Гумеров Р.И. Цифровые сигнальные процессоры: сигналы, архитектура, основные элементы

Подождите немного. Документ загружается.

добавляется 1 в SE, если есть переполнение ALU (бит AV установлен). LO -

входной операнд, интерпретируемый как младшая половина числа с двойной

точностью (SR0).

Нормализация выполняется в два такта: вначале команда

SE = EXP xop;

Возвращает значение порядка и сохраняет его в регистре SE, затем команда

SR = NORM xop;

использует это значение для сдвига операнда. Масштабирование блока

реализуется командой

SB = EXPADJ xop;

Специальные функции сдвигателя: это непосредственный сдвиг. Величина

сдвига указывается в команде

SR = [SR OR] ASHIFT xop BY <DATA> (HI) ;

LSHIFT (LO)

3.3.2. Команды пересылки данных

Этот класс команд включает в себя процедуры записи и считывания между

регистрами и между регистрами и обоими блоками памяти (программной и

данных). Большой набор из 50 регистров доступен по шине DMD. Сюда

входят регистры, обрамляющие ALU, MAC, и SHIFTER в которых хранятся

входные и выходные данные, а также регистры

генератора адреса данных и

формирователя последовательности команд. Можно выделить десять классов

команд передачи данных.

Их форматы и операнды описываются ниже. За исключением команд с

непосредственной адресацией адреса данных вычисляются генератором

адреса данных (DAG) на основании содержимого регистров индексного (I) и

модификации (M). Есть следующие режимы перемещения данных:

3.3.2.1. Регистровые пересылки (регистр

-регистр)

Непосредственная загрузка регистров

Чтение (или запись) памяти данных с прямой (или косвенной) адресацией.

Терминология

reg= регистр доступный по DMD-bus

dreg= входные и выходные регистры ALU,MAC и сдвигателя (подмножество

reg)

непосредственные значения = 16-бит величины содержащиеся в команде.

Непосредственный адрес = 14-бит адрес содержащийся в педе команды.

Непосредственная загрузка регистра

reg=<data>;

пересылки регистр – регистр

reg=reg;

Если регистры имеют различную длину, то при перемещении содержимого

из большего

в меньший старшие (не входящие) биты теряются. При

перемещении из меньшего в больший старшие биты заполняются битом

знака (или нулями для чисел без знака.)

Обмен данными с памятью данных (DM) с непосредственно указанным

адресом (прямая адресация): адрес указывается 14-бит словом

расположенным непосредственно в команде. Поскольку ни один регистр не

связан с

генерацией адреса, то любой доступный регистр может быть

операндом при этом виде адресации.

3.3.2.2. Команды чтения/записи для памяти данных

reg=DM(<addr>); <addr> адрес

Запись в память данных

DM(<addr>)=reg;

Косвенная адресация: данные, вызываемые командой, перемещаются между

регистрами данных dreg и памятью данных (DM) или памятью программ

(PM). Адрес памяти для текущей

операции обеспечивается одним из четырех

регистров (Im) генератора памяти данных (DAG). Значение I может

модифицироваться одним из четырех регистров модификации (Mn) и одним

из четырех регистров (Lm).

Операции:

Чтение/запись по адресу определенному указателем:

Адрес памяти = Im

Затем указатель модифицируется

Im = ( Im + Mn ) mod L

При косвенной адресации возможен доступ и программной памяти и к

памяти данных. Для памяти данных (DM) регистры индексный Im и

модификации Mn задаются номерами от 0 до 3-х (для DAG 1), от I0 до I3, M0

до M3, а для

памяти программ номерами от 4-х до 7-ми (для DAG 2), от I4 до

I7 и от M4 до M7. Регистр длины кольцевого буфера (регистр модуля) L

является парным по отношению к индексным регистрам (принимает тот же

номер, что и индексный регистр), например, регистр L5 связан с I5.

