MSP430程序库十三硬件乘法器使用资料.docx
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MSP430程序库十三硬件乘法器使用资料
MSP430程序库<十三>硬件乘法器使用
硬件乘法器不占用CPU周期，有硬件实现，速度比软件实现的乘法速度快很多。
msp430f14x、msp430f16x中都含有硬件乘法器模块，方便用户需要速度的时候使用。
∙硬件介绍：
在MSP430系列单片机中，硬件乘法器是外围模块，而不是CPU内核的一部分；所以它的活动与否与CPU的活动与否无关，它的寄存器和其他的外围寄存器一样通过CPU指令读写。
硬件乘法器模块支持一下功能：
无符号乘法、有符号乘法、无符号乘加、有符号乘加；可以支持16*1616*88*168*8bits的乘法。
硬件乘法器的模块框图如下：
硬件乘法器模块的四种操作类型（无符号乘法、有符号乘法、无符号乘加、有符号乘加）是由写入的第一个操作数的位置决定的。
这个模块有两个操作数寄存器：
OP1和OP2、三个结果寄存器RESLO,RESHI,和SUMEXT。
RESLO寄存器存储结果的低字（低16位）；RESHI寄存器存储结果的高字（高16位）；SUMEXT寄存器存储结果的有关信息。
结果在3个时钟周期后即可完成；写入OP2后的下一条指令即可读取结果，有一种情况例外：
用间接寻址方式访问结果。
用间接寻址方式访问结果时，读取结果之前需要有一条NOP指令。
操作数OP1有四个地址（MPY:
0130hMPYS:
0132hMAC:
0134hMACS:
0136h），这四个寄存器用来选择乘法的操作模式。
写入第一个操作数寄存器决定用哪种操作：
无符号用符号等，但是不启动相乘操作；写入第二个操作数寄存器启动相乘的操作。
计算完成后结果存入寄存器RESLO,RESHI,和SUMEXT。
操作数1的四个地址对应的操作：
OP1AddressRegisterNameOperation
0130hMPYUnsignedmultiply（无符号乘法）
0132hMPYSSignedmultiply（有符号乘法）
0134hMACUnsignedmultiplyaccumulate（无符号乘加）
0136hMACSSignedmultiplyaccumulate（有符号乘加）
四种操作模式下高位结果寄存器的内容如下：
ModeRESHIContents
MPYUpper16-bitsoftheresult
MPYSTheMSBisthesignoftheresult.Theremainingbitsaretheupper
15-bitsoftheresult.Two’scomplementnotationisusedfortheresult.
MACUpper16-bitsoftheresult
MACSUpper16-bitsoftheresult.Two’scomplementnotationisusedfortheresult.
四种操作模式SUMEXT寄存器的内容：
ModeSUMEXT
MPYSUMEXTisalways0000h
MPYSSUMEXTcontainstheextendedsignoftheresult
00000hResultwaspositiveorzero
0FFFFhResultwasnegative
MACSUMEXTcontainsthecarryoftheresult
0000hNocarryforresult
0001hResulthasacarry
MACSSUMEXTcontainstheextendedsignoftheresult
00000hResultwaspositiveorzero
0FFFFhResultwasnegative
连续乘法运算时，如果操作数1不需改变就可以运算，则可以不需要重新写入和以保存内容相同的数；但OP2必须重新写入以启动乘法运算。
MACSUnderflowandOverflow（MACS时的上溢和下溢）：
硬件乘法器不检测有符号乘加时运算结果的上溢出和下溢出。
结果的正数范围：
0到7FFFFFFFh；负数范围：
0FFFFFFFFh到80000000h。
下溢出是两个负数的和结果寄存器得到的是正数，上溢出是两个正数的和结果寄存器得到的是负数。
SUMEXT寄存器存储有结果的符号，可以根据它判断是否溢出（0000h负数和则上溢0FFFFh正数和则下溢）。
使用时程序必须合适的检测、处理MACS的溢出情况。
程序示例（用户指南上给出的汇编示例）：
所有乘数模式的例子如下。
所有的8x8模式使用的寄存器的绝对地址，因为汇编器将不允许B访问到字寄存器时使用标准定义的文件标签。
;16x16UnsignedMultiply
MOV#01234h,&MPY;Loadfirstoperand
MOV#05678h,&OP2;Loadsecondoperand
;...;Processresults
;8x8UnsignedMultiply.Absoluteaddressing.
MOV.B#012h,&0130h;Loadfirstoperand
MOV.B#034h,&0138h;Load2ndoperand
;...;Processresults
;16x16SignedMultiply
MOV#01234h,&MPYS;Loadfirstoperand
MOV#05678h,&OP2;Load2ndoperand
;...;Processresults
;8x8SignedMultiply.Absoluteaddressing.
