DSP原理 第四章
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第四章 54系列中央处理单元----CPU 54系列中央处理单元 CPU 系列中央处理单元----
目的：掌握CPU各部分功能 目的：掌握CPU各部分功能 54系列CPU概述参看2-3节 54系列 系列CPU概述参看 概述参看2
本章主要内容
4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 CPU状态与控制寄存器 ST CPU状态与控制寄存器----ST0，ST1 状态与控制寄存器---处理器模式状态寄存器PMST 处理器模式状态寄存器PMST 算术与逻辑运算单元— 算术与逻辑运算单元—ALU 累加器A 累加器A和B 滚筒移位寄存器— 滚筒移位寄存器—Barrel Shifter 乘法加法器 比较、选择与存储单元CSSU 比较、选择与存储单元CSSU 指数编码器 EXP
SST：存储饱和位。 SST：存储饱和位。 SST=1 当 SST=1时 ， 累加器的结果在存入存储器时进行 饱和操作，而累加器值并不改变。 饱和操作，而累加器值并不改变。 存储器饱和操作： 存储器饱和操作： SXM=0 当 SXM=0 时 ， 把 大 于 FFFFFFFFH 的 数 饱 和 成 FFFFFFFFH SXM=1 当 SXM=1 时 ， 把 大 于 7 FFFFFFFH 的 数 饱 和 成 7 FFFFFFFH， 把 小 于 8 0 0 0 0 0 0 0 H 的 数 饱 和 成 FFFFFFFH， 80000000H 80000000H
1、ALU结构： ALU结构 结构： ALU输入 ALU输入 X端（DB0~15，S移位寄存器） 移位寄存器） Y端（CB0~15，A，B，T） ALU输出 ALU输出 A，B 2、OVA，OVB，TC，C 参看 CPU状态寄存器 OVA，OVB，TC， 参看CPU 状态寄存器 ST0 3、 OVM，C16参看CPU状态寄存器ST1 OVM， 参看CPU状态寄存器 状态寄存器ST 4、ZA/ZB 用于比较条件指令（A=0，B=0） 用于比较条件指令（A=0 B=0
3-2 处理器模式状态寄存器PMST 地址001DH 处理器模式状态寄存器PMST 地址001DH 各位分布： 各位分布：
各位意义： 各位意义： IPTR： 中断向量指针， 复位时各位全1 IPTR： 中断向量指针 ， 复位时各位全 1 ， 为 FF1H， 此时中断矢量永远为 FF80H。IPTR FF1 此时中断矢量永远为FF80H 拼接中断向量地址形成中断矢量。 （9位）拼接中断向量地址形成中断矢量。复 位后可用软件修改IPTR值 位后可用软件修改IPTR值，改变中断矢量映 射区。 射区。
C16：双16/双精度算术运算模式位 16/ C16=0时，ALU进行32位字长运算，双精度运算 ALU进行 位字长运算 进行32位字长运算， C16=1时，ALU同时进行2个独立的16位字长运算， ALU同时进行 个独立的16位字长运算 同时进行2 位字长运算， 16位运算 双16位运算 FRCT ： 小 数 方 式 位 。 复 位 时 ， FRCT=0 。 FRCT=0 FRCT=1乘法器输出左移一位， FRCT=1乘法器输出左移一位，以消去多余的符 号位。 号位。 CMPT：兼容模式位。 本课程不讲） CMPT：兼容模式位。（本课程不讲） ASM： 累加器移位模式位， ASM用二进制补码 ASM： 累加器移位模式位 ， ASM 用二进制补码 表示， 移位范围- 16~ 15 （ 表示 ， 移位范围 - 16 ~ +15（ 右移为负 ， 左移为 正）。
4-1 CPU状态与控制寄存器----ST0，ST1 CPU状态与控制寄存器 ST 状态与控制寄存器---1 、 CPU 状态与控制寄存器 ST0， 地址 0006H， 各 CPU状态与控制寄存器 状态与控制寄存器ST 地址0006 H 位分布