Чтение в регистры из памяти:

dreg=DM(Im,Mn);

dreg=PM(Im,Mn);

Запись в память данных:

;

Запись в память программ:

DM(Im,Mn) =

Dreg

<data>

PM(Im,Mn) = dreg;

3.3.3. Мультифункциональные команды (команды, выполняющиеся

одновременно, в едином цикле).

3.3.3.1. Мультифункциональные команды с чтением данных из DM или

PM:

AX0 = DM ( I0 , M0 ), AY0 = PM ( I4 , M4 );

AX1 I1 , M1 AY1 I5 , M5

MX0 I2 , M2 MY0 I6 , M6

MX1 I3 , M3 MY1 I7 , M7

Смысл команд очевиден и не требует комментариев.

3.3.3.2. Мультифункциональные арифметические команды.

Этот тип команд предназначен для выполнения более одной операции в

такте, комбинируя арифметику с независимыми пересылками данных. В

пределах 24-бит командного слова ADSP-2100 возможны только

определенные комбинации.

Арифметическая часть: здесь допускаются только стандартные функции

(ALU, MAC, SHIFTER); не допускается условное выполнение команд, а также

команды непосредственного сдвига и деления.

Часть передачи данных: доступ к памяти только через косвенную адресацию

и только регистры данных (dregs) могут быть операндами.

К арифметическим мультифункциональным классам

относятся:

Арифметика с пересылками регистр- регистр

Арифметика с чтением из DM или PM

Арифметика с записью в DM или PM

Арифметика с чтением из DM и PM

Формат из двух инструкций разделяется запятой и выглядит следующим

образом

Do first, Do second;

Где арифметические операции и пересылки данных могут иметь порядок

либо

“Destination

” = “Source”, арифметическая операция над операндами;

либо

арифметическая операция над операндами, “Destination” = “Sourse”;

Для каждого класса операций один из порядков является

привилегированным. Комбинированные команды интерпретируются как

исполняемые слева направо, однако порядок при некоторых условиях может

меняться в зависимости от связей между приемником (“Destination”) и

источником (“Source”).

Арифметика с пересылками регистр- регистр: В

привилегированной версии

данные в регистре “Destination” могут использоваться как арифметический

операнд до того как “Destination” будет загружен содержимым регистра

“Source”. Эта версия выглядит следующим образом:

<ALU> , dreg = dreg;

<MAC>

В другой версии данные из регистра “Source” сначала копируются в регистр

“Destination”, а затем операнды, которые могут включать и регистр

“Source” используются в арифметической части. Это может быть

представлено в виде:

Dreg = dreg, <ALU>

;

<MAC>

Мультифункциональные команды достаточно часто включают одни и те же

регистры дважды и при этих ситуациях должны наблюдаться следующие

ограничения:

1. dreg “Destination” в первой функции не может быть использован как

операнд во второй; dreg “Source” в первой функции может быть

использован для записи результата во второй.

2. Обе операции не могут использовать один

и тот же dreg как приемник.

Арифметика с чтением DM или PM:

<ALU> , dreg = DM (Im, Mn)

;

<MAC> PM (Im, Mn)

Здесь выполняется арифметическая операция, а затем имеет место передача

из памяти в dreg. Регистры индексный Im и модификации Mn имеют н6омера

от 0 до3-х для DM (для DAG1) и от 4-х до 7 для PM (для DAG2 ). Эта

операция может выполняться также и в обратном порядке. Если появляются

одинаковые обозначения регистра и в арифметической операции и в

пересылке данных, то применяются вышеуказанные правила.

Арифметика с записью в DM или PM:

DM (Im, Mn) = dreg, <ALU>

;

PM (Im, Mn) <MAC>

Выполняется запись из обозначенного регистра dreg в память, выполняется

арифметическое действие. Опции регистров индекса и модификации те же,

что и в предыдущем случае. Операции могут выполняться и в обратном

порядке, но результат арифметической операции не сможет быть передан в

память в том же такте.

