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【摘要】在DSP技术应用中,芯片内部以及外部扩展存储器空间的配置是DSP软件开发的基础。本文以TMS320C54x系列DSP芯片为例,详细介绍了DSP芯片片内和片外存储空间的配置方法。
【关键词】C54x;存储空间;存储器扩展
【中图分类号】G242 【文献标识码】A 【文章编号】1001-4128(2010)10-0130-03
1 引言
在《DSP原理与技术》课程的教学过程中,发现学生对DSP存储空间的概念理解不透、掌握不好,教材与参考书中都没有对这一问题具体阐述,并且相关的知识点也不集中。这进一步影响了学生的实习任务。反应的问题集中在三点:①程序空间、数据空间及I/O空间的分配;②扩展的程序存储器、数据存储器及I/O与存储空间的映射关系;③I/O空间的访问。这里以TMS320C54x系列DSP为例,讨论DSP存储空间的相关问题。
1 C54x系列DSP的存储空间安排
2.1 存储空间
C54x的存储空间由程序空间、数据空间与I/O空间3个独立的可选择空间组成,它们的地址采用片内与片外统一编址,范围都是0000H~FFFFH,即大小都是64K字,C54x的存储空间共计192K字。程序空间存放用户程序代码与系统常数表,可以使用片内或片外的RAM、ROM或EPROM等类型的存储器;数据空间存放执行指令所使用的数据(需要处理的数据或数据处理的中间结果),可使用片内或片外的RAM 和ROM类型的存储器;I/O空间用于访问片外设备,也可以作为扩展的数据存储空间使用。以C5402为例,其存储空间映射结构如图1所示。
从图1可以看出,C54x的存储空间结构与处理器工作方式状态寄存器PMST(如图2所示)有关,可以通过PMST中的3个控制位(MP/MC、OVLY与DROM)来配置存储器空间。存储空间可以指定使用片内存储器或片外存储器来实现,并且规划了它们的位置,如果存储空间中使用了片内存储器,可以进一步定义其作为程序空间或数据空间。PMST中3个控制位的功能如下:
①MP/MC位。MP/MC=0,则片内ROM安排到程序空间;M P/MC=1,则片内ROM 不安排到程序空间。
②OVLY位。OVLY=1,则片内R A M安排到程序和数据空间;OVLY=0,则片内RAM 只安排到数据存储空间。
OVLY=1时,内部RAM既是数据区又是程序区,这样的设置使程序可以在片内全速运行,但是,应该注意到,程序与数据区是共用的,在链接时必须将程序与数据分开,以避免重叠,这可以在CMD文件中设置。
③DROM 位。当DROM=1,则部分片内ROM安排到数据空间;DROM=0,则片内ROM不安排到数据空间。
在设计电路或程序时要根据实际情况配置这3个控制位,使系统的存储器空间能够满足应用需求。
2.2 程序存储空间
C54x系列DSP提供64K字的程序存储空间,虽然与数据空间、I/O空间同样编制到0000H~FFFFH范围,但是CPU可以自动地识别并按程序地址生成器PAGEN产生的地址进行寻址。如果程序代码超过了这个范围,可以通过程序计数扩展寄存器XPC进行分页扩展,以C5402为例,C5402有20条外部程序地址总线,其程序空间可以扩展到1024K字,4位寄存器XPC和16位程序计数器PC一起支持对这1024K字程序空间的访问。扩展的程序存储空间如图3所示。
C5402 的1024K字的程序存储空间分为16页,每页64K字,在第1~15页中,每一页分为两部分,低16K字与高48K字。如果MP/MC=0,内部ROM只能在第0页被寻址,不能映射到程序空间的其他页。如果OVLY=1,程序存储空间使用内部RAM,在第1~15页中的低16K字(x0000H~x3FFFH)都被映射到内部RAM(0000H~3FFFH)中。
当MP/MC=0时,C5402有4K字的片内ROM被映射到程序空间F000H~FFFFH,其中高2K字(F800H~FFFFH)的内容由TI公司定义,包含的内容如图4所示。
