一种基于功耗管理的DSP处理器设计

6 存储器的组织管理

在数字信号处理系统中,数据的吞吐率直接影响系统的性能,传统的冯·诺曼(Von Neuman)结构是将指令、数据存储在同一存储器中统一编址,依靠指令计数器提供的地址来区分指令和数据。取指令和取数据都访问同一存储器,数据吞吐率低。而哈佛结构则不同于传统的冯·诺曼结构的并行系统结构,其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是2个相互独立的存储器,每个存储器独立编址,独立访问。系统中设置了程序和数据2条总线,从而使数据的吞吐率提高了1倍。

本文的设计采用如图4所示的增强型哈佛结构,它包括1个程序代码存储器和2个数据存储器,其中程序代码存储器只存放指令,程序数据存储器存放程序数据,而数据存储器则存放通用数据。对这些存储器的访问是相互独立的,系统可以在取指令的同时提供2个操作数,因而大大提高了系统的执行效率。

为了使用更大的虚拟地址空间,对存储器采用分页管理,几个不同的页可以占用同一段地址空间,由各个存储器的分页寄存器指明当前所访问的是哪一页。
  


图4 增强型哈佛结构  

7 时钟管理方案

由公式(1)可以看出,系统的功耗和时钟频率呈线性关系,因此,通过降低系统时钟可以有效地降低功耗。时钟管理方案为系统提供了在不同工作模式下进行工作的频率,其结构如图5所示。由图可知,外部输入时钟 CLKI经过全局输入缓冲器IBUFG连接到延迟锁相环DLL,锁相环原相时钟经过全局缓冲器BUFG输出,这样就可以得到稳定的片内原时钟;系统在低功耗模式下,可以根据用户配置的时钟分频计数器的值将原时钟分频,产生分频时钟;如果系统时钟要停止,可直接将低电平作为时钟输出。

  

图5 时钟管理方案结构图  

以上3种时钟经过多路选择器输出,该内部产生的时钟已经不是稳定的时钟。因此,将该时钟输出到片外,然后将输入连接到片上时钟专用线,即经过全局输入缓冲器连接到延迟锁相环,锁相环原相时钟经过全局缓冲器输出产生稳定的系统主时钟。同时,锁相环二分频时钟经过全局缓冲器输出作为系统状态时钟,由它参与系统控制。此外,将该锁相环的时钟锁定标志LOCKED输出,便于在系统调试时观察内部时钟的稳定性。

本文介绍的低功耗DSP处理器的设计,相对于其他处理器的解决方案具有成本低、复杂性小、产品上市时间短等优点,并且能够以较低的价格实现各种便携式数字信号处理性能。该设计方法可作为同类设计的参考。