Арифметика плюс одновременная загрузка из DM и PM:

<ALU> , AX0 =DM( I0 , M0 ), AY0 =PM( I4 , M4 );

<MAC> AX1 I1 , M1 AY1 I5 , M5

MX0 I2 , M2 MY0 I6 , M6

MX1 I3 , M3 MY1 I7 , M7

Здесь во втором полутакте входные регистры ALU или MAC загружаются

данными, которые затем, в следующем первом полутакте могут

обрабатываться. Есть определенные ограничения для этих комбинированных

команд: регистры обратной связи AF и MF не могут принимать результаты

арифметических операций, поскольку заняты в однотактных операциях

переброски данных.

3.3.4. Команды управления ходом программы.

Этот

класс команд управляет действиями PSqr. Если в программе нет таких

команд, то PSqr автоматически выбирает следующую по порядку команду

для исполнения, то есть работает как счетчик команд. Команды управления

ходом программы обеспечивают:

- обслуживание прерываний;

- вызов подпрограмм;

- циклы типа DO;

- команды TRAP.

Опциональное условие “IF” прежде всего

проверяет статусные состояния,

определенные выше. Формат команд JAMP и CALL может быть представлен

в следующем виде:

IF [условие] JUMP I4 ;

CALL I5

<addr>

3.3.4.1. Команды JUMP/CALL. Команда JUMP передает управление команде

находящейся по новому адресу, как при обслуживании прерываний. Команда

CALL вызывает и исполняет подпрограмму, при этом засылает текущее

содержимое PC в стек PC, как адрес возврата из подпрограммы. Адреса для

JUMP или CALL имеют один из двух источников: метка <addr>, просто

записанная в программе, или

индексный регистр доступный для DAG2.

Регистр I на который ссылается CALL (или JUMP) не модифицируется

регистрами M или L адресного генератора. Если условием пренебрегают, то

команды CALL или JUMP выполняются безусловно.

Команда возврата RETURN. Формат команды имеет вид:

IF [условие] RTS

;

RTI

Имеется два варианта возврата: RTS – возврат из подпрограмм и RTI –

возврат из программы обслуживания прерывания. В любом случае команда

RETURN извлекает адрес возврата из стека PC. Возврат из прерывания также

восстанавливает статусную информацию арифметических устройств и маску

регистра прерываний. В отличие от большинства универсальных

микропроцессоров отдельной команды POP для восстановления статусной

информации не требуется. Если условие опускается, то команда выполняется

безусловно.

3.3.4.2. Команды цикла. Они имеют вид:

DO <addr> [UNTIL условие];

Метка <addr> указывает на последнюю команду (адрес последней команды)

цикла. Условие определяет завершение цикла: либо счетчик циклов достиг

нуля, либо установлен заданный флаг. При выполнении операции DO адрес

<addr> и условие завершения цикла загружаются в стек циклов PSqr, а

текущее содержимое счетчика команд, то есть PC+1 загружается в стек PC

для того, чтобы иметь адрес для продолжения программы после завершения

цикла. Код условия проверяется аппаратно каждый раз при прохождении

команды по адресу <addr>.

3.3.4.3. Команда TRAP. Команда TRAP используется при отладке

программы,

по условию останавливает работу процессора. Формат команды:

[IF условие] TRAP;

Если условие не требуется, то команда используется безусловно.

3.3.5. Смешанные команды. Это последний класс команд из набора и

используется для модификации содержимого индексных регистров,

управления стеками, и переключения альтернативных регистровых банков.

3.3.5.1. Модификация адресных регистров:

MODIFY(Im,Mn);

Значение адреса в индексном регистре I модифицируется значением

M(по

модулю L), как при косвенно-индексной адресации, но без передачи данных

из памяти (или в память). Для любого адресного генератора (DAG1 или

DAG2) значение в Mn складывается с содержимым Im , а затем выполняется

обработка модульной логикой с использованием значения длины буфера Lm;

результат этих операций сохраняется в Im. Выбор регистров

Im и Mn для

DAG1 задается в интервале от I0 до I3 и от M0 до M3, а для DAG2 – от I4 до

I7 и M4 до M7.