当OVLY=1时,0000H~007FH保留,程序不能占用,0080H~3FFFH定义为内部DRAM,由程序存储空间与数据存储空间共同使用。另外,当MP/MC=1时,不使用内部ROM,4000H~FFFFH映射到外部存储器;当OVLY=0时,不使用内部RAM,0000H~3FFFH定义为外部程序存储空间。
2.3 数据存储空间
C54x的64K字数据存储空间在0000H~FFFFH范围内,CPU可以自动地识别并按数据地址生成器DAGEN产生的地址进行寻址。以C5402 为例,其中前16K字(0000H~3FFFH)映射到DARAM,从0000H~005FH是存储器映像寄存器部分;从0060H~007FH是暂存式RAM部分;从0080H~3FFFH的空间再分为127个大小为128字的数据块,这个区域可通过设置OVLY位映射到数据或程序空间。
当DROM=0时,C5402的4000H~FFFFH映射到外部存储器;当DROM=1时,C5402的F000H~FEFFH与程序存储空间共同使用相应区域的片内ROM。
2.4 I/O空间
C54x的64K的I/O空间可以使用PORTR指令进行I/O空间寻址从端口把数据读到数据存储器单元中,使用PORTW指令进行I/O空间寻址把数据写到端口。
3 存储器与I/O的扩展
在C54x系列芯片中,不同型号的芯片其内部存储器的配置有所不同,为了满足程序开发的需求,有时需要扩展存储器或I/O设备。这里提供存储器或I/O扩展的电路应用,目的还是为了理解存储空间分配的概念。
3.1 程序存储器的扩展
AT29LV1024是1M-bit的FLASH ROM存储器,图5是C5402 与AT29LV1024的程序存储器扩展电路,地址总线、数据总线与写信号分别连接,片选信号nCE接DSP的外部程序存储器片选信号nPS,存储器的nOE接DSP的外部存储器片选通信号nMSTRB。
3.2 数据存储器的扩展
ICSI64LV16是64K×16-bit的高速数据存储器,图6是C5402与ICSI64LV16的数据存储器扩展电路,地址总线、数据总线与写信号分别连接,片选信号nCE接DSP的外部数据存储器片选信号nDS。
3.3 I/O的扩展
液晶显示模块TCM-A0902作为扩展的I/O设备,与C5402的连接如图7所示。液晶显示模块A0为数据、命令寄存器的选择引脚与DSP的A15地址线连接,占用两个I/O口地址,分别为数据端口地址BFFFH与命令端口地址3FFFH。
4 I/O空间的访问
在汇编程序中,使用PORTR与PORTW指令实现读I/O端口到数据存储器单元与写数据到端口,例如:PORTR #0h,*AR2; 从端口0H读数据到数据存储器单元;PORTW *AR1,04h; 从*AR1写数据到端口04H。
在C语言中,操作I/O空间可以用关键字“IOport”声明文件级的“port”型变量,说明格式:IOport type porthex_num,其中type表示I/O空间数据的类型,porthex_num是16进制表示的I/O空间地址。如下例:
IOport int port100
Int temp;
main(){
temp=port100; /*从I/O空间的0x100单元读一个数据存放到temp变量中*/}
5 结束语
通过对TMS320C54x系列DSP存储空间的主题探讨,学生明晰了相关概念与知识点。接着,指导学生参看原理图加深理解程序存储器、数据存储器的电路扩展及I/O的电路扩展方法。在此基础上要求学生在CCS IDE(‘C5000)环境中重做存储器访问与I/O口访问的程序,从效果来看,在这个阶段已经可以能够描述任务、分析结构流程并且理解程序语句。由此可见,理解DSP存储空间的概念对开发与编程都很重要、很有帮助。
参考文献
[1] 邹彦. DSP原理及应用[M]. 电子工业出版社,2005
[2] 彭启琮. DSP技术的发展与应用(M). 高等教育出版社,2009
