Информация про процессоры фирмы analog devices, страница 6

Мы будемиспользовать термин "хост-процессор", т. к. представляется, что его замена на "главный процессор"или "управляющий процессор" не в полной мере адекватна. Обмен данными между хост-процессороми сигнальным процессором осуществляется через внутрикристальную HPI-память объемом 2 Кслов,разрядности 16, которая может также использоваться как память команд или данных.

Скорость обменапо HPI составляет до 160 Мбайт/с.27Микропроцессоры семейства содержат высокоскоростные дуплексные последовательные порты,позволяющие связываться с другими микропроцессорами, кодеками и другими устройствами. Вмикропроцессоре реализованы следующие разновидности последовательных портов:•••универсальный порт;мультиплексный с временным уплотнением;порт с автобуферизацией.Универсальный последовательный порт использует два отображаемых в память регистра: регистрпередачи данных и регистр приема данных. Передача и прием данных сопровождаются генерациеймаскируемого прерывания, которое может быть обработано программно.

Порт с разделением времениможет обслуживать до семи устройств. Буферизированный последовательный порт позволяетосуществлять непосредственный обмен между устройством и памятью, не используя при передачересурсов процессора. Максимальная скорость обмена по последовательному порту может составлятьдо 40 Мбайт/с.Как и в семействах TMS320C5x, TMS320C2xx, в процессоре реализована эффективная трехуровневаясистема управления энергопотреблением.Высокая производительность (до 66 MIPS) и расширенные функциональные возможности приневысокой цене обеспечивают процессору обширные области применения: сотовые и радиотелефоны,персональные системы радиовызова, карманные персональные компьютеры (PDA - Personal DigitalAssistant), устройства беспроводной передачи данных (радиосети) и т.

д.Микропроцессоры семейства TMS320C3XПервым представителем класса процессоров с плавающей точкой стал TMS320C30. На моментвыпуска процессора - в конце 1980 годов - TMS320C30 значительно превосходил попроизводительности процессоры других компаний - производителей сигнальных процессоров.Процессор имеет гибкую систему команд, хорошую аппаратную поддержку операций с плавающейточкой, мощную систему адресации, расширенное адресное пространство, обеспечивает поддержкувыполнения конструкций языка высокого уровня - С на аппаратном уровне.Процессор производился по 0,7 мкм КМОП-технологии с тремя уровнями металлизации. Всеоперации в процессоре выполняются за один такт. При длительности такта 60 нс процессорTMS320C30 имеет быстродействие около 33 Mflops. Высокая производительность процессора наалгоритмах ЦОС обеспечивается благодаря аппаратному выполнению ряда специфических функций,которые в других процессорах реализуются программно или микропрограммно. Процессор имеетконвейерную регистро-ориентированную архитектуру и может параллельно выполнять в одном тактеумножение и арифметико-логические операции с числами в формате с фиксированной или плавающейточкой.

Структура процессора приведена на рис. 7.28Рис 7. Структура микропроцессора TMS320C30Процессор имеет 32-разрядную шину команд и данных и 24-разрядную шину адреса. Содержит 2блока ОЗУ по одному 32-разрядному Кслову, 32-разрядный умножитель с плавающей точкой, кэшпамять команд объемом 64 слова (32-разрядных), 8 регистров для операций с повышенной точностью,2 генератора адреса и регистровый файл. В процессоре реализованы разнообразные методы адресации.40-разрядное АЛУ процессора работает как с целыми числами, так и с числами в формате сплавающей точкой. Встроенный контроллер ПДП позволяет совмещать во времени вычисления ивыполнение обменов данными с памятью. Наличие у TMS320C30 мультипроцессорного интерфейса,двух внешних интерфейсных портов, двух последовательных портов, расширенной системыпрерываний упрощает конструирование систем на его основе.

Благодаря своей высокойпроизводительности и простоте использования в вычислительных системах TMS320C30 можетприменяться как в качестве хост-процессора, так и в качестве специализированного сопроцессора.Процессоры СЗх отличаются, в основном, количеством последовательных портов (С31 и С32 - 1, С30 2) и каналов ПДП (СЗ0, С32, - 2, С31 - 1).Представители этого семейства получили большую популярность у разработчиков. Учитываязначительный объем программных наработок для микропроцессоров TMS320C3x, Texas Instruments впоследствии повторно выпустила это семейство, но уже по новой технологии 0,18 мкм, с увеличеннойвнутренней памятью (34 Кслов), повышенной тактовой частотой и меньшим энергопотреблением.Производительность обновленного микропроцессора составила 150 Mflops.Основными областями применения микропроцессоров семейства СЗх являются: цифровое аудио, ЗDграфика, видеоконференцсвязь, промышленные роботы, копировально-множительная техника,телекоммуникационные системы.29Микропроцессоры семейства TMS320C4XСледующими представителями сигнальных процессоров с плавающей точкой явились процессорысемейства TMS320C4x.Благодаря своей уникальной архитектуре микропроцессоры TMS320C4x получили широкоераспространение в мультипроцессорных системах и практически вытеснили ранее господствующее вэтой технологической нише семейства транспьютеров компании Inmos.Процессоры TMS320C4x совместимы по системе команд с TMS320C3x, однако обладают большейпроизводительностью и лучшими коммуникационными возможностями.В семейство TMS320C4x входят процессоры TMS320C40, TMS320C44, TMS320LC40.TMS320C40 - имеет производительность 30 MIPS/60 Mflops и максимальную пропускную способностьподсистемы ввода/вывода 384 Мбайт/с.

