現(xiàn)的關(guān)鍵是循環(huán)尋址的實現(xiàn)。‘C54x間接尋址中提供了循環(huán)尋址的方式，以%表示。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,循環(huán)尋址圖示,循環(huán)尋址的有效地址計算,定義循環(huán)緩沖器大小寄存器（BK）來確定了循環(huán)緩沖器的大小。大小為R的循環(huán)緩沖器必須從一個N-bit邊界開始。循環(huán)緩沖器的有效基地址（EFB

23、）就是用戶選定的輔助寄存器（ARx）的低N位置 0后所得到的值。 滿足條件： 循環(huán)緩沖器的尾地址（EOB）是通過用BK的低N位代替ARx的低N位得到。循環(huán)緩沖器的INDEX就是ARx的低N位，step就是加到輔助寄存器，或從輔助寄存器中減去的值。循環(huán)尋址的算法如下：,if 0≤ index+step < BK: index = index + stepelse if index +

24、 step ≥ BK: index = index + step - BKelse if index + step< 0 index = index + step + BK,如何確定循環(huán)緩沖的起始地址？,R(BK)=32 ---> 二進制 100000 ---> N=6,R(BK)=31 ---> 二進制 011111 ---> N=5,應(yīng)用舉例: 計算16階的

25、FIR濾波器輸出256個點,.sect “fir-prog”STM #255, BRC ; Repeat 256 timesRPTBD fir_filter_loopSTM #16, BK ; FIR circular buffer sizeLD *AR7+, A ; load the input valueSTL A, *AR4+% ; replace oldest sample

26、with; newest sampleRPTZ A, #16MAC *AR4+0%, *AR3+0%, A ; filteringSTH A, *AR5+ ; replace the oldest buffer valuefir_filter_loop,TMS320C54x的指令集有近兩百條指令，按功能分為如下幾類： ?算術(shù)運算指令?邏輯運算指令?程序控制指令?裝入

27、和存儲指令,§3-3 TMS320C54x的指令集,一、算術(shù)運算指令,算術(shù)運算指令可分為如下幾類： ? 加法指令 ? 減法指令 ? 乘法指令 ? 乘加指令 ? 乘減指令? 雙數(shù)/雙精度指令 ? 特殊操作指令,,1、加法指令,定點DSP中數(shù)據(jù)表示方法,當(dāng)它表示一個整數(shù)時，其最低位（D0）表示1，D1位表示2的1次方，次高位（D14）表示2的14方。

28、 如果表示一個有符號數(shù)時，最高位（D15）為符號位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。例如，07FFFH表示最大的正數(shù)32767（十進制），而0FFFFH表示最大的負(fù)數(shù)-1（負(fù)數(shù)用2的補碼方式顯示）。 當(dāng)需要表示小數(shù)時，小數(shù)點的位置始終在最高為后，而最高位（D15）表示符號位。這樣次高位（D14）表示0.5，然后是0.25，最低位（D0）表示。所以04000H表示小數(shù)0.5，01000H表示小數(shù)0.25，而0001H表示16位

29、定點DSP表示的最小的小數(shù)（有符號）0.000030517578125。,實現(xiàn)16位定點加法,‘C54X中提供了多條用于加法的指令，如ADD，ADDC，ADDM和ADDS。其中ADDS用于無符號數(shù)的加法運算，ADDC用于帶進位的加法運算（如32位擴展精度加法），而ADDM專用于立即數(shù)的加法。,使用ADD完成加法,ld temp1,a；將變量temp1裝入寄存器A add temp2,a；將變量temp2與寄存器A

30、相加 ；結(jié)果放入A中 stla,temp3；將結(jié)果（低16位）存入變量 ；temp3中。 注意，這里完成計算temp3=temp1+temp2，我們沒有特意考慮temp1和temp2是整數(shù)還是小數(shù)，在加法和下面的減法中整數(shù)運算和定點的小數(shù)運算都是一樣的。,利用ADDS

31、實現(xiàn)32位數(shù)據(jù)裝入,ld #0,dp ; 設(shè)置數(shù)據(jù)頁指針 ld 60h,16,a; 將60H的內(nèi)容裝入A的高16位 adds 61h,a; 將61H的內(nèi)容加到A的低16位 dld 60h,b; 直接裝入32位到B寄存器,ADD中尋址方式,ADD Smem [,SHIFT],src [,dst] 例如： ADD *AR0，1，A，A

