ZSP400 IP核的架构与软件开发技术 - 中国高校教材图书网
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书名： |
ZSP400 IP核的架构与软件开发技术
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| ISBN： | 978-7-5606-2497-6 |
责任编辑： | |
| 作者： |
杨银堂 刘 毅
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-1 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥30.00
折扣价：￥28.50
折扣：0.95
节省了1.5元
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字数： |
321千字
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| 出版社： |
西安电子科技大学出版社 |
页数： |
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| 出版日期： |
2011-02-01 |
每包册数： |
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| 国家规划教材： |
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省部级规划教材： |
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| 入选重点出版项目： |
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获奖信息： |
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| 内容简介： |
本书介绍ZSP400 IP核的架构及其软件设计方法，共3篇11章。第一篇为概述篇(第一、二章)，概括介绍ZSP系列的发展历程和DSP的关键处理技术。第二篇为架构篇(第三章至第七章)，详细阐述ZSP400 IP核的基本架构、工作方式及其指令系统。第三篇为软件开发篇(第八章至第十一章)，是本书的重点内容，首先介绍ZSP400的软件开发工具ZView的安装和使用方法，其次介绍汇编程序和C程序的设计及优化方法，在此基础上，以MP3解码程序为例，详细介绍了程序的设计和优化过程。
本书可作为ZSP400软件开发工程师的软件设计参考手册，亦可作为高等院校电子信息类专业的本科生和研究生学习ZSP的参考书。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
概 述 篇
第一章 绪论 1
1.1 嵌入式处理器IP 1
1.1.1 SoC设计与IP复用 1
1.1.2 IP的分类与特点 1
1.2 DSP简介 2
1.3 ZSP综述 3
1.3.1 ZSP的发展历程 3
1.3.2 ZSP的技术特征 3
1.3.3 ZSP系列 4
1.3.4 ZSP的应用领域 5
本章小结 5
第二章 先进处理器技术 6
2.1 流水线技术 6
2.1.1 流水线的由来 6
2.1.2 流水线技术对处理器性能的影响 7
2.1.3 设计目标 8
2.1.4 流水线的局限性 9
2.1.5 性价比优化 9
2.1.6 流水线理想假设 10
2.1.7 流水线的分类 12
2.1.8 流水线的设计 14
2.2 超标量技术 18
2.3 哈佛结构 20
2.4 分支预测技术 21
2.4.1 分支预测技术的发展 21
2.4.2 分支预测技术的基本原理 22
2.4.3 分支预测的基本类型 23
2.4.4 分支预测的恢复 25
2.4.5 分支预测的现状 27
本章小结 27
架 构 篇
第三章 ZSP400的结构原理 29
3.1 ZSP400的结构特征 29
3.2 系统模块图 30
3.3 指令单元 31
3.3.1 指令缓存和指令预取器 31
3.3.2 分支预测 35
3.4 数据单元 38
3.4.1 数据缓存、数据预取器和数据链接 38
3.4.2 数据链接建立 40
3.4.3 数据单元存储器 41
3.4.4 循环缓冲器 41
3.4.5 反向进位寻址 43
3.5 流水控制单元 43
3.5.1 互锁流水线 44
3.5.2 分组原则 44
3.5.3 计时器 50
3.6 执行单元 50
3.6.1 乘/累加单元 51
3.6.2 算术逻辑单元 52
3.6.3 通用寄存器阵列 52
3.7 控制寄存器阵列 53
3.7.1 地址模式寄存器 53
3.7.2 循环缓冲地址寄存器组 53
3.7.3 器件仿真数据寄存器 55
3.7.4 器件仿真指令寄存器 55
3.7.5 功能模式寄存器 55
3.7.6 寄存器对{r1 r0}和{r3 r2}的保护位 56
3.7.7 硬件标识寄存器 56
3.7.8 中断屏蔽寄存器 57
3.7.9 中断优先级寄存器 58
3.7.10 中断请求寄存器 59
3.7.11 循环计数器寄存器 60
