TMS320C6000 Architecture

1. TMS320C6000 DevicesVelociTi architecture Advanced VLIW (Very long Instruction Word)

한 사이클 (cycle) 에 8 개 32-bit instruction 을 실행Core 는 32bit-word length 로 구성된 A, B 의 2 개의 범용 레지스터 파일과 8 Functional Unit 으로 구성 2 Multipliers / 6 Arithmetic logic units (ALUs)

Instruction packingConditional execution of all instructionsEfficient code execution on independent functional units

8/16/32-bit data support, providing efficient memory support for a variety of applicationsHardware support for IEEE single-precision (32–bit) and double-precision (64–bit) instructions (C67x only)32 x 32–bit integer multiply with 32– or 64–bit resultPin-compatible fixed-point and floating-point DSPs

TMS320C620x/C670x Block Diagram

2. CPU Core명령 Fetch 등의 명령 조작을 하는 부분

명령 Fetch 에서는 8 명령 (32bit wide) 을 하나로 모은 256bit wide 의 Fetch packet 을 메모리로부터 읽는다 .

계속하여 명령 Dispatch 에서는 명령 구분 정보를 이용하여 , 동시에 실행하도록 지정되어 있는 명령을 모아서 실행 패킷을 구성하고 , 그것을 사이클마다 순서대로 명령 Decode 부로 전송 .

명령 Decode 부에서는 수취한 실행 패킷을 대응하는 기능유닛으로 송출

데이터 처리의 중심이 되는 데이터 패스 Function Unit 과 범용 레지스터 파일 Two general-purpose register files (A and B) Two load-from-memory paths (LD1 and LD2) Two store-to-memory paths (ST1 and ST2) Two register file cross paths (1X and 2X) Two data address paths (DA1 and DA2) Eight functional units (.L1, .L2, .S1, .S2, .M1,

.M2, .D1, and .D2) .M unit : multiplication operation .L unit : logical and arithmetic operation .S unit : branch, bit manipulation and

arithmetic operation .D unit : loading, storing, arithmetic

operation

제어 레지스터

Addressing mode register (AMR) Control status register (CSR) Interrupt register (IFR, ISR, ICR, IER, ISTP, IRP, NRP) Program counter, E1 phase (PCE1) 이들 레지스터에 대한 엑세스에는 .S2 유닛만 관여

3. Advanced VLIWAdvanced VLIW 아키텍처에서는 A~H 의 8 개의 명령을 하나의 Fetch packet 에 모으고 , 실행단계에서 그것을 여러 개의 실행 패킷에 나누어 좌측 실행 패킷부터 순서대로 실행실행 패킷이 Fetch packet 에 다 들어가지 않는 경우에는 NOP 명령을 삽입Fetch packet 구성을 보면 하나의 명령에 32 비트를 할당하고 , 그 중의 LSB 에는 Dispatch 할 때에 명령을 어디서 구분지을 것인가에 대한 정보가 들어간다 .여러 개의 기능 유니트들을 효율적으로 이용할 수 있도록 컴파일러가 서로 다른 유니트를 사용하는 명령어들을 찾아서 하나의 명령어 단어 내에 재배열 해준다 .

4. TMS320C6000 MemoryInternal data/program memoryInternal peripheralsExternal memory accessed through the external memory interface (EMIF).

TMS320C621x / C671x / C64x Two-Level Internal Memory

4.1 Program Memory Controller

Performs CPU and DMA requests to internal program memory and the necessary arbitration

Performs CPU requests to external memory through the external memory interface (EMIF)

Manages the internal program memory when it is configured as cache.

4.2 Internal Program Memory Modes

CPU control and status register(CSR) 의 Program cache control(PCC) field(bits 7-5) 에 의해서 선택된다 .

Mapped : Cache disabled (default state at reset)

Cache enabled : Cache accessed and updated on reads

Cache freeze : Cache accessed but updated on reads

Cache bypass : Cache not accessed or updated on reads

4.3 Data Memory AccessThe data memory controller services all CPU and DMA controller data requests to internal data memory.The CPU requests data reads and writes to: Internal data memory On-chip peripherals through the peripheral

bus controller EMIF

The DMA controller requests reads and writes to internal data memory.The CPU cannot access internal program memory through the data memory controller.

