[Искра]

Цифровые процессоры обработки сигналов фирмы Motorola: Учебное пособие


Год: 2000
Автор: Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А.
Жанр: Радиоэлектроника
Издательство: СПб.: БХВ-Петербург
ISBN: 5-94157-011-2
Язык: Русский
Формат: DjVu
Качество: Отсканированные страницы
Количество страниц: 507

Описание: Учебное и справочное пособие по архитектуре базового семейства DSP56000, в которой реализована концепция всех семейств DSP56K. В первой части рассматриваются: основы архитектуры сигнальных процессоров фирмы Motorola; представление данных, организация памяти, режимы адресации и параллельные пересылки; система команд и состояния процессоров; генератор тактовых импульсов (ГТИ); порты ввода/вывода и host-интерфейс; внутрикристальный эмулятор OnCE как элемент программно-аппаратной среды отладки системы ЦОС. Вторая часть посвящена языку ассемблера этих процессоров. В ней изучаются: подготовка исполняемых программ, основные конструкции языка, структура программы, директивы ассемблера; макрокоманды, макроопределения и макробиблиотеки; компоновщик, командный файл управления памятью; библиотека объектных модулей, трансляция и компоновка оверлейных программ, оптимизация программы. Приведено большое количество иллюстраций и примеров. Подготовлено с согласия и при поддержке фирмы Motorola.
Для студентов, преподавателей, инженеров и научных работников, связанных с разработкой и применением систем цифровой обработки сигналов (ЦОС) на базе цифровых процессоров обработки сигналов (ЦПОС).

Введение............................................................................................................11

ЧАСТЬ I. ЦПОС ФИРМЫ MOTOROLA: КЛАССИФИКАЦИЯ, АРХИТЕКТУРА БАЗОВОГО СЕМЕЙСТВА...........15

1. Цифровые процессоры обработки сигналов..................................................17

1.1. Назначение ЦПОС....................................................................................................17
1.2. Система ЦОС.............................................................................................................18
1.3. Области применения и основные функции, реализуемые на базе ЦПОС.........24
1.4. Особенности ЦПОС..................................................................................................25
1.5. Семейства ЦПОС фирмы Motorola.........................................................................26
1.6. Базовое семейство DSP56000...................................................................................43
1.7. Семейство DSP56300.................................................................................................45
1.8. Семейство DSP56800.................................................................................................51
1.9. Семейство DSP56600.................................................................................................53
1.10. Процессор MSC8101..................................................................................................57

2. Архитектура процессоров базового семейства DSP56000............................ 58

2.1. Основные компоненты архитектуры.........................................................................58
2.1.1. Шины данных...................................................................................................60
2.1.2. Шины адресов...................................................................................................60
2.1.3. ALU данных.......................................................................................................61
2.1.4. Устройство генерации адреса AGU.................................................................61
2.1.5. Устройство программного управления PCU..................................................62
2.1.6. Генератор тактовых импульсов (ГТИ) с фазовой автоподстройкой частоты (PLL)................63
2.1.7. Порты.................................................................................................................63
2.1.8. Внутрикристальный эмулятор ОпСЕ..............................................................64

3. Ядро центрального модуля обработки...........................................................65

3.1. Арифметико-логическое устройство данных (ALU данных)..................................66
3.1.1. Архитектура ALU данных.................................................................................66
3.1.2. Входные регистры XI, Х0, Yl, Y0...................................................................68
3.1.3. Устройство MAC...............................................................................................68
3.1.4. Аккумуляторы А и В.........................................................................................70
3.1.5. Сдвигатели/ограничители................................................................................74
3.2. Устройство генерации адреса AGU...........................................................................78
3.2.1. Взаимодействие регистров в триплете............................................................80
3.2.2. Типы арифметики.............................................................................................86
3.2.2.1. Линейная арифметика.........................................................................87
3.2.2.2. Модульная арифметика.......................................................................87
3.2.2.3. Арифметика с обратным переносом (бит-реверсивная,Мп = $0000).................................91
3.3. Устройство программного управления PCU............................................................95
3.3.1. Конвейер обработки команд............................................................................95
3.3.2. Контроллер декодирования команд PDC.......................................................97
3.3.3. Генератор адреса команд PAG.........................................................................97
3.3.3.1. Программный счетчик PC..................................................................98
3.3.3.2. Регистр состояния SR.........................................................................98

4. Представление данных и операции над ними..............................................110

4.1. Дополнительный код................................................................................................110
4.1.1. Переполнение в дополнительном коде.........................................................113
4.1.2. Умножение в дополнительном коде.............................................................114
4.2. Форматы данных.......................................................................................................116
4.3. Операции над данными............................................................................................119
4.3.1. Пересылка данных..........................................................................................119
4.3.2. Арифметические операции с данными.........................................................120
4.3.2.1. Сложение............................................................................................120
4.3.2.2. Умножение.........................................................................................121
4.3.3. Округление.......................................................................................................124
4.3.4. Нормализация..................................................................................................125