3.3.5.2. Управление стеком. Команды «ручного» управления стеками.

Формат команды:

Команды PUSH и POP статусного стека повторяют команды обычных

микропроцессоров, но часто не используются, поскольку при вызове

подпрограмм и переходе к подпрограммам обработки прерываний эти

функции выполняются автоматически. Комбинация функций управления

стеками обеспечивает вложение циклов с многократными вызовами

подпрограмм, а также вложение циклов с ветвлениями.

3.3.5.3. Управление режимом. Команды управления режимом

переключают контекст между двумя идентичными наборами регистров

(основным и скрытым); включают или выключают бит-реверсирование,

обеспечивают «защелкивание» состояния ALU при переполнении, включают

режим насыщения AR. Любое число этих режимов может быть

установлено

за один такт и остается неизменным до следующей установки.

3.3.6. Формат основных команд для ADSP-2100

23 22 21 20 19 18 17 1615141312111098 7 6 5 43210

1 1 PD DD AMF YOP XOP PM

Адресные регистры

Y X PM DM

операнды косвенная адресация

Регистры Регистры функции ALU/MAC Y0:00 X0:000 и модификация

программной памяти Y1:01 X1:001

памяти данных X*Y(RND): 00001 F: 10 AR:010 I4:00 M4:00 I0:00 M0:00

AY0:00 AX0:00 MR+X*Y(RND):00010 Zero:11 MR0:011 I5:01 M5:01 I1:01 M1:01

AY1:01 AX1:01 MR+X*Y(SS): 01000 MR1:100 I6:10 M6:10 I2:10 M2:10

MY0:10 MX0:01 ets. MR2:101

I7:11 M7:11 I3:11 M3:11

MY1:11 MX1:11 SR0:110

SR1:111

Приводимые ниже примеры программного кода иллюстрируют свойства

данной системы команд: компактный код, мультифункциональные команды,

высокую производительность и относительную надежность. Рассмотрим

пример КИХ-фильтра.

.MODULE fir_sub

{

FIR Transversal Filter Subroutine

Вызываемые параметры

старшая выборка входных данных

L0 = длина фильтра (N)

начало таблицы коэффициентов фильтра

L4 = длина фильтра (N)

M1, M5 = 1

CNTR = длина фильтра –1 (N-1)

Возвращаемые значения

MR1 = сумма произведений (с округлением и насыщением)

старшая выборка входных данных

начало таблицы коэффициентов фильтра

Другие используемые регистры

MX0, MY0, MR

Время вычисления

N-1 + 5 + 2 такта

}

.ENTRY fir;

fir: MR0 = 0, MX) = DM(I0,M1), MY = PM(I4,M5);

DO sop UNTIL CE;

sop: MR = MR + MX0*MY0(SS), MX0 = DM(I0,M1), MY0 = PM(I4.M5);

MR = MR + MX0*MY0(RND);

IF MV SAT MR

RTS;

.ENDMOD;

Описание целевой системы

Построение системы начинается с ее описания, ее спецификации, где

представляются конфигурации памяти и портов ввода/вывода.

Перечисляются по блокам адреса программной памяти и памяти данных с

намеченными атрибутами. Приводим пример для КИХ-фильтра:

SYSTEM signal_processor{системный файл для signal_processor }

.SEG/ROM/ABS = 0/PM/CODE program_mem[8192]; {объявление таблицы

коэффициентов в PM}

.SEG/RAM/ABS = 8192/PM/DATA coefficients[2048]; {объявление таблицы коэффициентов

вDM}

.SEG/RAM/ABS = 0/DM/DATA data[16384]; {объявление памяти данных}

.PORT/ABS = 16382 ad_converter; {объявление входного порта}

.PORT/ABS = 16383 da_converter; {объявление выходного порта}

.ENDSYS;

Пример подпрограммы резидентной в ROM памяти, с меткой входа

STARTFILTER.