各位意义： 各位意义： ARP：辅助寄存器指针。 ARP： 辅助寄存器指针。在兼容模式下选择 AR0—AR7，一般ARP=0 一般ARP=0 TC： 测试控制位 。 保存对 ALU的测试结果 ， TC： 测试控制位。 保存对ALU 的测试结果 的测试结果， 常用在位测试和比较指令中
C： 进位位 。该位定义在 A的 bit32，向 32 位有进位 C=1 进位位。该位定义在A bit32， 32位有进位 1 位有进位C= 有借位C=0 ，有借位C=0 OVA：累加器A溢出标志位。 OVA：累加器A溢出标志位。 以累加器A为目的寄存器的算术逻辑运算和乘/ 以累加器A为目的寄存器的算术逻辑运算和乘/加运 发生溢出时OVA=1 算，发生溢出时OVA=1 一旦发生溢出，除了复位或以AOV（ 有溢出） 一旦发生溢出 ， 除了复位或以 AOV（A 有溢出 ） 、 ANOV为条件的 ANOV为条件的B、BC、XC等指令的执行外， OVA保 为条件的B BC、XC等指令的执行外 OVA保 等指令的执行外， 持不变 OVA=1 有 符 号 数 运 算 时 ， OVA=1 表 示 计 算 结 果 大 于 7FFFFFFFH或小于80000000H FFFFFFFH或小于 或小于80000000H 根据测定加法运算时， 中第30位向第 位 符号位） 位向第31 根据测定加法运算时，A中第30位向第31位（符号位） 有进位时，OVA=1 有进位时，OVA=1。
2 、 CPU 状态与控制寄存器 ST1， 地址 0007H， 各 CPU状态与控制寄存器 状态与控制寄存器ST 地址0007 H 位分布
各位意义 BRAF： BRAF：块重复激活标志 BRAF=1 表示块重复处于激活状态， BRAF=1 表示块重复处于激活状态，当执行 RPTB指令时 BRAF=1 RPTB指令时，BRAF=1 指令时， BRAF=0 表示块重复处于非激活状态， BRAF=0 表示块重复处于非激活状态，当块 重复计数器BRC减到 减到0 BRAF自动为 自动为0 重复计数器BRC减到0时，BRAF自动为0。
AVIS： 地址可访问设置， AVIS： 地址可访问设置 ， 此位决定是否可以由外 AVIS=1 部引 脚 访问内 部程序 存储器 。 AVIS=1， 可以 ； AVIS=0 不可以。 AVIS=0 不可以。 CLKOFF：时钟禁止位。 CLKOFF：时钟禁止位。 CLKOFF=1 CLKOFF=1时 ， 禁止时钟输出端 CLKOUT输出， 禁止时钟输出端CLKOUT输出 输出， CLKOUT为高电平 CLKOUT为高电平 CLKOFF=0 CLKOFF=0时，允许时钟输出端CLKOUT输出。 允许时钟输出端CLKOUT输出 输出。 SMUL： 乘法运算饱和位， SMUL=1 SMUL： 乘法运算饱和位 ， 当 SMUL= 1 ， 在执行 MAC或MAS指令时 先完成乘法饱和操作， MAC或MAS指令时，先完成乘法饱和操作，再进 指令时， 行累加操作。 一般设SMUL=0 行累加操作。 （一般设SMUL=0）
OVB：累加器B溢出标志位。 OVA类似 OVB：累加器B溢出标志位。与OVA类似。 类似。 DP： 数据存储器页指针 。 在直接寻址中 ， DP： 数据存储器页指针。 在直接寻址中， DP（高九位，页地址）拼接指令的低7位 DP（高九位，页地址）拼接指令的低7 构成操作数地址。 构成操作数地址。
例C16位功能说明 指令： Lmem，src[， 指令：DADD Lmem，src[，dst] 执行时 若C16=0时， Lmem（31~ ））+ src（31~ dst （Lmem（31~0））+（src（31~0）） 若C16=1时， Lmem（31~16）） ））+ src（31~16）） dst （Lmem（31~16））+（src（31~16）） （31~16） 31~16） Lmem（15~ ））+ src（15~ （Lmem（15~0））+（src（15~0）） dst（15~0） dst（15~
6、如何把40位的累加器中内容存入到16位的寄存器中 如何把40位的累加器中内容存入到16位的寄存器中 例如 （AR0）=0100H，A中值为 0100H