[3] TI. TMS320VC5402 FIXED-POINT DIGITAL SIGNAL PROCESSOR. Texas Instruments Incorporated, 2000
【关键词】C54x;存储空间;存储器扩展
【中图分类号】G242 【文献标识码】A 【文章编号】1001-4128(2010)10-0130-03
1 引言
在《DSP原理与技术》课程的教学过程中,发现学生对DSP存储空间的概念理解不透、掌握不好,教材与参考书中都没有对这一问题具体阐述,并且相关的知识点也不集中。这进一步影响了学生的实习任务。反应的问题集中在三点:①程序空间、数据空间及I/O空间的分配;②扩展的程序存储器、数据存储器及I/O与存储空间的映射关系;③I/O空间的访问。这里以TMS320C54x系列DSP为例,讨论DSP存储空间的相关问题。
1 C54x系列DSP的存储空间安排
2.1 存储空间
C54x的存储空间由程序空间、数据空间与I/O空间3个独立的可选择空间组成,它们的地址采用片内与片外统一编址,范围都是0000H~FFFFH,即大小都是64K字,C54x的存储空间共计192K字。程序空间存放用户程序代码与系统常数表,可以使用片内或片外的RAM、ROM或EPROM等类型的存储器;数据空间存放执行指令所使用的数据(需要处理的数据或数据处理的中间结果),可使用片内或片外的RAM 和ROM类型的存储器;I/O空间用于访问片外设备,也可以作为扩展的数据存储空间使用。以C5402为例,其存储空间映射结构如图1所示。
从图1可以看出,C54x的存储空间结构与处理器工作方式状态寄存器PMST(如图2所示)有关,可以通过PMST中的3个控制位(MP/MC、OVLY与DROM)来配置存储器空间。存储空间可以指定使用片内存储器或片外存储器来实现,并且规划了它们的位置,如果存储空间中使用了片内存储器,可以进一步定义其作为程序空间或数据空间。PMST中3个控制位的功能如下:
①MP/MC位。MP/MC=0,则片内ROM安排到程序空间;M P/MC=1,则片内ROM 不安排到程序空间。
②OVLY位。OVLY=1,则片内R A M安排到程序和数据空间;OVLY=0,则片内RAM 只安排到数据存储空间。
OVLY=1时,内部RAM既是数据区又是程序区,这样的设置使程序可以在片内全速运行,但是,应该注意到,程序与数据区是共用的,在链接时必须将程序与数据分开,以避免重叠,这可以在CMD文件中设置。
③DROM 位。当DROM=1,则部分片内ROM安排到数据空间;DROM=0,则片内ROM不安排到数据空间。
在设计电路或程序时要根据实际情况配置这3个控制位,使系统的存储器空间能够满足应用需求。
2.2 程序存储空间
C54x系列DSP提供64K字的程序存储空间,虽然与数据空间、I/O空间同样编制到0000H~FFFFH范围,但是CPU可以自动地识别并按程序地址生成器PAGEN产生的地址进行寻址。如果程序代码超过了这个范围,可以通过程序计数扩展寄存器XPC进行分页扩展,以C5402为例,C5402有20条外部程序地址总线,其程序空间可以扩展到1024K字,4位寄存器XPC和16位程序计数器PC一起支持对这1024K字程序空间的访问。扩展的程序存储空间如图3所示。
C5402 的1024K字的程序存储空间分为16页,每页64K字,在第1~15页中,每一页分为两部分,低16K字与高48K字。如果MP/MC=0,内部ROM只能在第0页被寻址,不能映射到程序空间的其他页。如果OVLY=1,程序存储空间使用内部RAM,在第1~15页中的低16K字(x0000H~x3FFFH)都被映射到内部RAM(0000H~3FFFH)中。
当MP/MC=0时,C5402有4K字的片内ROM被映射到程序空间F000H~FFFFH,其中高2K字(F800H~FFFFH)的内容由TI公司定义,包含的内容如图4所示。
