DSP+FLASH引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　在一些脫機(jī)運(yùn)行的DSP系統(tǒng)中，用戶(hù)代碼需要在加電后自動(dòng)裝載運(yùn)行。DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載（Bootload）是指在系統(tǒng)加電時(shí)，DSP將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器的代碼移植到內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器單元中去執(zhí)行。這樣既利用了外部的存儲(chǔ)單元擴(kuò)展DSP本身有限的ROM資源，又充分發(fā)揮了DSP內(nèi)部資源的效能。盡管用戶(hù)代碼在一段時(shí)間相對(duì)是固定的，但是如果直接將其掩膜到內(nèi)部ROM中去的話(huà)，一方面受容量以及價(jià)格的限制，另一方面則在系統(tǒng)代碼級(jí)上顯得不是很靈活方便。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器，而且單位存儲(chǔ)比特的價(jià)格比傳統(tǒng)的EPROM要低，十分適合于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統(tǒng)。除了可以采用專(zhuān)用的硬件編程器把代碼灌入FLASH中之外，也可以利用現(xiàn)成的DSP通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。本文論述的正是如何通過(guò)DSP軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH的讀寫(xiě)操作，并介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)引導(dǎo)裝載方案的實(shí)現(xiàn)。

　　1 系統(tǒng)描述

　　本系統(tǒng)由DSP（TMS320VC5410）及外部的FLASH（M29W400T）以及相關(guān)的電源管理單元等構(gòu)成。DSP與FLASH的連接如圖1所示。DSP與FLASH是主從關(guān)系，由DSP的相關(guān)輸出管腳控制FLASH的擦除和讀寫(xiě)。其中，A0～D15為數(shù)據(jù)線(xiàn)，/MSTRB為存儲(chǔ)選通信號(hào)，R/W是讀寫(xiě)脈沖信號(hào)，/OE和/WE分別為讀使能和寫(xiě)使能，/CE為片使能，/BYTE為8位或16位數(shù)據(jù)模式選擇（圖中接高電壓為16位模式）。FLASH用于存放引導(dǎo)程序段和用戶(hù)代碼，由DSP軟件編程來(lái)寫(xiě)入。當(dāng)系統(tǒng)脫機(jī)加電時(shí)，DSP首先從外部FLASH指定的引導(dǎo)程序段的起始位置處開(kāi)始執(zhí)行引導(dǎo)裝載。所謂引導(dǎo)裝載，就是將原先存儲(chǔ)在FLASH中的用戶(hù)代碼移植到DSP內(nèi)部的高速執(zhí)行執(zhí)行，然后將程序指針設(shè)置為用戶(hù)代碼的起始地址。這樣，接下來(lái)就可以利用DSP資源高速執(zhí)行用戶(hù)代碼了。

　　2 DSP對(duì)FLASH的操作

　　2.1 DSP及FLASH簡(jiǎn)介

　　TMS320VC5410是TI公司的C54x系列的定點(diǎn)DSP，具有低功耗和高速度，常用于便攜式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。其內(nèi)部在座資源包括256Kb的可掩膜RO鳳及可高速運(yùn)行的128Kb的DARAM和896Kb的SARAM。ROM中固化了TI提供引導(dǎo)裝載代碼，方案采用自編的引導(dǎo)程序。 ST公司的M29W400系列的FLASH容量為4Mb，分為11個(gè)不同大小的塊結(jié)構(gòu)，支持8位或16位操作模式。通過(guò)特殊的命令字序列可以對(duì)每一塊獨(dú)立進(jìn)行擦除和讀寫(xiě)。與以往的FLASH相比，它由外部單電壓供電，無(wú)需額外提供高電壓即可實(shí)現(xiàn)擦除及寫(xiě)入，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上無(wú)需考慮特殊的電平匹配。本方案采用16位模式。

