單片機與DSP結合的dsPIC芯片介紹

2 dsPIC30F與PIC16F87X的比較

dsPIC30F芯片采用16位（數據）改進型——非流水線的哈佛RISC結構，芯片具體結構如圖1所示。程序計數器（PC）為24位寬，可以尋址4M×24位的程序存儲器空間。而PIC16F87X系列單片機采用的是8位流水線哈佛結構，有一個13位寬的程序計數器PC，最大只可尋址8K的程序存儲器空間。

DsPIC30F有16個16位的工作寄存器（W0～W15）。每個工作寄存器都可以作為數據、尋址或移位寄存器來操作。其中，第16個工作寄存器（即W15）作為中斷和程序調用的堆棧指針。PIC16F87X系列同其它種類的PIC機一樣，只含有一個用于ALU的8位W工作寄存器，相當于一般單片機的A累加器，是不可尋址的。

dsPIC30F指令字是24位的，其指令系統有很大的增強，最大特點就是包含了對DSP的支持。因為這種DSP引擎具有1個高速的16位與 16位相乘的乘法器、1個40位的ALU、2個40位的飽和累加器（saturating accumulator）以及1個40位的雙向移位器，因而能夠明顯提高芯片算法能力和周期。由此，這種芯片的指令系統就分成兩大類——單片機類和DSP 類。這種指令系統基于高效的C編譯器，支持固有尋址（無操作數）、相對尋址、立刻尋址、存儲器尋址、寄存器直接尋址、間接尋址和移動尋址7種方式。每條指令都同預先定義的尋址方式有關，而這些預定義的尋址方式是由特定功能需求決定的，且每條指令都支持這7種尋址方式。對于大多數指令，dsPIC30F芯片在每個指令周期能夠執行數據（或程序數據）存儲器讀操作、工作寄存器（數據）讀操作、數據存儲器寫操作以及程序（指令）存儲器讀操作。因此，它可以支持3 操作數的指令，比如，在一個周期內可以完成A+B=C的操作。而PIC16F87X系列單片機每條指令長14位（其它系列指令字長也12位或16位的），整個指令系統共分成三類——字節操作類、位操作類以及立刻數操作和控制操作類，支持立即數尋址、寄存器間接尋址、直接尋址和位尋址四種尋址方式，但由于這樣尋址種類的劃分依據是操作數的來源，因此并非每條指令都可以支持這四種尋址方式，例如，位操作類的指令就只能采用位尋址方式。對PIC16F87X系列單片機，其指令的操作個數最多只能是兩個，另外，再加上這種系列單片機不提供對DSP的支持，那么在數字信號處理速度方面，同dsPIC30F相比顯然要慢很多。

dsPIC30F芯片的數據空間被一分為二，分別以X和Y數據存儲器進行引用，可以作為32K字（word）或64KB（byte）進行尋址。每個存儲器塊都有自己獨立的地址產生單元（AGU）。單片機類的指令僅單獨通過X存儲器的AGU單元進行操作，把整個存儲器作為一個線性的數據空間進行尋址。而DSP類指令的乘法累加器（MAC）是通過X和Y的AGU共同操作的，這樣就將數據地址空間分成相對獨立的兩部分。不過，這樣的X和Y的數據空間邊界是任意的，且是由芯片自身特性決定的。數據空間存儲器高位的32KB，通過定義8位程序空間可見頁面寄存器PSVPAG（Program Space Visibility Page），任意的16位程序字邊界中隨意地被映射到的程序空間低位（用戶空間），這樣就使得任何指令能夠像訪問數據空間一樣訪問程序空間。不過，采用這種方式訪問的執行時間比一般的訪問方式要多一個周期。而且，只有每條指令字的低16位才可以使用這種方法訪問。PIC16F87X系列單片機的數據存儲器分成多個存儲區。每個存儲區由通用寄存器和專用寄存器兩部分組成。存儲區之間的選擇是通過定義狀態寄存器STATUS的RP0和RP1位進行的，每個存儲體最多只能達到128字節。

dsPIC芯片不支持多級指令流水線，而采用單級指令預取機制，就是在可利用的最大執行時間前的一個周期訪問指令。因此，dsPIC芯片大多數指令是單周期的。此外，dsPIC30F芯片還有一個特征，就是含有由61個區分優先級的向量組成的矢量異常處理結構，這些異常情況包括復位（RESET）、6個捕捉以及54個中斷。

結語

dsPIC器件的開發有助于緩解16位單片機和低端數字信號處理器（DSP之間的性能差，是傳統16位單片機應用的理想解決方案。與此同時，隨著控制技術日趨復雜化，越來越多的工業系統要使用DSP精確控制實時響應，以及現有產品要求增加更多功能，以增強I/O易用性和安全接入，dsPIC必將在高性能數字信號控制器市場占據重要一席之地。同時，隨著多種dsPIC產品系列的不斷迅速開發，以及愈加完善的開發工具、應用系統庫、現場應用工程技術和綜合技術等的產品，dsPIC一定會得到廣大用戶的青睞。