5. Addressing modeRISC 방식의 CPU 와 같은 Load/Save ArchitectureLoad / Save 명령으로 메모리의 데이터에 Access범용 레지스터 간에 연산 Load / Save 명령만 어드레싱 모드와 관계어드레싱 모드는 어드레스를 나타내는 레지스터로서 범용 레지스터를 사용하는 간접어드레스만 지원Linear addressing mode 와 Circular addressing mode두 모드의 전환은 AMR 에서 이루어지고 레지스터마다 설정 가능 . 단 , 전환 가능한 레지스터는 A4~A7, B4~B7의 8 개 레지스터 뿐이고 다른 범용 레지스터는 항상 Linear addressing mode 에 대응 .

Circular addressing mode 란 , 예 를 들 면 어드레스를 점점 증가시켜 가다가 정해진 영역의 마지막에 도달하면 다음에는 다시 영역의 맨 처음 어드레스로 돌아가는 모드Circular addressing mode 는 링 버퍼 (ring buffer) 를 실현할 경우에 유용한 모드입니다 . Circular addressing mode 일 때 영역의 크기는 Block size라 부르고 AMR 에 따라 2^N(N=1, 2, 3,…, 32) 의 32 가지로 설정가능

Circular addressing Example

6. Fixed Point / Floating Point Fixed point 정수형 변수를 이용 사용 변수의 타입 / 변수의 길이 (Resolution) 에 중점 시스템이 지원하는 정수형 변수만 사용 H/W 에서는 Resolution 이 최소가 되는 것에 중점 S/W 에서는 시스템 , 프로그램 특성에 중점

Floating point Floating processor 는 칩 내부에서 소수 표현이 가능한 회로를 가지고 있다 . Floating point processor 끼 리 데 이 터 를 주 고 받 는 경 우 , Sign bit, Exponent field,

Fraction(mantissa) field 가 서 로 맞 지 않 으 면 데 이 터 교 환 에 어 려 움 이 있 다 . 이 를 위 한 규 격 이 Single precision, Double precision 이다 .

Dynamic Range 가 넓고 , Resolution 도 크다 .

Q3.12 Format The approximate allowable range of numbers in Q.3.12 represent

ation is ( 8,8) and the finest fractional resolution is 2^ 12 = 2.4− −41 × 10^ 4.−

Q15 Format The approximate allowable range of numbers in Q.15 representati

on is ( 1,1) and the finest fractional resolution is 2^ 15 = 3.05 − −× 10^ 5.−

Q31 Format

6.1 Q-Math(Fixed/Fractional)

6.2 Single-Precision Format

normalized (e is between 0 and 255) and denormalized (e is 0). Normalized:−1s × 2^(e 127) × 1.f ;− 0 < e < 255Denormalized (Subnormal):−1s × 2^ 126 × 0.f ;− e = 0; f nonzero

6.3 Double-Precision Format

normalized (e is between 0 and 2047) and denormalized (e is 0). Normalized:−1s × 2^(e 1023) × 1.f ;− 0 < e < 2047Denormalized (Subnormal):−1s × 2^ 1022 × 0.f ; − e = 0; f nonzero

7. Pipeline

PipelineBlockDiagram

7.1 Software Pipeline루프처리에서 복수의 기능 유닛이 독립처리를 하고 , 게다가 병렬로 실행할 수 있는 경우에 소프트웨어 파이프라인은 처리를 고속화시킬 수 있는 유효한 방법

어셈블리 언어 레벨에서 소스코드를 기술할 경우는 소프트웨어 파이프라인 처리를 하므로 사용자가 소스 코드를 기술할 필요가 없다 . 그래서 리니어 어셈블리 또는 C 언어 레벨에서 소스 코드를 기술하는 경우 , 최적화 레벨을 2 이상으로 하면 Assembly Optimizer나 C Compiler 에 의해 자동적으로 Software Pipeline 된다 . 그 때문에 사용자가 Software Pipeline 을 위해 특별한 기술을 할 필요가 없다 .