　　2.2 地址映射方式

　　由于用DSP操作FLASH，必然涉及到FLASH的實(shí)際地址在DSP中的映射方式。TMS320VC5410的地址空間如圖2所示，包括數(shù)據(jù)空間和程序空間，具體的映射方式由DSP內(nèi)部的一些寄存器決定。它使用頁(yè)面擴(kuò)展機(jī)制，最多可以尋址8192Kb的程序空間。假設(shè)FLASH的起始地址0x0000和DSP的起始地址0x0000重合，那么FLASH中只有對(duì)應(yīng)于DSP外部空間的那部分地址，才是DSP可見(jiàn)的。比如，本方案中采用微處理器模式（MP=1）且OVLY=1時(shí)，則DSP第0頁(yè)程序空間中可見(jiàn)的FLASH的地址范圍為0x8000～0xFFFF。 在擦除或讀寫(xiě)FLASH之前，必須先執(zhí)行相應(yīng)的命令字序列，即在指定的FLASH地址處寫(xiě)入指定的指令代碼。而整個(gè)FLASH地址空間并非和FSP的地址空間一一對(duì)應(yīng)，所以需要考慮地址的重映射。 現(xiàn)以對(duì)FLASH寫(xiě)入為例。未考慮地址重映射時(shí)，命令字序列如下所示： Flash Write(0x5555L,0x00AA);//1st cycle Flash Write(0x2AAAL,0x0055);//2nd cycle Flash Write(0x5555L,0x00A0);//Program command Flash Write(myaddress,mydata);//put mydata into myaddress 由圖2可知，當(dāng)MP=1和OVLY=1時(shí)，F(xiàn)LASH地址0x5555L和0x2AAAL在DSP中位于外部空間之外，是不可見(jiàn)的。這樣DSP執(zhí)行上述語(yǔ)句時(shí)，根本沒(méi)有對(duì)FLASH進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而導(dǎo)致即使FLASH地址myaddress是DSP可見(jiàn)的，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入的功能。 仔細(xì)分析FLASH的命令字序可知，前三句命令字序列中真正起作用的地址位是A0～A14，而高地址位A15～A17可以是任意值。于是考慮加一個(gè)偏移量0x8000，使得重映射后的FLASH地址在DSP中是可見(jiàn)的。修改后的代碼如下所示： #define OFFSET 0x8000 Flash Write ((0x5555L+OFFSET),0x00AA);//1st cycle Flash Write((0x2AAAL+OFFSET),0x0055);//2 nd cycle Flash Write((0x5555L+OFFSET),0x00A0);//Program command Flash Write((myaddress,mydata);//put mydata into myaddress 這樣，在DSP中就可以對(duì)外部FLASH進(jìn)行寫(xiě)入操作了，前提是FLASH地址myaddress在DSP中可見(jiàn)。擦除和讀操作也要對(duì)照?qǐng)D2作類(lèi)似的地址重映射，不一一累述。

　　2.3 擦除和讀寫(xiě)過(guò)程描述

　　在DSP將數(shù)據(jù)寫(xiě)入FLASH之前，先要?jiǎng)h除數(shù)據(jù)所在塊，然后才能重新寫(xiě)入。擦除和寫(xiě)操作之前都要執(zhí)行相應(yīng)的命令字序列，而讀操作則可以直接進(jìn)行。而且要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)部分應(yīng)為引導(dǎo)程序段以及用戶(hù)代碼是經(jīng)過(guò)編譯、連接后的目標(biāo)代碼，且為FLASH可識(shí)別的HEX格式。

　　3 引導(dǎo)裝載模型設(shè)計(jì)

　　3.1 引導(dǎo)裝載原理

　　加電前，DSP設(shè)置為微處理器模式（MP=1）。加電后，DSP首先執(zhí)行0xFF80處的中斷向量表起始處的跳轉(zhuǎn)命令，轉(zhuǎn)向0xF800處的引導(dǎo)程序段并實(shí)現(xiàn)代碼移植功能。完畢后，再次跳轉(zhuǎn)到移植后的用戶(hù)程序段的起始地址并執(zhí)行之。

　　3.2 邏輯功能分塊

　　引導(dǎo)裝載系統(tǒng)包括引導(dǎo)程序段、用戶(hù)程序段、中斷向量表和連接命令文件四部分。引導(dǎo)程序段負(fù)責(zé)將用戶(hù)程序段和中斷向量表裝載到目標(biāo)地址，用戶(hù)程序段是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)系統(tǒng)功能的核心代碼，中斷向量表包括加電后的跳轉(zhuǎn)處理和中斷服務(wù)程序的入口，連接命令文件則是分配各個(gè)程序段在DSP地址空間中的位置。

