TMS320VC5410分頁燒寫Flash的多頁程序并行自舉

ti公司的dsp芯片tms320vc5410（簡稱5410）是性能卓越的低功耗定點(diǎn)dsp，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。5410沒有自帶的片上非易失性存儲(chǔ)器，因此需要外部的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，如eprom或flash，來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。5410片內(nèi)有64k字ram。由于在片內(nèi)ram運(yùn)行程序比片外運(yùn)行有高速度低功耗等顯著優(yōu)點(diǎn)，通常上電后都需要從片外eprom或flash上加載程序到片內(nèi)ram，但是芯片自帶的自舉程序（簡稱bootloader）只支持32k字以內(nèi)的外部程序加載，因此程序設(shè)計(jì)往往局限于32k字空間內(nèi)，限制了編程的靈活性，不能充分發(fā)揮5410的性能，當(dāng)程序空間大于32k字時(shí)，就需要自己編寫程序來實(shí)現(xiàn)自舉。下面首先介紹使用5410對am29lv200bflash存儲(chǔ)器進(jìn)行程序分頁燒寫的方法，然后重點(diǎn)介紹利用bootloader來編程實(shí)現(xiàn)多頁并行自舉引導(dǎo)的方法。

1 am29lv200b flash存儲(chǔ)器的分頁燒寫

1.1 flash存儲(chǔ)器簡介

am29lv200b（簡稱flash）是amd公司生產(chǎn)的flash存儲(chǔ)器，主要特點(diǎn)有：3v單電源供電，可內(nèi)部產(chǎn)生高電壓進(jìn)行編程和擦除操作；支持jedec單電源flash存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)；只需向其命令存儲(chǔ)器寫入標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令，具體便編程、擦除操作由內(nèi)部嵌入的算法實(shí)現(xiàn)，并且可以通過查詢特定的引腳或數(shù)據(jù)線監(jiān)控操作是否完成；可以對任一扇區(qū)進(jìn)行讀、寫或擦除操作，而不影響其他部分的數(shù)據(jù)。文中128k×16位am29lv200b flash映射為5410的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，地址為：0x8000～0xffff，數(shù)據(jù)總線16位，用于16位方式的并行引導(dǎo)裝載。128k的flash被分為7頁進(jìn)行訪問。本文通過dsp的i/o端口向fpga寫控制字，由fpga控制flash的換頁引腳對各個(gè)分頁進(jìn)行訪問；以燒寫2個(gè)頁面為例，使用flash的第1、2頁，初始化時(shí)選中第1頁。

1.2 flash存儲(chǔ)器的分頁燒寫

flash的頁面分配和相應(yīng)的引腳控制如表1所列。關(guān)于am29lv200b的擦除、寫、效驗(yàn)等詳細(xì)操作，請見參考文獻(xiàn)[1]、[2]。

從表1可以看到，通過對a16、a15等地址引腳的控制，可以實(shí)現(xiàn)flash的頁面切換。在燒寫過程中，只要在制定頁面燒寫完預(yù)定空間后就對flash進(jìn)行換頁，然后將燒寫指針指向新的一頁的首地址，就可以繼續(xù)進(jìn)行燒寫，當(dāng)程序燒寫完成后需要將頁面換回到第1頁，在第1頁的ffffh地址寫入8000h，這樣bootloader可以從這一頁開始自舉。整個(gè)燒寫程序流程如圖1所示。

這里會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題：程序燒寫好后，雖然bootloader可以自動(dòng)加載程序，但是bootloader怎樣在加載過程中自動(dòng)換頁？下面詳細(xì)介紹利用片上bootloader編程實(shí)現(xiàn)多頁程序并行加載的方法。

2 多頁并行加載的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)多頁加載，關(guān)鍵問題是要讓bootloader知道什么時(shí)候可以換頁；但是bootloader是固化在5410片上rom內(nèi)的，無法對其進(jìn)行編程。解決的方法是通過自己編寫一段“前導(dǎo)”加載程序（簡稱loader）來實(shí)現(xiàn)加載中的換頁：首先將loader和用戶程序都燒寫到flash中，當(dāng)系統(tǒng)上電后，bootloader將loader加載到片上并運(yùn)行，然后loader將flash中的用戶程序加載到目標(biāo)ram空間。這個(gè)加載過程是用戶編程可控的，因此在需要換頁時(shí)，可以控制flash進(jìn)行換頁，加載完成后loader跳轉(zhuǎn)到用戶程序的入口地址處運(yùn)行用戶程序。

2.1 bootloader的并行自舉表結(jié)構(gòu)和編程后的自舉表結(jié)構(gòu)