С40 содержит на кристалле 6 высокоскоростных (20 Мбайт/с)коммуникационных портов и 6 каналов ПДП, 2 Кслов памяти, 128 слов кэш-памяти программ иначальный загрузчик. Две внешних шины обеспечивают работу с 4 Гслов объединенного адресногопространства.Процессор TMS320C44 - более дешевый вариант, имеющий 4 коммуникационных порта и адресуемоепространство 32 Мслов. Однако значения показателей производительности и пропускной способностипроцессора те же, что и у С40.TMS320LC40 - архитектурный аналог TMS320C40, отличающийся низким энергопотреблением,повышенной производительностью (40 MIPS/80 Mflops) и большей пропускной способностью (488Мбайт/с).Структура микропроцессора TMS320C40 приведена на рис. 8.30Рис.

8. Структура микропроцессора TMS320C40Центральный процессор TMS320C4x имеет конвейерную регистро-ориентированную архитектуру.Компонентами ЦП являются:••••••умножитель;арифметико-логический модуль;32-разрядное барабанное устройство сдвига;внутренние шины;дополнительные модули регистровой арифметики;регистровый файл.Умножитель выполняет операции над 32-разрядными данными в формате с фиксированной точкой и40-разрядными данными в формате с плавающей точкой, причем умножение производится за одинтакт (25 нч) для данных любого типа и параллельно с обработкой данных в других функциональныхблоках микропроцессора (например, АЛУ).АЛУ выполняет за один такт операции над 32-разрядными целыми и логическими данными и 40разрядными числами в формате с плавающей точкой, в том числе и операции преобразованияформатов представления данных.

Микропроцессор аппаратно поддерживает операции деления и31извлечения квадратного корня. Устройство барабанного сдвига позволяет за один такт выполнитьсдвиг данных влево или вправо на число позиций от 1 до 32.Два дополнительных модуля регистровой арифметики (генераторы адреса) функционируютпараллельно с умножителем и АЛУ и могут генерировать два адреса в одном такте. В процессореподдерживается относительная базовая, базово-индексная, циклическая и бит-реверсивная адресации.Первичный регистровый файл центрального процессорного устройства (ЦПУ) представляет собоймноговходовый файл из 32 регистров.

Все регистры первичного регистрового файла могутиспользоваться умножителем, АЛУ и в качестве регистров общего назначения. Регистры имеютнекоторые специальные функции. Например, 12 регистров повышенной точности могутиспользоваться для размещения результатов операций с плавающей точкой, 8 дополнительныхрегистров - для некоторых косвенных способов адресации, а также как целочисленные и логическиерегистры общего назначения.

Остальные регистры обеспечивают функции системы такие, какадресация, управление стеком, прерывания, отображение статуса процессора, повторы блоков команд.Регистры повышенной точности предназначены для хранения и обработки 32-разрядных целых чисели 40-разрядных чисел с плавающей точкой. Дополнительные регистры доступны как для АЛУ, так идля двух модулей адресной арифметики. Основная функция этих регистров - генерация 32-разрядныхадресов. Они также могут использоваться как счетчики циклов или как регистры общего назначения.Адресуемое микропроцессором пространство составляет 4 Гслов 32-разрядных. На кристаллерасположены два двухвходовых блока оперативной памяти RAM0 и RAM1 размером 4 Кбайт каждый,а также двухвходовый блок ROM, содержащий программу начальной загрузки.Кэш-память команд процессора емкостью 128 слов (32-разрядных) содержит наиболее частоиспользуемые участки кода, что позволяет сократить среднее время выборки команд.

Высокаяпроизводительность TMS320C4x достигается благодаря внутреннему параллелизму процессов имногошинной организации процессора. Раздельные шины позволяют одновременно выполнятьвыборку команды, данных и прямой доступ в память.Шесть (С44 четыре) высокоскоростных (160 Мбит/с) коммуникационных портов обеспечиваютэффективный обмен данными между процессорами. В ходе передачи осуществляется буферизацияпередаваемых и принимаемых данных и автоматический контроль за синхронизацией всех обменныхопераций между каналами, центральным процессором и сопроцессором ПДП. Шесть каналовсопроцессора ПДП содержат собственные генераторы адресов, счетчики, входные и выходныерегистры и обеспечивают возможность одновременного бесконфликтного обращения к памяти,обмена данными с медленными модулями памяти и внешними устройствами, без сниженияпроизводительности процессора.

Особенностью сопроцессора ПДП является способностьавтоматической инициализации каналов после выполнения обмена.Линк Ly, у = 0, ..., 5, состоит из 8-разрядной двунаправленной линии данных Dу (7-0) идвунаправленных одноразрядных управляющих линий для передачи сигналов:••••REQy - запрос коммуникационным портом маркера, разрешающего передачу по линку;АСКу - подтверждение предоставления линка для передачи данных;STRy - строб коммуникационного порта, сопровождающий выдачу данных на линии данных;CRDYy - сигнал готовности коммутационного порта к приему, выдаваемый принимающим С4хпо завершении приема предыдущей порции данных.Линии данных и управляющие линии реализованы как двунаправленные, что приводит кнеобходимости согласования состояний портов линков, соединяющих два микропроцессора: одинпорт обязательно передающий, другой - принимающий, либо оба порта находятся в третьемсостоянии, исключающем передачу электрических сигналов между ними.