STL A，*AR0+；（AL） 0100H，（0100H）=789AH，（ AL） 0100H 0100H 789AH， AR0）=0101H 0101H STH A，*AR0+；（AH） 0101H，（0101H）=3456H，（ AH） 0101H 0101H 3456H AR0）=0102H 0102H STH A，-16，*AR0+；A 中内容右移 16位后 ， 把 （ AH） 16， 中内容右移16 位后， AH） 0102H 0102H，（0102H）=0012H， （AR0）=0103H 0102H 0012H 0103H 存储完成后A中值仍然不变（ 123456789AH） 存储完成后A中值仍然不变（为123456789AH）
CPL：编辑模式位。 CPL：编辑模式位。 CPL=0 在直接寻址中，使用指针DP（ 当CPL=0时，在直接寻址中，使用指针DP（数 据页指针） 据页指针） CPL=1 在直接寻址中，使用指针SP（ 当CPL=1时，在直接寻址中，使用指针SP（堆 栈指针） 栈指针） XF：XF 状态位 ， 它决定外部引脚 XF状态 。 可 XF：XF状态位 它决定外部引脚XF 状态 状态位， 状态。 用指令SSBX置XF=1 RSBX置XF=0 用指令SSBX置XF=1，用RSBX置XF=0。 HM：保持模式位 HM： HM=0 CPU正在执行内部程序存储器程 当 HM=0 时 ， CPU 正在执行内部程序存储器程 序，外部接口处于高阻态 HM=1 CPU停止执行内部程序 当HM=1时，CPU停止执行内部程序
OVM： OVM：溢出模式位 OVM=0 OVM=0时，溢出结果直接加载目的累加器 OVM=1 OVM=1时， 把大于007FFFFFFFH的正数加载到目的累 把大于007FFFFFFFH的正数加载到目的累 加器为007FFFFFFFH； 加器为007FFFFFFFH； 把小于FF80000000H 把小于 FF80000000H 的负数加载到目的累 加器为FF80000000H 加器为FF80000000H。 SXM：符号扩展模式位。 SXM：符号扩展模式位。 SXM=0 SXM=0时，禁止符号位扩展，进行无符号运算 禁止符号位扩展， SXM=1 SXM=1时，允许符号位扩展，进行有符号运算 允许符号位扩展，
4-4 累加器A和B 累加器A 功能；参与完成算术与逻辑运算 功能； A、B基本结构，均为40位 基本结构，均为40位
说明： 说明： 1、 AG/BG 安全位，迭代不易溢出，有符号运算 安全位，迭代不易溢出， 时为扩展符号位。 时为扩展符号位。 2、 AH/BH 为高16位，AL/BL为低16位。 为高16位 AL/BL为低 位 为低16 3 、 AL，AH，AG，BL，BH，BG都是存储器映 AL，AH，AG，BL，BH，BG 都是存储器映 像寄存器，地址为0008H~000DH（ 26表 像寄存器，地址为0008H~000DH（书P26表1-8） 4、A与B的区别在于A的（31~16）位可以作为一 的区别在于A 16） 个乘数， 个乘数，而B不能 5、54系列有符号数一般数据格式为 （ 32 位 ） ： 54 系列有符号数一般数据格式为 32位 系列有符号数一般数据格式为（ 第31位为符号位
INTM：中断方式位。INTM从整体上屏蔽或开 INTM：中断方式位。INTM从整体上屏蔽或开 放中断。 放中断。 INTM=0 当INTM=0时，开放全部可屏蔽中断 INTM=1 当INTM=1时，开放全部可屏蔽中断 • SSBX指令可以置INTM为1，RSBX指令可以 SSBX指令可以置 指令可以置INTM为 RSBX指令可以 INTM清 将INTM清0 。 • 当复位或者执行可屏蔽中断 （ INTR 指令或 当复位或者执行可屏蔽中断（ INTR指令或 外 部 中 断 ） 时 ， INTM 置 1 。 当 执 行 一 条 RETE或RETF指令 中断返回） RETE或 RETF指令 （ 中断返回 ） 时 ， INTM 指令（ 清 0.