5410的并行加載過程以及生成自舉表的詳細(xì)方法請見參考文獻(xiàn)[1]、[3]。bootloader使用圖2所示的并行自舉表來加載程序。bootloader從表頭開始依次讀取自舉表，然后將相應(yīng)的程序段加載到目標(biāo)ram，最后以程序段大小為0來結(jié)束自舉表的讀取，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口地址執(zhí)行用戶程序。從圖2可以看到，bootloader是以自舉表中的程序長度為0來結(jié)束自舉的，于是就可以利用這個(gè)特性，給bootloader制造一個(gè)“假象”，讓bootloader在加載完loader程序后，認(rèn)為程序已經(jīng)加載完畢，然后開始運(yùn)行l(wèi)oader程序，繼續(xù)加載用戶程序。按照這個(gè)思路，可以建立圖3所示的自舉表。

圖3中的黑體字部分，是嵌入了loader程序的自舉表，有了圖3這樣形式的并行自舉表，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)多頁程序的并行自舉，建立這樣的自舉表很簡單，只需要將hex500格式轉(zhuǎn)換工具生成的loader的并行自舉表和用戶程序的并行自舉表按圖3給定的格式，通過簡單的文件操作合并在一起就可以了。注意：loader程序要占用一部分ram空間，用戶程序空間不能和loader的ram空間重疊在一起。

2.2 loader程序的具體實(shí)現(xiàn)

下面以分布在2個(gè)flash頁面的程序?yàn)槔?，給出5410并行自舉的示例程序。程序中，當(dāng)i/o端口5寫入數(shù)據(jù)0時(shí)，選中flash第1頁；寫1時(shí)選中第2頁。程序里用黑體字標(biāo)出的注釋部分，是loader程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)或難點(diǎn)。（具體程序見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn——編者注）

示例程序中，dsp上電后，bootloader將loader程序加載到ram中，然后執(zhí)行l(wèi)oader程序：loader程序從flash第1頁的8080h開始讀取用戶程序自舉表，當(dāng)flash讀取計(jì)數(shù)值超過31k時(shí)，將flash切換到頁面2，繼續(xù)加載，自舉完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口地址執(zhí)行用戶程序。

在編寫自舉程序過程中，有這樣幾個(gè)問題需要注意：

①在換頁時(shí)，一般情況下程序段都會(huì)跨越兩個(gè)頁面，因此在確定需要換頁時(shí)要計(jì)算出第1頁和第2頁分別要加載的段長度。

②整個(gè)用戶程序段開始時(shí)有2個(gè)字的入口信息，每一個(gè)程序段都有3個(gè)字的段信息，因此需要在flash讀取計(jì)數(shù)時(shí)給予修正，才能正確加載數(shù)據(jù)。

③在確定需要換頁時(shí)要將換頁標(biāo)志置為1，換頁后要將換頁標(biāo)志置為0，而且換頁后要將數(shù)據(jù)讀取指針指向第2頁的開頭地址。

如果要使用本文的示例程序，一定要將loader程序燒寫到flash第1頁8000h的位置，用戶程序段燒寫到8080h以后的位置，再次提醒，loader程序加載到ram中的地址，不能和用戶程序段加載到ram中的地址重疊。例如loader使用了ram中的7f80h～8000h這段空間，則用戶程序不能使用這段空間，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

loader的自舉流程如圖4所示。

3 總結(jié)

要實(shí)現(xiàn)5410的多頁程序并行自舉，有如下幾個(gè)步驟：

根據(jù)用戶程序的需求以及實(shí)際使用flash的分頁設(shè)置，參考第2部分提供的思路和例子編寫loader程序；

使用hex500代碼轉(zhuǎn)化工具分別生成loader程序和用戶程序的自舉表；

將兩個(gè)自舉表按圖2的格式生成一個(gè)新的自舉表，再使用第1部分介紹的方法將新的自舉表分頁燒寫到flash上。

使用本文介紹的方法，通過多次試驗(yàn)，系統(tǒng)上電后，能夠很好地實(shí)現(xiàn)2個(gè)頁面程序的并行自舉。雖然是以2個(gè)頁面為例介紹flash燒寫和并行自舉的方法，但是對于2頁以上的程序燒寫和并行自舉同樣適用，只需要進(jìn)行一些細(xì)微的改動(dòng)即可。本文提供的方法以不到128字的ram空間代價(jià)，在5410上實(shí)現(xiàn)了將大于32k字的程序并行自舉到片上ram，大大提高了編程的自由度和程序的運(yùn)行速度，降低了系統(tǒng)功耗，這個(gè)方法有很強(qiáng)的通用性，可以在很多存在類似問題的dsp芯片（5409、5416等）上進(jìn)行應(yīng)用，具有較高的實(shí)用價(jià)值。