32、 ADD 60H，-1，A，A ADD *AR5，1，A，B ADD Xmem, SHFT, src 例如： ADD *AR5，1，AADD Xmem,Ymem, dst 例如： ADD *AR2，*AR3，A,2、減法指令,實現(xiàn)16位定點減法,‘C54X中提供了多條用于減法的指令，如SUB，

33、SUBB，SUBC和SUBS。其中SUBS用于無符號數(shù)的減法運算，SUBB用于帶進位的減法運算（如32位擴展精度的減法），而SUBC為移位減，DSP中的除法就是用該指令來實現(xiàn)的。SUB指令與ADD指令一樣，有許多的尋址方式，其詳細(xì)使用說明請參考《TMS320C54X使用教程》,減法指令使用舉例,stm#60h,ar3；將變量temp1的地址裝入ar3寄存器 stm#61h,ar2；將變量temp3的地址裝入ar3寄存器 su

34、b*ar2+, *ar3,b；將變量temp3左移16位同時變量 ; temp2也左移16位，然后相減，結(jié) ; 果放入寄存器B（高16位）中，同 ; 時ar2加1。 sthb,63h；將相減的結(jié)

35、果（高16位）存入變量63h,利用SUBC實現(xiàn)除法,在‘C54X中沒有提供專門的除法指令，一般有兩種方法來完成除法。一種是用乘法來代替，除以某個數(shù)相當(dāng)于乘以其倒數(shù)，所以先求出其倒數(shù)，然后相乘。這種方法對于除以常數(shù)特別適用。另一種方法是使用SUBC指令，重復(fù)16次減法完成除法運算。,利用SUBC完成Temp1/Temp2,ldtemp1,B；將被除數(shù)temp1裝入B寄存

36、 ；器的低16位rpt#15 ；重復(fù)SUBC指令16次subctemp2,b；使用SUBC指令完成除法stlB,temp3；將商（B寄存器的低16位） ；存入變量temp3sthB,temp4；將余數(shù)（B寄存器的高16位）

37、 ；存入變量temp4 注： 實際上是完成整數(shù)除法,實現(xiàn)小數(shù)除法,在‘C54X中實現(xiàn)16位的小數(shù)除法與前面的整數(shù)除法基本一致，也是使用SUBC指令來完成。但有兩點需要注意：第一，小數(shù)除法的結(jié)果一定是小數(shù)（小于1），所以被除數(shù)一定小于除數(shù)。在執(zhí)行SUBC指令前，應(yīng)將

38、被除數(shù)裝入A或B寄存器的高16位，而不是低16位。其結(jié)果的格式與整數(shù)除法一樣。第二，應(yīng)考慮符號位對結(jié)果小數(shù)點的影響。所以應(yīng)對商右移一位，得到正確的有符號數(shù)。,3、乘法指令,實現(xiàn)16定點整數(shù)乘法,在‘C54X中提供了大量的乘法運算指令，其結(jié)果都是32位，放在A或B寄存器中。乘數(shù)在‘C54X的乘法指令很靈活，可以是T寄存器、立即數(shù)、存貯單元和A或B寄存器的高16位。如果是無符號數(shù)乘時，請使用MPYU指令。這是一條專用于無符號數(shù)乘法運算的指令

39、，而其它指令都是有符號數(shù)的乘法。,整數(shù)乘法舉例,rsbxFRCT；清FRCT標(biāo)志，準(zhǔn)備整數(shù)乘ldtemp1,T；將變量temp1裝入T寄存器mpytemp2,a；完成temp2*temp1，結(jié)果放 ；入A寄存器（32位）,實現(xiàn)小數(shù)乘法,在‘C54X中，小數(shù)的乘法與整數(shù)乘法基本一致，只是由于兩個有符號的小數(shù)相乘，其結(jié)果的小數(shù)點的位置在次高的后面，所以

40、必須左移一位，才能得到正確的結(jié)果。‘C54X中提供了一個狀態(tài)位FRCT，將其設(shè)置為1時，系統(tǒng)自動將乘積結(jié)果左移移位。兩個小數(shù)（16位）相乘后結(jié)果為32位，如果精度允許的話，可以只存高16位，將低16位丟棄，這樣仍可得到16位的結(jié)果。,小數(shù)乘法舉例,ssbx FRCT ；FRCT=1，準(zhǔn)備小數(shù)乘法 ld temp1,16,a ；將變量temp1裝入寄存器A的高16位 mpya tem

