Blackfin 處理器包括一個(gè)具有 10 級(jí) RISC MCU/DSP 流水線的高性能 16/32 位嵌入式處理器內(nèi)核、用于實(shí)現(xiàn)最佳代碼密度的可變長(zhǎng)度 ISA 以及具有面向加速視頻和多媒體處理的指令的全 SIMD 支持。Blackfin 內(nèi)核的說明如下：


通用寄存器文件

數(shù)據(jù)寄存器文件
數(shù)據(jù)類型包括 8 位、16 位或 32 位帶符號(hào)或無符號(hào)整數(shù)以及 16 位或 32 位帶符號(hào)分?jǐn)?shù)
32 位讀出和兩個(gè) 32 位寫入操作
地址寄存器文件
棧指針
幀指針

數(shù)據(jù)運(yùn)算器

兩個(gè) 16 位 MAC
兩個(gè) 40 位 ALU
四個(gè) 8 位視頻 ALU
單個(gè)桶形移位器

地址運(yùn)算器

存儲(chǔ)器取指令
索引、長(zhǎng)度、基數(shù)和修改寄存器
循環(huán)緩沖

程序定序器單元

條件轉(zhuǎn)移和子程序調(diào)用
嵌套式零開銷循環(huán)
代碼密度

通用寄存器文件

Blackfin 處理器內(nèi)核包括一個(gè)用于通用運(yùn)算單元的 8 路×32 位數(shù)據(jù)寄存器文件。支持的數(shù)據(jù)類型包括8 位、16 位或 32 位帶符號(hào)或無符號(hào)整數(shù)以及 16 位或 32 位帶符號(hào)分?jǐn)?shù)。在每個(gè)時(shí)鐘周期中，這種多端口寄存器文件均支持兩個(gè) 32 位讀出和兩個(gè) 32 位寫入操作。還可將其作為一個(gè) 16 路×16 位數(shù)據(jù)寄存器文件來進(jìn)行存取。

除了支持循環(huán)緩沖和棧保持以外，地址寄存器文件還提供了一種通用型尋址機(jī)制。該寄存器文件由 8 個(gè)表目組成，并包括一個(gè)幀指針和一個(gè)棧指針。幀指針可用于子例程參數(shù)傳輸，而棧指針則可用于存儲(chǔ)子程序調(diào)用的返回地址。

數(shù)據(jù)運(yùn)算器

數(shù)據(jù)運(yùn)算器所包含的系統(tǒng)資源大約是 Analog Devices 公司以往 16 位架構(gòu)的兩倍。它包括：

兩個(gè) 16 位 MAC
兩個(gè) 40 位 ALU
四個(gè) 8 位視頻 ALU
單個(gè)桶形移位器

所有的計(jì)算資源均能夠處理來自數(shù)據(jù)寄存器文件（R0～R7）的 8 位、16 位或 32 位操作數(shù)?？蓪⒚總€(gè)寄存器作為一個(gè) 32 位寄存器或一個(gè) 16 位寄存器的高位部分或低位部分來進(jìn)行存取。

在單個(gè)時(shí)鐘周期中，SIMD 架構(gòu)能夠?qū)Χ噙_(dá)兩個(gè) 32 位值進(jìn)行讀出和寫入操作。然而，由于能夠?qū)?R0～R7 寄存器的高位部分和低位部分進(jìn)行獨(dú)立尋址（Rx、Rx.H 或Rx.L），因此每個(gè)計(jì)算部件都能夠從兩個(gè) 32 位輸入值和四個(gè) 16 位輸入值當(dāng)中進(jìn)行選擇，而并未對(duì)輸入數(shù)據(jù)加以限制。計(jì)算的結(jié)果可以作為一個(gè) 32 位實(shí)體或寄存器的高 16 位部分或低 16 位部分而被重新寫入寄存器文件。此外，累積的方法有可能因?yàn)閿?shù)據(jù)通路的不同而存在差異。例如，A0 可能是一個(gè)恒定加法，而 A1 則可能是一個(gè)恒定減法。這種能力被稱為 “靈活的 SIMD”。

兩個(gè)累加器的長(zhǎng)度均為 40 位，從而提供了 8 位擴(kuò)展精度。與通用型寄存器相似，兩個(gè)累加器均能夠以 16 位、32 位或 40 位的增量進(jìn)行存取。Blackfin 架構(gòu)還支持一種可生成兩個(gè) 16 位、32 位或 40 位結(jié)果或 4 個(gè) 16 位結(jié)果的組合型加法/減法指令。在希望獲得 4 個(gè) 16 位結(jié)果的場(chǎng)合，高位和低位部分的結(jié)果可以互換。這是一項(xiàng)非常強(qiáng)大的功能，比方說，它能夠顯著地改善 FFT 基準(zhǔn)程序結(jié)果。

地址運(yùn)算器

兩個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器（DAG）提供了用于實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的同時(shí)雙重操作數(shù)取出的地址。這兩個(gè) DAG 共用一個(gè)包含了 4 組 32 位索引（I）、長(zhǎng)度（L）、基數(shù)（B）和修改（M）寄存器的寄存器文件。另外還有 8 個(gè)附加 32 位地址寄存器（即 P0～P5、幀指針和棧指針），它們可被用作針對(duì)變量和棧位置的通用標(biāo)引的指針。

4 組 I、L、B 和 M 寄存器可用于實(shí)現(xiàn)循環(huán)緩沖。當(dāng)一道使用時(shí)，每組索引、長(zhǎng)度和基數(shù)寄存器都能夠在內(nèi)部或外部存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)一種獨(dú)特的循環(huán)緩沖器。Blackfin 架構(gòu)還支持各種尋址模式，包括間接型、自動(dòng)增量和減量型、索引型和位反轉(zhuǎn)型。最后，所有的地址寄存器的長(zhǎng)度均為 32 位，從而可支持 Blackfin 處理器架構(gòu)的全 4Gbyte 地址范圍。

程序定序器單元

程序定序器負(fù)責(zé)控制指令執(zhí)行的流程，并支持條件轉(zhuǎn)移和子例程調(diào)用以及嵌套式零開銷循環(huán)。一個(gè)多級(jí)全互鎖型流水線可確保代碼按照預(yù)期的方式來執(zhí)行，并將所有的數(shù)據(jù)故障與編程裝置隔離開來。此類流水線通過在必要時(shí)停轉(zhuǎn)的方法確保了結(jié)果的準(zhǔn)確度，以獲得正確結(jié)果。這極大地簡(jiǎn)化了編程任務(wù)，因?yàn)檐浖?a target="_blank">工程師無須徹底了解流水線延遲問題。片上互鎖硬件可確保操作數(shù)數(shù)據(jù)在一個(gè)特殊指令的執(zhí)行過程中處于有效狀態(tài)。

除了有限的多種 64 位指令程序包之外，Blackfin 架構(gòu)還支持 16 位和 32 位指令長(zhǎng)度。這通過把最常用的控制指令編碼為緊致 16 位字、并將更加棘手的數(shù)學(xué)運(yùn)算編碼為 32 位雙字的方法確保了最大的代碼密度。