8. Interrupt

IFR NMIE

IMH/L IFR IER GIE

NMI

INT4-15

RESET

NMIE

RESET

NMI

INT 외부 요인EXT_INT4, 5, 6, 7

INT 내부 요인TIMER, McBSP, EDMA(EMA), HPI, EMIF SDRAM TIMER

Highest LowestReset NMI INT4 INT5 INT6 INT7 INT8 INT9 INT1

0INT1

1INT1

2INT1

3INT1

4INT1

5

Interrupt Priority

8.1 Interrupt registerIMH/IML(Interrupt Multiplexer High/Low register) : 인터럽트 요인을 CPU 인터럽트에 매핑하기 위한 레지스터

IFR(Interrupt Flag Register) : INT4~15, NMI 의 각 인터럽트 상태를 유지한다 . 인터럽트가 발생하면 1 로 셋팅 .

NMIE(Non-Maskable Interrupt Enable bit) : IER 의 제 1 비트 . 이 비트가 0 이면 Non-Maskable Interrupt 와 Maskable Interrupt 는 금지된다 . 이 비트는 일단 1 로 셋팅되면 이후에는 0 으로 리셋할 수 없다 .

IER(Interrupt Enable Register) : 1 로 셋 팅 하 면 대응하는 인터럽트가 허가된다 .

GIE(Global Interrupt Enable bit) : CSR 의 제 0 비트 . 이 비 트 를 1 로 셋 팅 하 면 , Maskable interrupt 가 허가된다 .

IFR, IER, CSR 은 CPU 코어에 포함된 제어레지스터 , IMH, IML 은 메모리 공간에 매핑되어있는 레지스터

8.2 ResetResetReset is the highest priority interrupt and is used to halt the CPU and return it to a known state. RESET is an active-low signal. All other interrupts

are active-high signals. RESET must be held low for 10 clock cycles before

it goes high again to reinitialize the CPU properly. The instruction execution in progress is aborted

and all registers are returned to their default states.

The reset interrupt service fetch packet must be located at address 0.

RESET is not affected by branches.

8.3 Interrupt Service Fetch Packet (ISFP)

An ISFP is a fetch packet used to service an interrupt.

ISFP that contains an interrupt service routine small enough to fit in a single fetch packet (FP).

8.4 Interrupt Selector and External Interrupts

The C6000 DSP peripheral set has up to 32 interrupt sources. The CPU however has 12 interrupts available for use. The interrupt selector allows you to choose and prioritize which 12 of the 32 your system needs to use. The interrupt selector also allows you to effectively change the polarity of external interrupt inputs

9. Peripherals External memory interface (EMIF)

Direct-memory access (DMA) controller

Host-port interface (HPI)

Power-down logic

Two multichannel Buffered serial ports (McBSPs)

Two 32-bit timers

9.1 McBSPMcBSP : Multi channel Buffered Serial Port동기식 시리얼 포트 Full-Duplex 통신 T1/E1 framer, MVIP 스 위칭 호환 장치 , AC-97 호환장치 , IIS 호환 장치 등에 직접 연결

최대 128 채널까지 다중 채널 지원 데이터 사이즈는 8, 12, 16, 20, 24, 32 의 각 비트 폭에 대응

PCM 데 이 터 의 압축 / 신장 규격인 u-law( 일본 , 미국의 표준 ), A-Law( 유럽 규격 ) 에도 대응

프로그램 가능한 내부 비트 클럭 및 프레임 동기 생성기

9.2 EMIFExternal Memory Interface

EMIF 는 데이터 폭 32 비트로 구성16/8 비트 폭의 메모리도 접속 가능동기 메모리인 SDRAM, SBSRAM, 비동기 메모리인 SRAM, ROM 등을 접속그 외에 병렬 I/O 포트도 이 외부 메모리 인터페이스를 사용

9.3 Timer2 개의 32 비트 타이머 내장 Time events Count events Generate pulses Interrupt the CPU Send synchronization events to the

DMA controller

The timer has two signaling modes and can be clocked by an internal or an external source.