5. Организация памяти.....................................................................................128

5.1. Карта памяти DSP56000...........................................................................................129
5.2. Карта памяти DSP56001 ...........................................................................................131

6. Режимы адресации.......................................................................................133

6.1. Структура и синтаксис команды.............................................................................133
6.2. Режим прямой адресации.........................................................................................134
6.3. Режим косвенной адресации...................................................................................135
6.4. Режим специальной адресации...............................................................................135
6.4.1. Непосредственная адресация.........................................................................135
6.4.1.1. Непосредственная адресация 24-разрядной константы................136
6.4.1.2. Непосредственная адресация коротких 12- и 8-разрядных констант............137
6.4.2. Абсолютная адресация....................................................................................138
6.4.2.1. Абсолютная 16-разрядная адресация...............................................138
6.4.2.2. Абсолютная короткая 6-разрядная адресация................................139
6.4.2.3. Абсолютная I/O короткая 6-разрядная адресация.........................140
6.4.2.4. Абсолютная адресация в командах перехода..................................141
6.4.3. Неявная адресация..........................................................................................142
6.5. Описание компонентов содержательной части команды в режимах прямой, косвенной и специальной адресации.............................................................................142

7. Типы параллельных пересылок....................................................................145

7.1. Пересылка коротких констант.................................................................................147
7.2. Пересылка из регистра в регистр............................................................................148
7.3. Изменение содержимого регистра адреса..............................................................151
7.4. Пересылка в Х-памяти.............................................................................................152
7.5. Пересылка в Y-памяти..............................................................................................153
7.6. Пересылки в Х-памяти и из регистра в регистр....................................................153
7.7. Пересылки из регистра в регистр и в Y-памяти....................................................155
7.8. Пересылка в L-памяти..............................................................................................156
7.9. Пересылки в XY-памяти..........................................................................................157

8. Система команд............................................................................................159

8.1. Команды пересылки.................................................................................................159
8.1.1. Команда МОVE...............................................................................................160
8.1.2. Команда МОVEC.............................................................................................160
8.1.3. Команда MOVEM............................................................................................162
8.1.4. Команда МОVEP.............................................................................................163
8.1.5. Команда LUA...................................................................................................165
8.2. Арифметические команды........................................................................................166
8.2.1. Команды сложения и вычитания..................................................................167
8.2.1.1. Реализация алгоритмов сложения и вычитания чисел с двойной точностью при помощи команд ADC, SBC........169
8.2.2. Команды умножения......................................................................................171
8.2.2.1. Реализация алгоритма умножения с двойной точностью.............174
8.2.3. Команда деления DIV.....................................................................................177
8.2.4. Команды арифметического сдвига................................................................181
8.2.5. Команды сравнения........................................................................................183
8.2.6. Команда ТЕК пересылки внутри ALU данных............................................185
8.2.7. Команда Тсс пересылки по условию............................................................185
8.2.8. Команды декремента DEC и инкремента INC.............................................187
8.2.9. Команды ABS, СЕК, NEG, NORM, RND.......................................................187
8.3. Команды логических операций и сдвигов.............................................................190
8.3.1. Команды логических операций.....................................................................191
8.3.2. Команды логического и циклического сдвигов..........................................193
8.3.3. Команды логического умножения и сложения для управляющих регистров...........195
8.4. Команды бит-манипуляций.....................................................................................196
8.5. Команды цикла.........................................................................................................198
8.6. Команды управления программой..........................................................................202
8.6.1. Команда REP повторения следующей команды..........................................203
8.6.2. Команды отладки............................................................................................206
8.6.3. Команды перехода..........................................................................................206
8.6.3.1. Команды передачи управления........................................................207
8.6.3.2. Команды обращения к подпрограмме............................................208
8.6.3.3. Команды возврата..............................................................................209
8.6.3.4. Команды передачи управления по состоянию бита......................210
8.6.3.5. Команды обращения к подпрограмме по состоянию бита...........211
8.6.4. Команды общего управления........................................................................213
8.7. Время выполнения команды....................................................................................214
8.8. Алфавитный список команд процессора DSP56K.................................................214

9. Состояния процессора..................................................................................218

