微處理器的二次引導(dǎo)加載方案
引 言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/150252.htm 在嵌入式系統(tǒng)中,微處理器的運行程序通常保存在其內(nèi)部或外部非易失性存儲器(如EPROM、EEPROM或Flash)中。對中低速的微處理器來說,系統(tǒng)運行時程序可直接從非易失性存儲器讀取并解釋執(zhí)行;對高速微處理器來說,非易失性存儲器的讀取速度較低,不能滿足系統(tǒng)運行時程序代碼直接讀取的要求,需采用引導(dǎo)加載(Boot-load)方式將程序代碼從低速非易失性存儲器中加載到高速的存儲器(如SRAM或DRAM)中,系統(tǒng)運行時直接從高速存儲器中讀取程序代碼,實現(xiàn)系統(tǒng)的高速運行。微處理器用一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器。這些電路執(zhí)行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統(tǒng)的中央處理器相比,具有體積小,重量輕和容易模塊化等優(yōu)點。微處理器的基本組成部分有:寄存器堆、運算器、時序控制電路,以及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成取指令、執(zhí)行指令,以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作,是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。
1 DSP上電加載分析
TMS320VC5509(簡稱“5509”)是TI公司的一款高性能、低功耗的定點數(shù)字信號處理芯片。5509片內(nèi)具有128K字高速靜態(tài)RAM,內(nèi)部只讀ROM中固化了引導(dǎo)加載程序(Bootloader)。5509引導(dǎo)表格式如圖1所示。
從引導(dǎo)表的格式可以看出,引導(dǎo)加載程序首先讀入雙字程序入口地址,然后讀入需要修改的寄存器數(shù),接著是寄存器地址以及賦值,再讀入段字節(jié)數(shù)、段起始地址以及段內(nèi)容,引導(dǎo)表以讀入雙字的O值為結(jié)束,讀完引導(dǎo)表后跳轉(zhuǎn)到加載程序入口執(zhí)行。
下面分別針對固化引導(dǎo)程序中的并行加載方式(16位)以及串行加載方式(16位SPI接口EEPROM),來分析DSP上電加載可能遇到的問題。
對16位并行加載方式,默認從片外擴展地址0x200000(5509對應(yīng)片選引腳輸出為CEl)開始讀入引導(dǎo)表,由于TQFP封裝的5509內(nèi)部24根地址線只引出了14根,因此并行加載方式只能尋址外部214=16K字存儲空間,對超過16K字長的引導(dǎo)表,引導(dǎo)程序無法加載。
對16位SPI接口的EEPROM串行加載方式,5509默認利用其同步串口0(McBSP0)來模擬SPI接口,引導(dǎo)程序固定收發(fā)時鐘為DSP時鐘頻率的244分頻。由于引導(dǎo)加載過程中,5509時鐘頻率等于外部晶振頻率,因此對于24MHz時鐘頻率,加載頻率約為100kHz,對于一段僅10K字長的引導(dǎo)程序,完成加載需要244×lO×103×16/24×106≈1.63s。
針對以上兩種加載方式存在的問題,提出了利用二次引導(dǎo)加載方式來解決的辦法。
二次引導(dǎo)加載是采用引導(dǎo)加載的原理,在上電復(fù)位時,DSP內(nèi)部固化的引導(dǎo)程序?qū)⒁粋€自編的引導(dǎo)程序加載到片內(nèi),然后通過二次引導(dǎo)加載程序?qū)⒆罱K需要執(zhí)行的程序加載到DSP中,從而實現(xiàn)更加靈活的程序加載。
2 并行方式下的二次加載設(shè)計
針對16位并行加載方式中存在的加載程序容量有限的問題,并行二次加載方案中利用DSP的GPIO口來擴展地址線,解決大于16K字程序的加載問題。這里使用兩片鐵電存儲器FM18L08(32K×8位)作為32K字外擴程序存儲器,55509地址線A[l3:1]與鐵電存儲器地址線A[12:0]相連,擴展5509的通用I/O口GPIO[7:6],用作高位地址線與鐵電存儲器地址線A[14:1 3]相連。在二次引導(dǎo)加載程序中,利用軟件控制GPIO[7:6]輸出高低電平,來達到控制高位地址線的目的,電路如圖2所示。General Purpose Input Output (通用輸入/輸出)簡稱為GPIO,或總線擴展器,利用工業(yè)標(biāo)準I2C、SMBus?或SPI?接口簡化了I/O口的擴展。當(dāng)微控制器或芯片組沒有足夠的I/O端口,或當(dāng)系統(tǒng)需要采用遠端串行通信或控制時,GPIO產(chǎn)品能夠提供額外的控制和監(jiān)視功能。每個GPIO端口可通過軟件分別配置成輸入或輸出。Maxim的GPIO產(chǎn)品線包括8端口至28端口的GPIO,提供推挽式輸出或漏極開路輸出。提供微型3mm x 3mm QFN封裝。
在程序加載過程中,由于并行二次引導(dǎo)加載程序?qū)σ龑?dǎo)表的讀入方式與固化引導(dǎo)程序相同(不同的地方,只是在于如何尋址大于16K字程序地址),因此省略了流程圖中具體讀引導(dǎo)表的步驟。
在二次加載程序中,加載開始之后,首先設(shè)置GPIO[7:6]為00h,讀入第1頁數(shù)據(jù)。如果程序在計數(shù)到8K之后仍未讀完,則對GPIO[7:6]修改翻頁,進行下一個8K的讀入。
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