9.4 Power-down Logic

9.5 HPI (Host Port Interface)HPI 는 Host Processor 와 병렬로 데이터를 주고 받을 수 있는 일종의 병렬 포트이다 . DSP 는 Slave 로 동작하기 때문에 Data 의 전송을 주도할 수 없다 .Host Processor 는 DSP 프로세서의 동작에 최소한의 영향을 주면서 DSP 프로세서의 내부 및 외부 메모리를 엑세스 할 수 있다 .

HPI address register(HPIA) : 호스트만이 액세스한다 . 호스트가 액세스하는 HPI RAM 의 어드레스를 세트한다 .HPI Control register(HPIC) : 호스트 , C54x 쌍방이 액세스한다 . HPI 를 위한 제어 및 status bit 가 포함된다 .HPI Data register(HPID) : 호스트만이 액세스한다 . 호스트는 이 레지스터를 통하여 ,HPI RAM 에의 액세스를 한다 .

9.6 DMA(Direct Memory Access)

DMA 는 데이터의 이동을 담당하는 유닛

CPU 역시 데이터 이동에 관여할 수 있으나 DMA덕분에 CPU 는 연산 부분에만 집중할 수 있다 .

음성이나 오디오 신호처리의 경우처럼 데이터가 빠른 속도로 스트림의 형태로 입력되거나 , 비디오 신호처리 처럼 방대한 양의 데이터를 메모리로부터 읽거나 쓸 경우 , DMA 는 DSP 가 제 성능을 발휘하는데 있어서 매우 중요한 역할을 한다 .

CPU 와 독립적으로 동작함

우선권 (Priority) 설정이 가능한 6 개의 DMA 채널 지원

각 DMA 채널은 개별적으로 CPU 에 인터럽트를 발생시킬 수 있음

채널마다 독립적으로 Byte, Halfword, Word 의 전송 크기 설정 가능

Autoinitialization

Multi-frame transfer

Programmable address generation

TMS320C6201/C6701/C6202 (1.8V devices) DMA Structure

The DMA has four independently programmable channels allowing four different contexts for operation. In addition, a fifth (auxiliary) channel allows the DMA to service requests from the host-port interface (HPI) or the Expansion Bus (XB).

CCS 와 프로그램 개발

CCS 와 프로그램 개발CCS 에 따른 프로그램 개발 언어 C/C++ Assembly Linear Assembly

TMS320C6x 의 C 컴파일러는 효율적인 실행코드를 생성하기 위해 높은 레벨의 최적화를 실행 . 더욱이 DSP가 가지고 있는 특유의 기능을 이용하여 고속처리를 할 수 있는 체제로서 , Intrinsics 함수를 제공한다 .Intrinsics 함수를 사용하면 , 통상 C 언어로 기술하면 몇 행이나 되는 처리를 대부분의 경우 한 가지 어셈블리 명령으로 치환 가능하여 처리의 고속화에 도움을 준다 . Intrinsics 함수에는 포화처리 산술연산 , Halfword 길이의 두 데이터에 대한 독립된 가감승산 , 비트 조작 등이 있다 .

통상적으로 C 언어만을 이용하여 초고속 소프트웨어를 개발할 수 있다 .

(TI 사에 의하면 Assembly 언어로 작성된 경우의 60~80% 정도의 실행 속도를 달성할 수 있다고 한다 .)

그러나 고속화가 충분하지 않은 경우나 인터럽트 벡터에 관한 기술을 할 경우에는 리니어 어셈블리 언어를 사용한다

Code OptimizePhase 1 : Develop C code Compile and Propile native C/C++ code Determines which loops are most important in terms

of MIPS requirementPhase 2 : Refine C code Add restrict qualifier, loop iteration count, memory ba

nk, and data alignment Optimize C code using other C6000 intrinsics and oth

er methodsPhase 3 : Write Linear Assembly Write linear assembly Add partitioning information to the linear assembly

CCS 프로젝트에서 관리하는 주된 파일.c C 언어로 기술된 소스 파일 . 처리의 기술에 사용한다 . .h 헤더 파일.asm 어셈블리 언어로 기술된 소스 파일