9.1. Нормальное состояние процессора.........................................................................218
9.1.1. Эффект конвейера...........................................................................................218
9.1.2. Недопустимые последовательности команд.................................................219
9.2. Состояние прерывания.............................................................................................221
9.2.1. Источники прерывания..................................................................................222
9.2.2. Структура приоритетов прерывания.............................................................223
9.2.3. Типы прерываний...........................................................................................226
9.2.3.1. Быстрое прерывание.........................................................................227
9.2.3.2. Долгое прерывание............................................................................228
9.2.4. Особенности обслуживания различных прерываний..................................230
9.2.4.1. Обслуживание прерываний от внешних источников IRQA,IRQB...............230
9.2.4.2. Обслуживание прерывания от внешнего источника NMI...........231
9.2.4.3. Обслуживание прерывания при аппаратном сбросе RESET.......231
9.2.4.4. Обслуживание прерывания по команде SWI..................................231
9.2.4.5. Обслуживание прерывания по команде III....................................232
9.2.4.6. Обслуживание прерываний по ошибке стека.................................233
9.2.4.7. Обслуживание прерываний при трассировке программы.............235
9.3. Состояние сброса......................................................................................................236
9.4. Состояние ожидания................................................................................................237
9.5. Останов процессора..................................................................................................238

10. Генератор тактовых импульсов с фазовой автоподстройкой частоты......239

10.1. Общая характеристика генератора тактовых импульсов......................................239
10.2. Структурная схема ГТИ с ФАПЧ...........................................................................240
10.3. Регистр управления ФАПЧ.....................................................................................241
10.4. Выводы ГТИ.............................................................................................................244
10.5. Начальная установка ФАПЧ при аппаратном сбросе..........................................246
10.6. Состояние останова.................................................................................................246

11. Порты, выводы и сигналы управления......................................................249

11.1. Электропитание и синхронизация.........................................................................250
11.2. Управление прерываниями и режимами...............................................................251
11.3. Порт А.......................................................................................................................252
11.3.1. Шины адреса и данных................................................................................253
11.3.2. Шина управления порта А...........................................................................253
11.4. Порт ввода/вывода В (Host-интерфейс)................................................................256
11.4.1. Порт В ввода/вывода общего назначения..................................................256
11.4.2. Host-интерфейс.............................................................................................257
11.4.2.1. Назначение выводов host-интерфейса.........................................257
11.4.2.2. Принцип пересылки данных через host-интерфейс...................259
11.4.2.3. Регистры host-интерфейса.............................................................260
11.4.2.4. Пример организации пересылки из процессора DSP56Kв host-процессор...............261
11.4.2.5. Пример организации пересылки из host-процессора в DSP56K......................262
11.5. Порт С последовательного обмена данными........................................................263
11.5.1. Общая характеристика порта С...................................................................263
11.5.2. Интерфейс последовательной передачи (SCI)...........................................263
11.5.2.1. Принцип работы интерфейса SCI................................................264
11.5.2.2. Синхронный и асинхронный режимы интерфейса SCI............267
11.5.2.3. Многоадресная (многопроцессорная) система...........................269
11.5.2.4. Регистры интерфейса SCI.............................................................270
11.5.3. Последовательный синхронный интерфейс (SSI).....................................276
11.5.3.1. Принцип работы интерфейса SSI.................................................278
11.5.3.2. Принцип синхронизации интерфейса SSI..................................280
11.5.3.3. Принцип работы генератора тактовых частот интерфейса SSI....282
11.5.3.4. Регистры интерфейса SSI..............................................................284

12. Внутрикристальный эмулятор ОпСЕ.........................................................290

12.1. Выводы эмулятора...................................................................................................291
12.2. Контроллер и последовательный интерфейс ОпСЕ.............................................293
12.2.1. Регистр команд ОпСЕ (OCR)......................................................................293
12.2.2. Счетчик битов ОВС......................................................................................295
12.2.3. Декодер эмулятора ODEC............................................................................295
12.2.4. Регистр состояния и управления (OSCR)..................................................295
12.3. Логика точек останова в памяти программ...........................................................297
12.3.1. Назначение элементов логики точек останова..........................................298
12.3.2. Работа логики точек останова.....................................................................299
12.4. Логика трассировки ОпСЕ......................................................................................300
12.5. Способы входа в режим отладки............................................................................301
12.6. Информация о конвейере и связанные регистры................................................302
12.7. Последовательный протокол связи........................................................................305

ЧАСТЬ II. ЯЗЫК АССЕМБЛЕРА ЦПОС ФИРМЫ MOTOROLA............307

13. Общие сведения о языке............................................................................309

13.1. Подготовка исполняемых программ. Этапы подготовки.Состав программного обеспечения...............309
13.2. Абсолютные и перемещаемые программные модули...........................................314
13.3. Модульный принцип построения прикладной программы. Формат COFF......314

14. Структура и основные конструкции языка................................................317

14.1. Структура программы на языке ассемблера..........................................................317
14.2. Основные конструкции языка................................................................................320
14.2.1. Константы.....................................................................................................320
14.2.2. Цепочки знаков — строки...........................................................................323
14.2.3. Символы (символические имена)...............................................................323
14.2.4. Выражения.....................................................................................................324
14.2.4.1. Определения...................................................................................324
14.2.4.2. Операторы, используемые в выражениях ассемблера................326
14.2.4.3. Ранги операторов............................................................................328
14.2.4.4. Функции..........................................................................................329
14.2.5. Операторы короткой и длинной адресации...............................................332
14.2.6. Специальные символы языка ассемблера..................................................334

15. Вызов ассемблера.......................................................................................335

15.1. Вызов и запуск ассемблера.....................................................................................335
15.2. Формат файла листинга...........................................................................................341

16. Построение программы. Организация секций.

