TMS320C54x是目前普遍使用的定點DSP芯片。它的特點是功耗很低（在100MIPS時為60mW),可用于數字蜂窩通信、個人通信系統、尋呼機、個人數字助理(PDA)、ATM（異步傳輸模式）交換機、數字無線通信、調制解調器等領域。圖1表示了C54x的發展過程及應用領域。

           
                           圖1 TMS320C5000性能發展狀況及應用領域

       TMS320系列的同一代芯片具有相同的CPU結構,但根據市場的不同需要,形成新的存儲器與外設的不同組合,產生了多種派生器件。

       TMS320C54x關鍵特性

       圖2是C54x功能結構圖,它的主要性能如下：

               

                                    圖2 TMS320C54x功能結構框圖

       ⒈ CPU

       先進的多總線結構：一組程序總線（PAB、PB）,三組數據總線（CAB、CB,DAB、DB,EAB、EB）

       40位的數學邏輯單元（ALU）：包括40位的桶形移位寄存器和兩個獨立的40位累加器

       17 17位并行乘法器和40位專用加法器,單周期完成乘法/累加(MAC)

       適于Viterbi運算的比較、選擇、存儲單元（CSSU）

       指數編碼器,可在單周期內計算（40位）累加器中數值的指數

       兩個地址產生器,包括八個輔助寄存器和兩個的算術單元

       ⒉ 存儲器

       可尋址存儲空間達192K字（程序、數據及I/O各64 64bit）,C548還可擴展程序存儲器（8兆字）

       典型C5400芯片存儲器

       ⒊ 片內外設

       軟件可編程等待狀態產生器

       可編程的塊交換

       片內鎖相環時鐘產生器

       禁止外部總線的控制機制

       ⒋ 指令集

       重復單條指令與重復指令塊

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p;  存儲器塊移動指令

       32位數運算指令

       可同時讀取2或3個操作數的指令

       具有并行保存和并行加載的算術指令

       條件保存指令

       ⒌ 功耗控制

       IDLE1、IDLE2和IDLE3指令可控制其進入降功耗模式

       可控制是否輸出CLKOUT信號

       ⒍ IEEE標準的1149.1邊界掃描邏輯接口

       TMS320C54x結構概述

       ''C54x由中央處理器CPU、存儲器和片內外設組成,采用哈佛結構,有獨立的程序空間、數據空間和I/O空間。圖3是''C54x的內部硬件框圖。

       對所有的''C54x器件來說,圖中下半部所示的中央處理單元（CPU）是通用的。

       總線結構

       一組程序總線（PAB、PB）和三組數據總線CAB、CB,DAB、DB,EAB、EB）將內部各部件聯系起來。

           

                                   圖3 TMS320C54x內部硬件框圖

       PB- 程序總線,傳送程序代碼或存在程序空間的數據;

       CB、DB、EB- 數據總線,連接CPU、數據地址產生邏輯、程序地址產生邏輯、片內外設及存儲器等各部件;

       CB和DB- 傳送從存儲器讀出的數據,即“讀”操作使用的數據總線;

       EB-傳送向存儲器寫入的數據,即"寫"操作使用的數據總線;

       PAB、CAB、DAB、EAB- 各對應的地址總線;

            

                                          圖4 ALU功能框圖

       中央處理單元（CPU）

       ALU：算術邏輯運算單元

       主要由40位ALU和兩個40位累加器(ACCA和ACCB)組成,如圖4所示。

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nbsp;      ALU和兩個累加器用來完成40位二進制補碼的算術運算,也能完成布爾運算。當狀態寄存儲器ST1的C16位置1時,可做兩個16位ALU,同時完成兩個16位運算。

       輸入：

       16位立即數;

       來自數據存儲器的16位數;

       來自暫存器T的16位數;

       來自數據存儲器讀出的兩個16位數;

       來自數據存儲器讀出的一個32位數;