例：存储器饱和指令DST说明 存储器饱和指令DST单元—ALU 算术与逻辑运算单元—
功能：完成算术运算与逻辑运算 功能： 完成二进制补码运算， 完成二进制补码运算，（A，B）第31 位为符号位。 位为符号位。 如图4 所示。 如图4-1所示。
图4-1 ALU功能框图 （书P28图1-9）
目的：掌握CPU各部分功能 目的：掌握CPU各部分功能 54系列CPU概述参看2-3节 54系列 系列CPU概述参看 概述参看2
本章主要内容
4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 CPU状态与控制寄存器 ST CPU状态与控制寄存器----ST0，ST1 状态与控制寄存器---处理器模式状态寄存器PMST 处理器模式状态寄存器PMST 算术与逻辑运算单元— 算术与逻辑运算单元—ALU 累加器A 累加器A和B 滚筒移位寄存器— 滚筒移位寄存器—Barrel Shifter 乘法加法器 比较、选择与存储单元CSSU 比较、选择与存储单元CSSU 指数编码器 EXP
SST：存储饱和位。 SST：存储饱和位。 SST=1 当 SST=1时 ， 累加器的结果在存入存储器时进行 饱和操作，而累加器值并不改变。 饱和操作，而累加器值并不改变。 存储器饱和操作： 存储器饱和操作： SXM=0 当 SXM=0 时 ， 把 大 于 FFFFFFFFH 的 数 饱 和 成 FFFFFFFFH SXM=1 当 SXM=1 时 ， 把 大 于 7 FFFFFFFH 的 数 饱 和 成 7 FFFFFFFH， 把 小 于 8 0 0 0 0 0 0 0 H 的 数 饱 和 成 FFFFFFFH， 80000000H 80000000H
1、ALU结构： ALU结构 结构： ALU输入 ALU输入 X端（DB0~15，S移位寄存器） 移位寄存器） Y端（CB0~15，A，B，T） ALU输出 ALU输出 A，B 2、OVA，OVB，TC，C 参看 CPU状态寄存器 OVA，OVB，TC， 参看CPU 状态寄存器 ST0 3、 OVM，C16参看CPU状态寄存器ST1 OVM， 参看CPU状态寄存器 状态寄存器ST 4、ZA/ZB 用于比较条件指令（A=0，B=0） 用于比较条件指令（A=0 B=0
3-2 处理器模式状态寄存器PMST 地址001DH 处理器模式状态寄存器PMST 地址001DH 各位分布： 各位分布：
各位意义： 各位意义： IPTR： 中断向量指针， 复位时各位全1 IPTR： 中断向量指针 ， 复位时各位全 1 ， 为 FF1H， 此时中断矢量永远为 FF80H。IPTR FF1 此时中断矢量永远为FF80H 拼接中断向量地址形成中断矢量。 （9位）拼接中断向量地址形成中断矢量。复 位后可用软件修改IPTR值 位后可用软件修改IPTR值，改变中断矢量映 射区。 射区。
C16：双16/双精度算术运算模式位 16/ C16=0时，ALU进行32位字长运算，双精度运算 ALU进行 位字长运算 进行32位字长运算， C16=1时，ALU同时进行2个独立的16位字长运算， ALU同时进行 个独立的16位字长运算 同时进行2 位字长运算， 16位运算 双16位运算 FRCT ： 小 数 方 式 位 。 复 位 时 ， FRCT=0 。 FRCT=0 FRCT=1乘法器输出左移一位， FRCT=1乘法器输出左移一位，以消去多余的符 号位。 号位。 CMPT：兼容模式位。 本课程不讲） CMPT：兼容模式位。（本课程不讲） ASM： 累加器移位模式位， ASM用二进制补码 ASM： 累加器移位模式位 ， ASM 用二进制补码 表示， 移位范围- 16~ 15 （ 表示 ， 移位范围 - 16 ~ +15（ 右移为负 ， 左移为 正）。
4-1 CPU状态与控制寄存器----ST0，ST1 CPU状态与控制寄存器 ST 状态与控制寄存器---1 、 CPU 状态与控制寄存器 ST0， 地址 0006H， 各 CPU状态与控制寄存器 状态与控制寄存器ST 地址0006 H 位分布