41、p2 ；完成temp2乘寄存器A的高16位，結(jié) ；果在B中，同時將temp2裝入T寄存器 sth b,temp3 ；將乘積結(jié)果的高16位存入變量temp3如：0.1(0x0ccd) x 0.7(0x599a) = 0.06997680664063(0x08f5)注：可以使用MPYR完成四舍五入。 比較如下結(jié)果 mpyr t

42、emp1,b ; T * temp1 -> b,4、乘加和乘減指令,5、雙精度/雙數(shù)操作指令,6、特殊指令,二、邏輯運算指令,邏輯指令包括與、或、異或、移位和測試指令1、與指令（AND）,2、或、異或指令,3、移位和測試指令,,三、程序控制指令,程序控制指令包括：分支指令調(diào)用指令中斷指令返回指令重復(fù)指令堆棧操作指令混合程序控制指令,1、分支指令,2、調(diào)用與中斷指令,3

43、、返回指令,4、重復(fù)指令和堆棧操作指令,5、混合程序控制指令,四、裝入和存儲指令,裝入和存儲指令包括：一般的裝入和存儲指令條件存儲指令并行裝入和存儲指令并行裝入和乘法指令并行存儲和加件乘指令混合裝入和存儲指令,1、一般的裝入指令,2、存貯指令,3 并行裝入和存儲指令,4、條件存儲指令,5、并行存儲和加、減、乘法指令,6、并行裝入和乘法指令,7、混合裝入和存儲指令,注意：同一條指令在不同存儲器中可能

44、有不同執(zhí)行時間,操作數(shù)在雙尋址空間、單尋址空間和外部程序代碼在雙尋址、單尋址和外部空間操作數(shù)和代碼在相同存儲器塊中數(shù)據(jù)空間插入了等待周期程序空間插入了等待周期,FIRS指令使用方法：FIRS *AR2+， *AR3+， COEF,,§3-4 特殊指令使用說明,FIRS指令 FIRS指令用于線性相位濾波器的處理。一個如下圖的8階線性相位濾波器的輸出表達式：,FIR濾波的兩指令MAC、F

45、IRS,RPTZ A,#(N-1) ;重復(fù)MAC指令N次,先將A清零MAC *FIR_DATA_P+0%,*FIR_COFF_P+0%,A ; 完成濾波計算。注意FIR濾波 ；系數(shù)存放在數(shù)據(jù)存儲區(qū),RPTZ B, #(N/2-1) 重復(fù)FIRS指令N/2次,先將B清零 FIRS *ar2

46、+0%, *ar3+0%,filter_coff+N/2 ；完成濾波計算。注意FIR濾波系數(shù) ；存放在程序存貯filter_coff為 ；系數(shù)起始地址,,Viterbi譯碼指令DADST、DSADT、CMPS,在信道均衡和解碼中經(jīng)常會使用到Viterbi算法，C54x為此提供了專門的硬件和指令。根據(jù)輸入信號確定分支似然概率增加量D1/D2，放在T寄存器中，TRN存儲可能信號譯碼輸出。,相

47、關(guān)指令應(yīng)用,,最小均方運算LMS,在進行自適應(yīng)濾波等操作中經(jīng)常會使用LMS算法，C54x提供的LMS指令方便了編程。如下圖所示的自適應(yīng)濾波器設(shè)計中，濾波器系數(shù)修正公式為：,其中，e(i) = d(i) - y(i)。濾波器輸出：,基于LMS的自適應(yīng)濾波編程,,數(shù)據(jù)歸一化相關(guān)指令EXP、NORM,歸一化一個數(shù)是先求其指數(shù)，然后把它調(diào)整到最大精度格式。實現(xiàn)方法如下：,,,數(shù)據(jù)塊移動MVDD、MVDP、MVPD,在C54x系列DSP，數(shù)據(jù)與

48、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)與程序存儲器之間可以方便的進行數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合單指令循環(huán)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)塊移動。如16個系數(shù)的移動：,,指令效率的提高,C54x中有一些指令功能差不多，但編寫出的程序效率不同，應(yīng)靈活使用，如：MPY[R] Smem， dst；T*（Smen）?dstMAC[R] Smem， dst；（Smen）*T+src（ ?MPY[R] +ADD）； ?srcMACD Smen，pmen，src