- Truyền thông nối tiếp
4.2.3. Cấu trúc khối xử lý trung tâm CPU
CPU của dsPic30F4011 được thiết kế trên kiến trúc RISC, nhân của CPU có một bộ xử lí lệnh 24-bit và bộ đếm chương trình – Program Counter (PC) độ rộng 23-bit với bit ý nghĩa thấp nhất luôn bằng 0, còn bít ý nghĩa cao nhất thì được bỏ qua trong suốt quá trình thực hiện chương trình bình thường, chỉ trừ khi thực hiện các lệnh đặc biệt. Do đó, bộ đếm chương trình có thể định địa chỉ lên tới 4 triệu từ lệnh của không gian bộ nhớ chương trình được sử dụng.
Thiết bị dsPIC30F chứa 16 thanh ghi làm việc 16-bit. Mỗi thanh ghi làm việc có thể có thể làm việc với vai trò như dữ liệu, địa chỉ hoặc thanh ghi địa chỉ offset. Thanh ghi thứ 16 (W15) hoạt động như là con trỏ ngăn xếp mềm cho hoạt động ngắt và gọi ngắt.
Các chỉ lệnh của dsPIC30F gồm 2 lớp: Lớp MCU và Lớp DSP của lệnh. Hai lớp này được kết hợp đồng nhất với nhau trong kiến trúc và thực hiện từ một khối thực hiện đơn. Các chỉ lệnh bao gồm nhiều chế độ địa chỉ và được chế tạo nhằm tương thích với trình biên dịch ngôn ngữ C.
Không gian dữ liệu có thể được địa chỉ hoá thành 32K words hoặc 64 Kbytes và được chia làm hai khối, được gọi là bộ nhớ dữ liệu X và bộ nhớ dữ liệu Y. Mỗi khối đều có khối tạo địa chỉ - AGU (Adress Generator Unit) riêng biệt của nó. Tất cả các lệnh hoạt động đơn độc chỉ qua bộ nhớ X, và khối AGU – quy định sự xuất hiện của một vùng dữ liệu thống nhất. Lớp thanh chứa phép nhân (Multiply-
Accumulate) – MAC của lệnh DSP hoạt động thông qua cả hai khối AGU của bộ nhớ X và Y, nó chia địa chỉ dữ liệu thành hai phần. Mỗi từ dữ liệu gồm 2-bytes, và tất cả các lệnh có thể định địa chỉ dữ liệu theo bytes hoặc words (từ).
Có hai cách để truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ chương trình đó là:
- 32 Kbytes cao của vùng nhớ dữ liệu có thể được sắp xếp trong nửa thấp của không gian chương trình tại biên của 16K từ chương trình bất kỳ, được định nghĩa bởi thanh ghi PSVPAG 8-bit (Program Space Visibility Page). Do đó các lệnh có thể truy cập không gian chương trình như không gian dữ liệu, nhưng có một giới hạn là nó cần thêm một chu kỳ lệnh nữa. Chỉ có 16 bít thấp của mỗi từ lệnh có thể sử dụng phương thức truy cập này.
- Truy cập trực tiếp không tuyến tính của các trang 32K từ nằm trong không gian chương trình cũng có thể sử dụng các thanh ghi làm việc, thông qua bảng lệnh đọc và ghi. Bảng lệnh đọc và ghi có thể được sử dụng để truy cập cả 24 bit của một từ lệnh.
Khối X AGU (khối AGU của bộ nhớ X) cũng hỗ trợ việc đảo bit địa chỉ trên địa chỉ đích kết quả nhằm đơn giản hoá tối đa dữ liệu vào hoặc ra để chúng thích hợp cho thuật toán FFT cơ số 2.
Với tất cả các lệnh, nhân của dsPIC30F có khả năng thực hiện việc đọc bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình, đọc thanh ghi làm việc, ghi vào thanh ghi làm
việc và đọc bộ nhớ chương trình mỗi chu kì lệnh. Như vậy, lệnh 3 toán hạng được hỗ trợ, cho phép thực hiện phép tính C = A + B trong một chu kì lệnh.
Hình 4.3: Các thanh ghi của khối xử lí trung tâm
Công cụ DSP được tích hợp vào vi xử lý làm tăng ý nghĩa của một CPU mạnh về thuật toán. Đặc điểm của nó là thực hiện ở tốc độ cao một phép nhân hai số 17- bit, một khối số học và logic (ALU) 40-bit, hai thanh chứa có khả năng bão hoà 40- bit và một bộ dịch hai hướng 40-bit. Dữ liệu trong thanh chứa hoặc bất kỳ một thanh ghi làm việc nào có thể được dịch trái 15 bit hay dịch trái 16 bit chỉ trong một chu kỳ lệnh. Các lệnh DSP hoạt động thống nhất với tất cả các lệnh khác và được thiết kế nhằm thích hợp với việc xử lý thời gian thực.
Lớp MAC của lệnh có thể đồng thời nạp hai toán hạng dữ liệu từ bộ nhớ trong khi đang nhân hai thanh ghi W. Để kích hoạt chế độ nạp đồng thời của toán hạng,
không gian dữ liệu được chia nhỏ cho các lệnh này và tuyến đối với các lệnh khác. Việc này được thực hiện rõ ràng và rất linh hoạt bằng cách dành một vài thanh ghi làm việc cho mỗi không gian địa chỉ cho lớp MAC của lệnh.
Nhân của vi xử lý không hỗ trợ đường ống đa tầng lệnh, nhưng một lệnh đơn tầng sẽ sử dụng kĩ thuật tiền nạp, truy cập và giải mã từng phần lệnh nhằm mục tiêu một lệnh chỉ thực hiện trong một chu kỳ.