当OVLY=1时,0000H~007FH保留,程序不能占用,0080H~3FFFH定义为内部DRAM,由程序存储空间与数据存储空间共同使用。另外,当MP/MC=1时,不使用内部ROM,4000H~FFFFH映射到外部存储器;当OVLY=0时,不使用内部RAM,0000H~3FFFH定义为外部程序存储空间。
2.3 数据存储空间
C54x的64K字数据存储空间在0000H~FFFFH范围内,CPU可以自动地识别并按数据地址生成器DAGEN产生的地址进行寻址。以C5402 为例,其中前16K字(0000H~3FFFH)映射到DARAM,从0000H~005FH是存储器映像寄存器部分;从0060H~007FH是暂存式RAM部分;从0080H~3FFFH的空间再分为127个大小为128字的数据块,这个区域可通过设置OVLY位映射到数据或程序空间。
当DROM=0时,C5402的4000H~FFFFH映射到外部存储器;当DROM=1时,C5402的F000H~FEFFH与程序存储空间共同使用相应区域的片内ROM。
2.4 I/O空间
C54x的64K的I/O空间可以使用PORTR指令进行I/O空间寻址从端口把数据读到数据存储器单元中,使用PORTW指令进行I/O空间寻址把数据写到端口。
3 存储器与I/O的扩展
在C54x系列芯片中,不同型号的芯片其内部存储器的配置有所不同,为了满足程序开发的需求,有时需要扩展存储器或I/O设备。这里提供存储器或I/O扩展的电路应用,目的还是为了理解存储空间分配的概念。
3.1 程序存储器的扩展
AT29LV1024是1M-bit的FLASH ROM存储器,图5是C5402 与AT29LV1024的程序存储器扩展电路,地址总线、数据总线与写信号分别连接,片选信号nCE接DSP的外部程序存储器片选信号nPS,存储器的nOE接DSP的外部存储器片选通信号nMSTRB。
3.2 数据存储器的扩展
ICSI64LV16是64K×16-bit的高速数据存储器,图6是C5402与ICSI64LV16的数据存储器扩展电路,地址总线、数据总线与写信号分别连接,片选信号nCE接DSP的外部数据存储器片选信号nDS。
3.3 I/O的扩展
液晶显示模块TCM-A0902作为扩展的I/O设备,与C5402的连接如图7所示。液晶显示模块A0为数据、命令寄存器的选择引脚与DSP的A15地址线连接,占用两个I/O口地址,分别为数据端口地址BFFFH与命令端口地址3FFFH。
4 I/O空间的访问
在汇编程序中,使用PORTR与PORTW指令实现读I/O端口到数据存储器单元与写数据到端口,例如:PORTR #0h,*AR2; 从端口0H读数据到数据存储器单元;PORTW *AR1,04h; 从*AR1写数据到端口04H。
在C语言中,操作I/O空间可以用关键字“IOport”声明文件级的“port”型变量,说明格式:IOport type porthex_num,其中type表示I/O空间数据的类型,porthex_num是16进制表示的I/O空间地址。如下例:
IOport int port100
Int temp;
main(){
temp=port100; /*从I/O空间的0x100单元读一个数据存放到temp变量中*/}
5 结束语
通过对TMS320C54x系列DSP存储空间的主题探讨,学生明晰了相关概念与知识点。接着,指导学生参看原理图加深理解程序存储器、数据存储器的电路扩展及I/O的电路扩展方法。在此基础上要求学生在CCS IDE(‘C5000)环境中重做存储器访问与I/O口访问的程序,从效果来看,在这个阶段已经可以能够描述任务、分析结构流程并且理解程序语句。由此可见,理解DSP存储空间的概念对开发与编程都很重要、很有帮助。
参考文献
[1] 邹彦. DSP原理及应用[M]. 电子工业出版社,2005
[2] 彭启琮. DSP技术的发展与应用(M). 高等教育出版社,2009
[3] TI. TMS320VC5402 FIXED-POINT DIGITAL SIGNAL PROCESSOR. Texas Instruments Incorporated, 2000