MOV.B#012h,&0132h;Loadfirstoperand
SXT&MPYS;Signextendfirstoperand
MOV.B#034h,&0138h;Load2ndoperand
SXT&OP2;Signextend2ndoperand
;（triggers2ndmultiplication）
;...;Processresults
;16x16UnsignedMultiplyAccumulate
MOV#01234h,&MAC;Loadfirstoperand
MOV#05678h,&OP2;Load2ndoperand
;...;Processresults
;8x8UnsignedMultiplyAccumulate.Absoluteaddressing
MOV.B#012h,&0134h;Loadfirstoperand
MOV.B#034h,&0138h;Load2ndoperand
;...;Processresults
;16x16SignedMultiplyAccumulate
MOV#01234h,&MACS;Loadfirstoperand
MOV#05678h,&OP2;Load2ndoperand
;...;Processresults
;8x8SignedMultiplyAccumulate.Absoluteaddressing
MOV.B#012h,&0136h;Loadfirstoperand
SXT&MACS;Signextendfirstoperand
MOV.B#034h,R5;Temp.locationfor2ndoperand
SXTR5;Signextend2ndoperand
MOVR5,&OP2;Load2ndoperand
;...;Processresults
上面的程序虽然和标准的汇编差异比较大，但是有一定汇编基础的人还是很容易就能够看懂。
这里的程序给出了多种方式写入操作数寄存器。
间接寻址结果寄存器时，在写入OP2操作数启动乘法后，至少需要一个指令的延迟后才能访问结果寄存器RESLO等；直接寻址时可以写入OP2后，下一条指令即可读取结果。
示例程序（汇编）：
;Accessmultiplierresultswithindirectaddressing
MOV#RESLO,R5;RESLOaddressinR5forindirect
MOV&OPER1,&MPY;Load1stoperand
MOV&OPER2,&OP2;Load2ndoperand
NOP;Needonecycle写入两个操作数乘法运算开始后需要一个NOP
MOV@R5+,&xxx;MoveRESLO
MOV@R5,&xxx;MoveRESHI
如果在写入OP1和写入OP2之间产生了中断，中断响应后，源操作数的计算模式丢失；运算结果不确定。
为了避免这种情况的发生，在写入操作数时禁止中断或在中断响应函数中不使用硬件乘法器。
如：
;Disableinterruptsbeforeusingthehardwaremultiplier
DINT;Disableinterrupts
NOP;RequiredforDINT
MOV#xxh,&MPY;Load1stoperand
MOV#xxh,&OP2;Load2ndoperand
EINT;Interruptsmaybeenablebefore
;Processresults
硬件部分就说这么多了，有什么不大明白的可以参考用户指南。
∙使用示例：
我的程序仅仅是用C语言演示硬件乘法器的使用。
程序主要内容如下：
#include
/****************************************************************************
*名称：
main主程序
*功能：
硬件乘法器程序库使用演示
*入口参数：
无
*出口参数：
无
****************************************************************************/
voidmain（void）
{
//Stopwatchdogtimertopreventtimeoutreset
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;
ClkInit（）;
/*把硬件乘法器的寄存器放到watch窗口观察是否变化
inta=0;
a=5*6;
*/
//测试无符号乘法
MPY=65535;
OP2=2;
//有符号乘法
MPYS=65535;
OP2=2;
//无符号乘加
MAC=65535;
OP2=2;
//有符号乘加
MACS=65535;
OP2=2;
LPM0;
}
程序演示了4中乘法模式：
使用时单步调试，观察硬件乘法器的有关寄存器。
如：
硬件乘法器运算速度很快，只需3个时钟周期；这里IAR单步调试时，OP2赋值结束，在watch窗口马上就可以看到运算结果。
其他三种模式类似。
注释掉的这部分是我用来检测IAR编译程序是否使用硬件乘法器进行测试。
默认情况下，乘法应该是用硬件乘法器运算的。
默认的设置如下：
硬件乘法器是选中的，这时应该是使用硬件乘法器的，但是我的调试结果显示它没有使用硬件乘法器，截图下：
运行后乘法器相关位没有对应变化，如果使用的话，应该变化。
硬件乘法器不选中时，寄存器也没有相应变化，从这看，IAR没有使用硬件乘法器；也许程序没有优化太多或是debug版本不使用硬件乘法器。
如果需要直接使用硬件乘法器，有必要时把设置的硬件乘法器去掉，以防冲突。
下面是直接使用硬件乘法器的一个实例：
#include"msp430x16x.h"
unsignedintResult[7];
unsignedcharData1[7];
unsignedcharData2[7];
voidmain（void）
{
unsignedchari;
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关看门狗
for（i=0;i<7;i++）
{
Data1[i]=10*i;//对两数组赋值
Data2[i]=25*i;
}
for（i=0;i<7;i++）
{
MPY=Data1[i];
OP2=Data2[i];
_NOP（）;//延迟
_NOP（）;
_NOP（）;
Result[i]=RESLO;//保存结果，由于是8×8型，所以未用到RESHI；
}
}
这个程序用无符号乘法运算，结果存入结果数组中。
值的注意的是程序中的3个NOP，这里NOP不需要，根据头文件推测，IAR编译器应该使用的是直接寻址方式，可以不要。
如果不太放心，一个NOP即可，即便用的是间接寻址，一个NOP的延迟已经足够。
硬件乘法器一般不会像上面的程序那么使用，如果这样就太浪费了；还不如直接用*操作符来的简便；硬件乘法器主要用来对时间要求苛刻的情况。
如：
用430进行数字滤波，快速傅里叶变换等。
ti有一篇应用笔记介绍的就是用msp430f169实现数字滤波方案。
硬件乘法器就到这里了，希望对大家有所帮助。
有什么不足之处，欢迎拍砖讨论。
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