주로 리셋이나 인터럽트에 대한 벡터의 기술에 사용

.sa 리니어 어셈블리 언어로 기술된 소스 파일C 언어로 기술한 처리가 충분한 처리 속도를 얻었을 경우 , 그 처리의 기술에 사용

.lib 런타임 라이브러리 파일

.cmd 링커 커맨드 파일타깃 시스템상에 탑재된 메모리와 그 어드레스 범위를 기술하고 , 소프트웨어 요소와 배치된 메모리의 관계를 기술

.mak 프로젝트를 관리하는 파일

.out 빌드의 결과로 생성되는 실행 형식의 파일

.map map 파일 ( 디폴트 상태에서는 생성되지 않음 . 필요한 경우 링커 옵션에서 지정 )

프로그램 개발시 사용자가 기술해야 하는 최소한의 파일

C 언어 소스 파일 ( *.c ) 리셋이나 인터럽트에 대응하는 벡터를 기술한 ,

어셈블리 언어에 의한 소스 파일 ( *.asm ) 링커 커맨드 파일 ( *.cmd )

example : 리셋에 대응하는 처리

선두에 “ .” (피리어드 ) 가 붙어있는 것은 의사명령 (assembler directive).sect 는 이름 붙인 섹션 (vectors) 을 정의한다 . 링커 커맨드 파일을 기술할 때 사용.ref 는 다른 파일에서 정의하고 있는 이름을 참조하기 위해 사용 . 여기서는 _c_int00 이라는 이름을 참조하고 있는데 이것은 C 언어로 쓰인 프로그램을 실행하기 위한 준비를 하는 루틴의 엔트리 포인트에 대응

.sect “vectors”

.ref _c_int00 ; C entry point RESET: ; reset vector

MVKL _c_int00, B0 ; B0: start address of _c_int00MVKH _c_int00, B0B B0 ; branch to address pointed by B0NOPNOPNOPNOPNOP

Linker Command FileLinker command File 은 다음 내용을 포함한다 Linker 의 옵션 타깃 메모리 구성을 기술하는 Memory 지시 명령 섹션 메모리로 할당을 지시하는 Section 지시 명령

링커의 옵션 선두에 “ -” 기호가 붙어있는 것이 링커의 옵션

-stack size : 스택영역 (.stack 섹션 ) 의 크기를 size 에서 지정하는 바이트 수로 설정한다 .

-heap size : heap영역 (.system 섹션 ) 의 크기를 size에서

지정하는 바이트 수로 설정한다 .-l 파일명 : 파일명에서 지정하는 라이브러리 파일을 런

타임 라이브러리로 사용한다 .

Memory 지시 명령 메모리 지시 명령은 타깃의 메모리 구성에 기초해서

기술한다 . 즉 , 메모리 영역마다 이름을 붙이고 각각 선두

어드레스와 크기를 기술한다 .

org : 영역의 선두 어드레스를 지정 . orgin 혹은 o 라고 기술len : 영역의 크기를 바이트 단위로 지정 . length 혹은 l 이라

고 기술

Section 지시 명령 C 컴파일러가 생성하는 실행코드와 데이터는 재배치 가능한 몇 개의 블록으로 구성된다 . 이 블록을 섹션이라 부르고 링커에 의해서 섹션 단위로 실제 메모리상의 배치가 결정된다 .

SECTION 지시 명령은 각 섹션을 MEMORY 지시 명령으로 명명된 메모리 영역에 어떻게 할당할 것인가를 지정

C 컴파일러에서 생성된 섹션의 종류(Common compiler sections)

.cinit 명시적으로 초기화된 글로벌 변수 및 스태틱 변수

.const 수식자 const 에서 선언된 글로벌 변수 및 스태틱 변수

.text 프로그램의 실행 코드

.bss 초기화되지 않은 글로벌 변수 및 스태틱 변수

.cio printf 등에 사용하는 버퍼

.stack Stack ( 로컬 변수 )

.sysmem Heap영역 (malloc 등에 예약된 영역 )