各位意义： 各位意义： ARP：辅助寄存器指针。 ARP： 辅助寄存器指针。在兼容模式下选择 AR0—AR7，一般ARP=0 一般ARP=0 TC： 测试控制位 。 保存对 ALU的测试结果 ， TC： 测试控制位。 保存对ALU 的测试结果 的测试结果， 常用在位测试和比较指令中
C： 进位位 。该位定义在 A的 bit32，向 32 位有进位 C=1 进位位。该位定义在A bit32， 32位有进位 1 位有进位C= 有借位C=0 ，有借位C=0 OVA：累加器A溢出标志位。 OVA：累加器A溢出标志位。 以累加器A为目的寄存器的算术逻辑运算和乘/ 以累加器A为目的寄存器的算术逻辑运算和乘/加运 发生溢出时OVA=1 算，发生溢出时OVA=1 一旦发生溢出，除了复位或以AOV（ 有溢出） 一旦发生溢出 ， 除了复位或以 AOV（A 有溢出 ） 、 ANOV为条件的 ANOV为条件的B、BC、XC等指令的执行外， OVA保 为条件的B BC、XC等指令的执行外 OVA保 等指令的执行外， 持不变 OVA=1 有 符 号 数 运 算 时 ， OVA=1 表 示 计 算 结 果 大 于 7FFFFFFFH或小于80000000H FFFFFFFH或小于 或小于80000000H 根据测定加法运算时， 中第30位向第 位 符号位） 位向第31 根据测定加法运算时，A中第30位向第31位（符号位） 有进位时，OVA=1 有进位时，OVA=1。
2 、 CPU 状态与控制寄存器 ST1， 地址 0007H， 各 CPU状态与控制寄存器 状态与控制寄存器ST 地址0007 H 位分布
各位意义 BRAF： BRAF：块重复激活标志 BRAF=1 表示块重复处于激活状态， BRAF=1 表示块重复处于激活状态，当执行 RPTB指令时 BRAF=1 RPTB指令时，BRAF=1 指令时， BRAF=0 表示块重复处于非激活状态， BRAF=0 表示块重复处于非激活状态，当块 重复计数器BRC减到 减到0 BRAF自动为 自动为0 重复计数器BRC减到0时，BRAF自动为0。
AVIS： 地址可访问设置， AVIS： 地址可访问设置 ， 此位决定是否可以由外 AVIS=1 部引 脚 访问内 部程序 存储器 。 AVIS=1， 可以 ； AVIS=0 不可以。 AVIS=0 不可以。 CLKOFF：时钟禁止位。 CLKOFF：时钟禁止位。 CLKOFF=1 CLKOFF=1时 ， 禁止时钟输出端 CLKOUT输出， 禁止时钟输出端CLKOUT输出 输出， CLKOUT为高电平 CLKOUT为高电平 CLKOFF=0 CLKOFF=0时，允许时钟输出端CLKOUT输出。 允许时钟输出端CLKOUT输出 输出。 SMUL： 乘法运算饱和位， SMUL=1 SMUL： 乘法运算饱和位 ， 当 SMUL= 1 ， 在执行 MAC或MAS指令时 先完成乘法饱和操作， MAC或MAS指令时，先完成乘法饱和操作，再进 指令时， 行累加操作。 一般设SMUL=0 行累加操作。 （一般设SMUL=0）
OVB：累加器B溢出标志位。 OVA类似 OVB：累加器B溢出标志位。与OVA类似。 类似。 DP： 数据存储器页指针 。 在直接寻址中 ， DP： 数据存储器页指针。 在直接寻址中， DP（高九位，页地址）拼接指令的低7位 DP（高九位，页地址）拼接指令的低7 构成操作数地址。 构成操作数地址。
例C16位功能说明 指令： Lmem，src[， 指令：DADD Lmem，src[，dst] 执行时 若C16=0时， Lmem（31~ ））+ src（31~ dst （Lmem（31~0））+（src（31~0）） 若C16=1时， Lmem（31~16）） ））+ src（31~16）） dst （Lmem（31~16））+（src（31~16）） （31~16） 31~16） Lmem（15~ ））+ src（15~ （Lmem（15~0））+（src（15~0）） dst（15~0） dst（15~
6、如何把40位的累加器中内容存入到16位的寄存器中 如何把40位的累加器中内容存入到16位的寄存器中 例如 （AR0）=0100H，A中值为 0100H