　　3.3 具體代碼實(shí)現(xiàn)

　　引導(dǎo)程序段（load.asm）如下： .def load_start .sect "load_prg" load_start: ssbx intm ;關(guān)中斷 rsbx sxm ；符號(hào)擴(kuò)展模式設(shè)置為0 ld #0,dp ;定義數(shù)據(jù)頁(yè)指針為0 nop nop nop ld #0ff80h,a ;移植中斷向量表，0xff80為中斷向量表的舊起始地址 stm #VECT_NEW,ar1 ;VECT_NEW表示中斷向量表的新起始地址 rpt #(VECT_LEN-1) ;VECT_LEN表示中斷向量表的長(zhǎng)度 reada *ar1+ nop ld #MAIN_OLD,a ；移植用戶(hù)程序段，MAIN_OLD表示用戶(hù)程序段的舊起始地址 stm #MAIN_NEW,ar1 ；MAIN_NEW表示用戶(hù)程序段的新起始地址 rpt #(MAIN_LEN-1) ;MAIN_LEN表示用戶(hù)程序段的長(zhǎng)度 reada *ar1+ endboot: orm #020h,@1dh ；設(shè)置OVLY=1，使得內(nèi)部RAM同時(shí)映射到DSP數(shù)據(jù)和程序空間 ld #MAIN_NEW,a bacc a ；程序指針指向用戶(hù)程序段的的起始地址 .end 用戶(hù)程序段（main.asm）如下： .def main_start .sect "main_prg" main_start: USER_PRG ;此處添加用戶(hù)程序段 .end 中斷向量表（vect.asm）如下： .mmregs .ref main_start .ref load_start .def reset .def nmi .sect ".vectors" reset: bd load_start ；加電后，跳轉(zhuǎn)到自啟程序段起始地址 stm #200,sp nmi:rete ；此表中只包含NMI中斷入口，也可以類(lèi)似添加其它中斷入口 nop nop nop .end 連接命令文件（boot.cmd）的配置如下： vect.obj main.obj load.obj -o boot.out SECTIONS { main_prg： load=MAIN_OLD,run=MAIN_NEW vectors: load=0ff80h,run=VECT_NEW load_prg: load=0f800h }

　　4 寫(xiě)入目標(biāo)代碼

　　上述引導(dǎo)程序經(jīng)過(guò)CCS編譯及連接后，生成的目標(biāo)文件boot.out是DSP能夠識(shí)別的COFF格式。但是FLASH不支持這種模式，所以不能直接寫(xiě)入FLASH中。CCS自帶有多種HEX類(lèi)型的轉(zhuǎn)換程序，比如常見(jiàn)的有Intel格式等。但是不同的HEX類(lèi)型有不同的格式和頭尾開(kāi)銷(xiāo)，比如Intel格式中除了數(shù)據(jù)之外還有起始符、字節(jié)個(gè)數(shù)、起始地址、類(lèi)型以及校驗(yàn)位等各種信息，并非純粹數(shù)據(jù)的HEX格式表示。了解了Intel格式的文件結(jié)構(gòu)之后，就可以從中提取出需要寫(xiě)入FLASH中的代碼的HEX格式有相應(yīng)的地址，即對(duì)應(yīng)上面提到的mydata和myaddress。然后就可以利用上面的方法，用DSP將引導(dǎo)系統(tǒng)各個(gè)部分的代碼脫機(jī)運(yùn)行前寫(xiě)入FLASH。

　　5 簡(jiǎn)單測(cè)試實(shí)例

　　利用上述方法，使得系統(tǒng)在脫機(jī)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)裝載，并且從DSP的XF端口輸出均勻脈沖波形。直接修改用戶(hù)程序段可用如下的代碼取代用戶(hù)程序段中的USER_PRG。 loop:rsbx xf nop ssbx xf nop b loop 經(jīng)過(guò)編譯、連接、格式轉(zhuǎn)換以及寫(xiě)入FLASH之后，系統(tǒng)就可以實(shí)際脫機(jī)運(yùn)行了。加電一段時(shí)間后，可以通過(guò)示波器測(cè)量得到XF端口的均勻脈沖波形，證明引導(dǎo)裝載成功。