Директивы построения секций...................................................................345

16.1. Общие сведения.......................................................................................................345
16.2. Счетчик расположения секции...............................................................................347
16.3. Абсолютный и относительный режимы трансляции...........................................347
16.4. Общие правила компоновки секций.....................................................................348
16.5. Секции и имена.......................................................................................................348
16.6. Секции и макросы...................................................................................................353
16.7. Директивы организации секций.............................................................................353
16.8. Директива ORG........................................................................................................358
16.9. Примеры организации и компоновки секций......................................................362

17. Директивы ассемблера...............................................................................373

17.1. Директивы управления процессом трансляции....................................................373
17.2. Директивы определения символов.........................................................................381
17.3. Директивы организации буферов...........................................................................384
17.4. Директивы заполнения и резервирования ячеек памяти....................................390
17.5. Директивы управления листингом трансляции....................................................394
17.6. Директива задания опций ассемблера ОРТ..........................................................395

18. Программирование стандартных структур.................................................402

18.1. Общие сведения.......................................................................................................402
18.2. Организация циклических структур.......................................................................403
18.2.1. Арифметический цикл .FOR........................................................................403
18.2.2. Арифметический цикл .LOOP.....................................................................405
18.2.3. Условный цикл "до тех пор пока", организуемый директивой .REPEAT.................406
18.2.4. Условный цикл "если", организуемый директивой .WHILE....................407
18.3. Директивы для организации процесса с ветвлением...........................................408
18.4. Условные выражения, используемые при организации структур.......................409
18.4.1. Простые условные выражения....................................................................410
18.4.2. Условные составные выражения.................................................................413

19. Средства макроассемблера.........................................................................414

19.1. Общие сведения.......................................................................................................414
19.2. Макрокоманды.........................................................................................................414
19.2.1. Макроопределение и макровызов...............................................................415
19.2.2. Фиктивные операторы параметра...............................................................418
19.2.3. Условная трансляция, локальные метки....................................................419
19.2.4. Передача меток в качестве параметров......................................................420
19.3. Макробиблиотеки....................................................................................................422
19.4. Директивы макроассемблера...................................................................................423
19.5. Директива RDIRECT................................................................................................428

20. Компоновка.................................................................................................430

20.1. Задачи, решаемые компоновщиком.......................................................................430
20.2. Вызов и запуск компоновщика..............................................................................431
20.3. Командный файл управления памятью.................................................................437
20.3.1. Директивы файла управления памятью. Общие сведения.......................437
20.3.2. Директивы оформления файлов и программ.............................................438
20.3.3. Директивы, определяющие конфигурацию памяти и размещение секций.................................441
20.3.4. Директивы, связанные с организацией буфера.........................................449
20.3.5. Директивы определения и задания длины секции...................................454
20.3.6. Директивы, задающие значения неопределенных символов...................456
20.4. Формат файла таблицы компоновки.....................................................................458

21. Создание и использование библиотеки объектных модулей......................461

22. Трансляция и компоновка оверлейных программ......................................465

22.1. Общие сведения.......................................................................................................465
22.2. Пример организации оверлейной программы при абсолютном режиме трансляции................................................................................................................466
22.3. Пример организации оверлейной программы при относительном режиме трансляции..............471

23. Оптимизация программы............................................................................477

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................................485

Отладочный модуль и оболочка ЕУМ56К...................................................487

Назначение и состав отладочного модуля EYM56K.....................................................487

Вводные замечания по программе-оболочке EYM-56K...............................................488

Особенности программы-оболочки отладочного модуля.....................................488

Запуск программы.....................................................................................................488

Краткая справка по командам управления оболочкой.........................................489

Назначение функциональных клавиш..........................................................489

Команды, вводимые при помощи дополнительных клавиш.....................489

Команды управления оболочкой.............................................................................490

Основные окна графического интерфейса оболочки...................................................496

2. Список сокращений......................................................................................497

Английские сокращения..................................................................................................497

Русские сокращения.........................................................................................................500

3. Список литературы.......................................................................................501

Предметный указатель.....................................................................................503