STL A，*AR0+；（AL） 0100H，（0100H）=789AH，（ AL） 0100H 0100H 789AH， AR0）=0101H 0101H STH A，*AR0+；（AH） 0101H，（0101H）=3456H，（ AH） 0101H 0101H 3456H AR0）=0102H 0102H STH A，-16，*AR0+；A 中内容右移 16位后 ， 把 （ AH） 16， 中内容右移16 位后， AH） 0102H 0102H，（0102H）=0012H， （AR0）=0103H 0102H 0012H 0103H 存储完成后A中值仍然不变（ 123456789AH） 存储完成后A中值仍然不变（为123456789AH）
CPL：编辑模式位。 CPL：编辑模式位。 CPL=0 在直接寻址中，使用指针DP（ 当CPL=0时，在直接寻址中，使用指针DP（数 据页指针） 据页指针） CPL=1 在直接寻址中，使用指针SP（ 当CPL=1时，在直接寻址中，使用指针SP（堆 栈指针） 栈指针） XF：XF 状态位 ， 它决定外部引脚 XF状态 。 可 XF：XF状态位 它决定外部引脚XF 状态 状态位， 状态。 用指令SSBX置XF=1 RSBX置XF=0 用指令SSBX置XF=1，用RSBX置XF=0。 HM：保持模式位 HM： HM=0 CPU正在执行内部程序存储器程 当 HM=0 时 ， CPU 正在执行内部程序存储器程 序，外部接口处于高阻态 HM=1 CPU停止执行内部程序 当HM=1时，CPU停止执行内部程序
OVM： OVM：溢出模式位 OVM=0 OVM=0时，溢出结果直接加载目的累加器 OVM=1 OVM=1时， 把大于007FFFFFFFH的正数加载到目的累 把大于007FFFFFFFH的正数加载到目的累 加器为007FFFFFFFH； 加器为007FFFFFFFH； 把小于FF80000000H 把小于 FF80000000H 的负数加载到目的累 加器为FF80000000H 加器为FF80000000H。 SXM：符号扩展模式位。 SXM：符号扩展模式位。 SXM=0 SXM=0时，禁止符号位扩展，进行无符号运算 禁止符号位扩展， SXM=1 SXM=1时，允许符号位扩展，进行有符号运算 允许符号位扩展，
4-4 累加器A和B 累加器A 功能；参与完成算术与逻辑运算 功能； A、B基本结构，均为40位 基本结构，均为40位
说明： 说明： 1、 AG/BG 安全位，迭代不易溢出，有符号运算 安全位，迭代不易溢出， 时为扩展符号位。 时为扩展符号位。 2、 AH/BH 为高16位，AL/BL为低16位。 为高16位 AL/BL为低 位 为低16 3 、 AL，AH，AG，BL，BH，BG都是存储器映 AL，AH，AG，BL，BH，BG 都是存储器映 像寄存器，地址为0008H~000DH（ 26表 像寄存器，地址为0008H~000DH（书P26表1-8） 4、A与B的区别在于A的（31~16）位可以作为一 的区别在于A 16） 个乘数， 个乘数，而B不能 5、54系列有符号数一般数据格式为 （ 32 位 ） ： 54 系列有符号数一般数据格式为 32位 系列有符号数一般数据格式为（ 第31位为符号位
INTM：中断方式位。INTM从整体上屏蔽或开 INTM：中断方式位。INTM从整体上屏蔽或开 放中断。 放中断。 INTM=0 当INTM=0时，开放全部可屏蔽中断 INTM=1 当INTM=1时，开放全部可屏蔽中断 • SSBX指令可以置INTM为1，RSBX指令可以 SSBX指令可以置 指令可以置INTM为 RSBX指令可以 INTM清 将INTM清0 。 • 当复位或者执行可屏蔽中断 （ INTR 指令或 当复位或者执行可屏蔽中断（ INTR指令或 外 部 中 断 ） 时 ， INTM 置 1 。 当 执 行 一 条 RETE或RETF指令 中断返回） RETE或 RETF指令 （ 中断返回 ） 时 ， INTM 指令（ 清 0.
例：存储器饱和指令DST说明 存储器饱和指令DST单元—ALU 算术与逻辑运算单元—
功能：完成算术运算与逻辑运算 功能： 完成二进制补码运算， 完成二进制补码运算，（A，B）第31 位为符号位。 位为符号位。 如图4 所示。 如图4-1所示。
图4-1 ALU功能框图 （书P28图1-9）