3.7.12 程序计数器寄存器 60
3.7.13 返回程序计数器寄存器 60
3.7.14 系统模式寄存器 61
3.7.15 计时器控制寄存器 63
3.7.16 陷阱返回程序计数器寄存器 64
3.7.17 Viterbi回溯寄存器 64
3.8 器件仿真单元 64
本章小结 65
第四章 存储管理 66
4.1 引言 66
4.2 存储器映射 67
4.2.1 概述 67
4.2.2 代码读取 67
4.3 读取和写入 68
4.4 内部接口 69
4.4.1 信号列表 69
4.4.2 内部取指实例 70
4.4.3 内部数据读取实例 71
4.4.4 内部数据写入实例 71
4.5 外部接口 72
4.6 外部接口信号 72
4.7 外部接口协议 74
4.8 外部读取 74
4.9 外部写入 77
4.10 架构补偿 80
4.10.1 外设空间和存储器映射空间容量 80
4.10.2 数据单元缓存和外部存储器接口 81
本章小结 81
第五章 器件仿真单元/JTAG接口 82
5.1 引言 82
5.2 JTAG/DEU接口 82
5.3 JTAG指令 84
5.4 调试单元指令摘要 84
5.4.1 软件支持命令 84
5.4.2 硬件支持命令 85
5.5 硬件调试操作 87
5.6 软件调试操作 88
5.7 主机/核交换信号 89
本章小结 89
第六章 时钟、中断和运作模式 91
6.1 时钟 91
6.2 中断 92
6.2.1 中断的相关概念 92
6.2.2 中断寄存器 93
6.2.3 单级处理和多级处理中断 93
6.2.4 ZSP400中断处理流程 94
6.3 运作模式 95
本章小结 96
第七章 ZSP400指令系统 98
7.1 ZSP400指令集 98
7.1.1 ZSP400指令集的特点 98
7.1.2 ZSP指令集中的符号 98
7.1.3 ZSP400指令集介绍 99
7.2 指令对执行单元的使用及指令与控制寄存器交互 107
7.2.1 指令对执行单元的使用 107
7.2.2 指令与控制寄存器交互 108
7.3 指令编码 109
本章小结 111
软 件 开 发 篇
第八章 ZView IDE 113
8.1 ZView简介 113
8.2 ZView的安装和License设置 114
8.2.1 系统配置要求 114
8.2.2 ZView 软件安装 114
8.2.3 License设置 118
8.3 ZView的基本操作 121
8.3.1 ZView主菜单 122
8.3.2 视角 122
8.4 ZView工程项目的创建 126
8.4.1 工程项目的建立和打开 126
8.4.2 创建源文件 129
8.4.3 构建 131
8.5 ZView工程项目的调试 133
8.5.1 配置调试模式 133
8.5.2 定义硬件目标 134
8.5.3 调试 135
本章小结 139
第九章 ZSP400的汇编程序设计 140
9.1 概述 140
9.1.1 汇编源文件格式 140
9.1.2 汇编语言汇总的数字和字符串 142
9.2 定点数和浮点数的表示 143
9.2.1 浮点数的表示方式 143
9.2.2 定点数的表示方式 143
9.3 控制程序 145
9.3.1 程序中断 145
9.3.2 程序跳转 147
9.4 应用程序举例 148
本章小结 151
第十章 ZSP400的C程序优化 153
10.1 优化的必要性 153
10.2 C程序优化的评估标准 153
10.3 C程序优化流程 154
10.4 C程序优化方法 155
10.4.1 优化C程序的实现算法 155
10.4.2 充分利用内联函数和DSP库函数 155
10.4.3 调整C程序结构 158
10.4.4 其他常用优化技巧 174
本章小结 181
第十一章 基于ZSP400的MP3解码程序设计 182
11.1 程序优化流程与方法 182
11.1.1 程序优化流程 182
11.1.2 程序优化方法 183
11.2 确定优化对象 184
11.3 MP3解码的算法优化 185
11.3.1 子带综合的算法改进 185
11.3.2 IMDCT的算法改进 188
11.3.3 反量化的算法改进 191
11.3.4 MP3解码程序算法优化结果分析 193
11.4 MP3解码程序的定点化 194
11.4.1 定点化的必要性 194
11.4.2 程序定点化的优化流程 195
11.4.3 浮点数与定点数的转换 195
11.4.4 定标值的确定 195
11.4.5 MP3解码程序的定点化运算 196
11.4.6 MP3解码程序中各模块定点化的实现 197
11.4.7 MP3解码程序定点化结果分析 198
11.5 MP3解码程序的代码优化 199
11.5.1 内联函数的使用 199
11.5.2 查找表的使用 200
11.5.3 使用指针代替数组 200
11.5.4 循环结构的优化 201
11.5.5 其他程序代码优化方法 202
11.6 MP3解码程序优化的结果分析 202
11.6.1 解码质量 203
11.6.2 解码性能 205
本章小结 206
附录A S.W.Lee的IMDCT快速算法中SDCT的运算公式 207
附录B 反量化查表的区间划分以及系数表值 208