       來自累加器（A和B）的40位數;

                     

                                圖5 桶形移位器功能框圖

       輸出：ALU的40位輸出被送往累加器A或B。

 

      

                                      圖6 乘/加模塊功能方框圖

       桶形移位器：將輸入數據左移0～31位或右移0～16位,經常用作數字定標、位提取、擴展算術和溢出保護等操作。 輸入40位：來自累加器或經DB、CB的 數據存儲器;

       輸出40位：連到ALU或經EB連到數據存儲器;

       所移位數由指令中移位字段、ST1的ASM字段或T寄存器指定移位位數決定。

  

                              圖7 比較、選擇與保存單元（CSSU）功能框圖

       乘/加模塊：由乘法器、加法器、輸入數據的符號控制邏輯、小數控制邏輯、零檢測、舍入、溢出/飽和邏輯和16位暫存寄存器T等組成。乘法器和ALU在一個指令周期內共同完成(17 17補碼)乘/加（40位）運算,且可并行地作ALU運算,這些功能可用來做Euclidean距離及LMS濾波等復雜運算。乘/加模塊功能方框圖如圖6所示。

       比較、選擇與保存單元(CSSU)：可以完成累加器的高位字和低位字之間的最大值比較(CMPS指令）。另一功能是利用優化的片內硬件資源完成數據通信、模式識別等領域中經常用到的Viterbi蝶形運算。

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nbsp;            

                                                圖8 指數編碼器

       指數編碼器：用于支持單周期指令EXP的專用硬件,如圖8所示。

       累加器中數值的指數值,以二進制補碼形式(-8～31)存放于暫存器T中;

       CPU狀態和控制寄存器：

       ''C54x共有3個16位狀態和控制寄存器（PMST、ST0、ST1）它們都是存儲器映象寄存器,可以方便地寫入數據、或由數據存儲器對它們加載。

       內部存儲器

       ·''C54x的存儲器分為三個可獨立選擇的空間：程序空間、數據空間和I/O空間;

       ·''C54x的片內存儲器包括ROM和RAM,其中RAM又可分為SARAM和DARAM：SARAM為單尋址寄存儲器,DARAM為雙尋址寄存儲器(一周期內可以訪問兩次)。

       ROM一般配置成程序存儲空間,用于存放要執行的指令、系數表等固定操作數。也可以部分地安排到數據存儲空間,由PMST的狀態位 和DROM決定;RAM 一般安排到數據存儲空間,存放執行指令所要用的數據。但也可以安排到程序空間,由PMST的狀態位OVLY決定。不同''C54x系列內部存儲器配置各不相同。

       ''C54x的尋址方式

       TMS320C54x的指令可能含有1個存儲器操作數（指令說明中用Smem表示）,也可能有2個存儲器操作數（指令說明中用Xmem、Ymem表示）,分別稱為單存儲器操作數和雙存儲器操作數。單存儲器操作數有7種尋址方式,它們是：

       立即尋址： 操作數(常數)含在指令中;

       絕對尋址： 指令中含有操作數的16位地址;

       累加器尋址： 操作數地址在累加器中(A);

       直接尋址： 指令中含有操作數地址的低7 位;

       間接尋址： 操作數的地址在輔助寄存器中,支持倒位序尋址、循環尋址等功能;

       存儲器映像的寄存器尋址：

       訪問存儲器映像寄存器,

       又不影響DP或SP;

       堆棧尋址： 訪問堆棧;

       雙存儲器操作數支持一些特殊指令：

       如MAC、FIR等復雜指令。

       ''C54x的六級指令流水線

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sp;     ''C54x CPU的指令流水線有六級,每個周期有六條指令在工作,它們處于整個執行過程的不同階段,如圖9所示。

              

                          圖9 流水線不同工作階段操作內容

       流水線的工作全部為單字指令連續執行時（理想情況）如圖10 所示。

            

                                         圖10 流水線正常工作時做業情況