理解TMS320C54x硬件结构与工作原理

本章讲述了TMS320C54x系列DSP的硬件结构，以TMS320C54x系列中广为流行的TMS320VC5402为主，详细介绍了DSP的内部总线结构、中央处理单元CPU、存储器、片内外设、复位操作及省电方式、中断和流水线以及引脚功能。由于TMS32C54x完善的体系结构，并配备了功能强大的指令系统，使得处理器处理速度快、适应性强。同时，处理器采用了模块化设计以及先进的集成电路设计，使得处理器功耗小、成本低，在移动通信等实时嵌入系统中得到了广泛应用。通过本章的学习，要求读者深刻理解TMS320C54x系列DSP硬件结构中的各个基本概念，掌握TMS320C54x的硬件结构及工作原理。

掌握TMS320C54x的硬件结构及工作原理，是学习DSP应用技术的基础。本章作为DSP应用技术中的重点部分，同时由于TMS320C54x的硬件结构复杂，相关组成部分较多，又成为DSP应用技术中的难点部分。下面对本章的各个知识点进行简要概述：

1）TMS320C54x的内部结构基本上可以分为3大部分，分别为CPU、存储器系统、片内外设与专用硬件电路。TMS320C54x的主要特性从CPU部分、存储器、片内外设、指令系统、电源、片内仿真接口和速度7个方面体现出来。

2）TMS320C54x采用了先进的总线结构，片内有8条16位总线，分别是1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线，同时，还有1组双向总线用于寻址片内外围电路。

3）TMS320C54x的中央处理单元CPU由40位算术逻辑运算单元（ALU）、2个40位累加器、1个40位桶形移位寄存器、乘法器/加法器单元（MAC）、比较、选择和存储单元（CSSU）、指数编码器、3个CPU状态和控制寄存器（ST0、ST1、PMST）和两个地址发生器组成。它负责进行程序流的控制和指令的处理，完成数据的传送，执行算术运算、布尔逻辑及移位操作等。对所有的TMS320C54x器件而言，CPU是相同的。

4）TMS320C54x的总存储空间为192K字，分为3个可选择的存储空间：64K字的程序存储空间、64K字的数据存储空间和64K字的I/O空间。有些处理器的程序存储空间可扩展到8M字。所有的TMS320C54x的片内存储器都包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM又分为双访问RAM（DARAM）和单访问RAM（SARAM）。RAM总是安排到数据存储空间，但也可以设置成程序存储空间。ROM一般构成程序存储空间，也可以部分地设置为数据存储空间。TMS320C54x通过3个CPU状态位，即、OVLY和DROM，影响存储器的空间分配。

5）TMS320C54x的片内外设都有通用I/O端口、一个定时器、一个时钟发生器、一个软件可编程等待状态发生器和一个可编程块切换逻辑。不同的处理器有着不同类型的串行口、主机接口（HPI）、DMA控制器等。

4）TMS320C54x的总存储空间为192K字，分为3个可选择的存储空间：64K字的程序存储空间、64K字的数据存储空间和64K字的I/O空间。有些处理器的程序存储空间可扩展到8M字。所有的TMS320C54x的片内存储器都包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM又分为双访问RAM（DARAM）和单访问RAM（SARAM）。RAM总是安排到数据存储空间，但也可以设置成程序存储空间。ROM一般构成程序存储空间，也可以部分地设置为数据存储空间。TMS320C54x通过3个CPU状态位，即、OVLY和DROM，影响存储器的空间分配。

5）TMS320C54x的片内外设都有通用I/O端口、一个定时器、一个时钟发生器、一个软件可编程等待状态发生器和一个可编程块切换逻辑。不同的处理器有着不同类型的串行口、主机接口（HPI）、DMA控制器等。

6）TMS320C54x提供了一个外部复位信号的输入端引脚，通过可以对DSP进行复位。TMS320C54x的复位有两种方式，分别为软件复位和硬件复位。硬件复位电路包括上电复位、手动复位和自动复位。(www.xing528.com)

7）中断和流水线是DSP工程设计中两个特别重要的问题。中断是由硬件驱动或软件驱动的信号。中断信号可以使TMS320C54x暂停正在执行的程序而转去执行中断服务程序。TMS320C54x处理中断分为接受中断请求、响应中断和执行中断服务程序3个阶段。TMS320C54x有一个6段的指令流水线，在同一个机器周期内，在不同的操作阶段可以处理多条指令，相当于并行执行了多条指令，从而减少指令执行时间，增强了处理器的处理能力。

8）TMS320C54x系列DSP具有144个引脚，可采用LQFP和BGA两种封装方式。

读者在开始学习TMS320C54x的硬件结构的时候，如果不能一下子完全理解所有的内容，可以从基本概念入手，先理解硬件各部分特性及完成功能，然后结合在实验或实际使用中用到的DSP的某个硬件部分，再详细研究这部分，直到研究透彻。这样既省时间，又能学好、学精。

学好DSP的硬件结构是掌握DSP应用技术的重要环节，学好DSP的硬件结构可以使读者今后能够正确使用DSP并发挥出DSP的技术优势，也为以后的软件编程打下基础。希望读者通过本章的学习能够对TMS320C54x的硬件平台及编程模型有一个全面的了解。

6）TMS320C54x提供了一个外部复位信号的输入端引脚，通过可以对DSP进行复位。TMS320C54x的复位有两种方式，分别为软件复位和硬件复位。硬件复位电路包括上电复位、手动复位和自动复位。

7）中断和流水线是DSP工程设计中两个特别重要的问题。中断是由硬件驱动或软件驱动的信号。中断信号可以使TMS320C54x暂停正在执行的程序而转去执行中断服务程序。TMS320C54x处理中断分为接受中断请求、响应中断和执行中断服务程序3个阶段。TMS320C54x有一个6段的指令流水线，在同一个机器周期内，在不同的操作阶段可以处理多条指令，相当于并行执行了多条指令，从而减少指令执行时间，增强了处理器的处理能力。

8）TMS320C54x系列DSP具有144个引脚，可采用LQFP和BGA两种封装方式。

读者在开始学习TMS320C54x的硬件结构的时候，如果不能一下子完全理解所有的内容，可以从基本概念入手，先理解硬件各部分特性及完成功能，然后结合在实验或实际使用中用到的DSP的某个硬件部分，再详细研究这部分，直到研究透彻。这样既省时间，又能学好、学精。

学好DSP的硬件结构是掌握DSP应用技术的重要环节，学好DSP的硬件结构可以使读者今后能够正确使用DSP并发挥出DSP的技术优势，也为以后的软件编程打下基础。希望读者通过本章的学习能够对TMS320C54x的硬件平台及编程模型有一个全面的了解。