附录C Q表示法及数值范围 209
附录D 内联函数 210
附录E ZSP400数据类型 211
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| 精彩片段： |
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| 书 评： |
从1958年第一块集成电路诞生以来，微电子技术发展日新月异，集成电路的集成度一直遵循摩尔定律不断提高。20世纪90年代中期出现SoC设计概念，将系统高度集成到一块芯片上，使产品体积显著缩小，性能大幅提高。SoC设计产品已广泛应用于消费电子、通信技术、工业控制及汽车电子等领域。随着数据处理的任务量越来越多，速度要求越来越快，单个处理器内核的SoC结构已经不再适用。应此而生的是MCU+DSP的多核处理器SoC结构，其中MCU(Micro Control Unit)为微控制单元，而DSP(Digital Signal Processor)负责复杂的数字信号处理任务。在SoC设计过程中，处理器IP核的选择是决定SoC性能的关键之一。
全球知名的“芯片到系统”解决方案供应商美商巨积股份有限公司(LSI Logic)于1999年将美国ZSP公司收购，成立了LSI数字信号处理器业务部，专门从事DSP IP设计和产品解决方案的开发，推出了一系列高性能DSP处理器核，并将其命名为ZSP系列。Broadcom(博通)、Brecis(即现在的PMC-Sierra)等知名公司是LSI ZSP产品的第一批授权用户。
2006年7月5日，中国大陆专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)设计代工和半导体IP(Intellectual Property)供应商芯原股份有限公司(简称VeriSilicon或芯原)宣布已从LSI Logic公司成功并购ZSP数字信号处理器部门。根据双方达成的协议，芯原获得了与ZSP可授权核心、开发工具、标准产品和软件有关的财产，包括相关的已发布和即将发布的专利的所有权转移。另外，多数ZSP部门工作人员，包括工程师、软件开发者、营销人员、销售人员和客户服务及支持人员都加入了芯原。不久，芯原公司推出了ZSP G3系列的最新IP核ZSP800。随着ZSP系列产品不断丰富，ZSP的客户群也正不断扩大，Broadcom(博通)、Marvell(俊茂)、IBM、AVID(艾维德)、Renesas(瑞萨)、Yamaha(雅马哈)、Murata(村田)、华为、大唐电信等越来越多的公司现已成为ZSP产品的授权用户。
ZSP IP核系列以其出色的数字信号处理能力、高数据吞吐量、低系统成本、低功耗、快速的上市时间和应用的灵活性，通过提供完整的EDA和软件开发工具以及相应的无线、多媒体、音频和视频SoC应用平台，来满足客户开发产品的需求。ZSP架构迅速成为基于TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA等标准的3G无线应用设计中的DSP首选。其中ZSP400是一款基于RISC架构，采用超标量处理方案的16位定点嵌入式数字信号处理器，指令执行速度快，最高可达800 MIPS，并应用了特有的低功耗技术，支持AMBA总线标准，易接入外部设备而构成复杂系统，因其出色的数字信号处理能力而常被作为SoC中的协处理器使用。
目前，国内还没有ZSP系列的相关书籍，为了使更多的用户和开发者了解ZSP，作者根据近年来对ZSP核系列，特别是ZSP400的研究和开发经验编写了本书。本书从ZSP系列产品中的ZSP400入手，由浅入深地介绍其基本架构原理、指令集、开发环境、汇编程序设计和C程序设计等内容，并结合MP3算法分析，详细介绍了MP3解码程序的设计和优化过程。本书共分为11章：
第一章介绍微电子IP技术和ZSP IP系列的发展；
第二章阐述先进的处理器技术：流水线技术、超标量技术、哈佛结构和分支预测技术；
第三章介绍ZSP400硬件结构与各单元功能；
第四章描述内部与外部存储器和外设空间核的接口，讨论信号、存储器映射以及接口协议；
第五章介绍ZSP400器件模拟单元和JTAG调试(硬件调试、软件调试)；
第六章描述ZSP400的时钟信号与中断处理方式，并介绍核的6种工作模式；
第七章讨论ZSP指令集、指令对执行单元的使用、控制寄存器-指令交互和指令编码；
第八章介绍ZSP开发环境ZView IDE及工程项目开发和调试的软件操作；
第九章阐述ZSP400的汇编程序规范和汇编程序设计；
第十章介绍ZSP400的C程序的优化方法；
第十一章以MP3解码为例进行具体优化，介绍程序开发流程和性能评估的方法。
本书撰写过程中，得到芯原(上海)股份有限公司的大力支持，该公司为我们提供了本书所需的技术资料、开发环境和技术指导，在此表示感谢！同时，也向参与软件设计工作和撰写工作但未列入编者名单的王海龙、张远楷、沈圣盛、欧阳路河和岳文彪同学表示感谢。正是在他们的帮助下，本书才得以撰写出版。
由于时间和经验所限，书中难免出现疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。
编 者
2010年8月
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