‘C5402DSP自舉引導(dǎo)方法的分析與研究

摘要：介紹'5402 DSP芯片幾種自舉引導(dǎo)方法的特點(diǎn)，對(duì)最常用的并行自舉引導(dǎo)方式進(jìn)行了深入的分析及研究，并通過實(shí)例說明建立自舉表的步驟及應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器（DSP） 自舉引導(dǎo) 并行引導(dǎo)

在DSP領(lǐng)域，TI公司（德州儀器公司）一直處于世界霸主地位，它生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片以其獨(dú)特的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件密集型方案和靈活的指令系統(tǒng)成為數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)先者[1]。其C5000系列DSP芯片具有功耗小、高度并行等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足眾多領(lǐng)域的實(shí)時(shí)處理要求。尤其是新近推出的TMS320VC5402及TMS320UC5402（簡(jiǎn)稱'5402）以其獨(dú)有的高性能、低功耗及低價(jià)位等優(yōu)勢(shì)，在推出之初便受到業(yè)界人士的普遍歡迎。

為充分利用DSP快速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，通常希望用戶程序能在DSP中高速運(yùn)行，這就需要運(yùn)用DSP自舉引導(dǎo)功能。本文以'C5402為例，說明自舉引導(dǎo)的特點(diǎn)及自舉表建立的步驟。

1 幾種自舉引導(dǎo)方式

1.1 自舉引導(dǎo)方式簡(jiǎn)介

眾所周知，欲獲得全速的DSP運(yùn)行速度，方法之一是在DSP芯片出廠前將用戶程序掩膜在其片內(nèi)的ROM上。這種方法對(duì)大部分應(yīng)用場(chǎng)合并不適用，且成本很高。對(duì)大多數(shù)用戶而言，可行的方法是利用DSP自舉引導(dǎo)功能。

Bootlooader（自舉引導(dǎo)程序，也稱引導(dǎo)裝載程序）是在出廠前固化在DSP芯片內(nèi)ROM中的一段程序代碼，其主要功能是在上電或復(fù)位時(shí)將用戶程序從外部加載至程序存儲(chǔ)器（片內(nèi)RAM或擴(kuò)展的RAM）中，以便實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。因此，用這種方法可以以較低成本實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。不同型號(hào)的DSP，其Bootlooader也不同。如TMS320C54X系列的DSP提供了四種自舉引導(dǎo)方法[2]：并行EPROM、并行I/O口、串行口及主機(jī)接口HPI自舉引導(dǎo)方式，它們適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.2 '5402 DSP自舉引導(dǎo)方式

新近推出的'5402 DSP片內(nèi)ROM掩膜的Bootlooader程序與TMS320C54X系列的其它DSP有較大的不同，它包括以下五種自舉引導(dǎo)方式：主機(jī)接口HPI、并行口、標(biāo)準(zhǔn)串行口、8位串行EEPROM及I/O口自舉引導(dǎo)方式。

DSP上電復(fù)位后，首先檢查其MP/MC引腳，如果該引腳為高電平，說明DSP被設(shè)置為微處理器工作方式，即從外部程序存儲(chǔ)器0FF80h地址開始執(zhí)行用戶程序；若該引腳為低電平說明DSP被設(shè)置為微計(jì)算機(jī)工作方式，即從片內(nèi)ROM的0FF80h起執(zhí)行程序。'C5402 DSP片內(nèi)4K ROM掩膜了TI設(shè)計(jì)的幾段程序，其中包括自舉引導(dǎo)程序，具體內(nèi)容如表1所示[3]。因此，為利用自舉引導(dǎo)功能，必須將DSP設(shè)置為微計(jì)算機(jī)工作方式，即MP/MC=0。

由表1可見，從片內(nèi)ROM的0FF80h地址開始存放的是中斷向量表，它實(shí)為一條分支轉(zhuǎn)移指令（BD 0F800h）。該指令使程序跳轉(zhuǎn)至0F800h，并從此開始執(zhí)行自舉引導(dǎo)程序。

表1 '5402片內(nèi)ROM分配表

在執(zhí)行自舉引導(dǎo)搬移程序之前，首先進(jìn)行初始化，其程序片段如下：

0000：F800

SSBX INTM ；INTM=1，使中斷失效

STM #0FFFFh,IFR ;清除IFR標(biāo)志

LD #0h,DP ;DP=0，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器頁(yè)指針為0

ORM #02B00h,ST1 ; XF=INTM=OVM=SXM=1

ORM #020h,PMST ;OVLY=1

STM #07FFFh,SWWSR ;SWWSR=07FFFh

STM #07Dh,SP ; SP=07Dh

從以上程序可看出，初始化的內(nèi)容主要包括：

①關(guān)閉所有可屏蔽中斷（INTM=1）；

②將片內(nèi)DARAM映射至程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間（OVLY=1）；

③將程序、數(shù)據(jù)及I/O存儲(chǔ)空間均設(shè)置為7個(gè)等待狀態(tài)（SWWSR=07FFFh）。

初始化完成后，根據(jù)外部設(shè)定的條件，選擇不同的自舉引導(dǎo)方式，判斷條件是有先后順序的，其流程如圖1的示。

圖1中各種自舉引導(dǎo)方式各有特點(diǎn)[3]：

① 主機(jī)接口HPI自舉引導(dǎo)方式

欲執(zhí)行的程序代碼通過HPI（主機(jī)接口總線）由外部主處理器加載至片內(nèi)存儲(chǔ)器中。一旦主處理改變了被加載代碼的起始地址（存放于內(nèi)存007Fh處），便開始執(zhí)行程序。

②8位串行EEPROM自舉引導(dǎo)方式

自舉引導(dǎo)程序通過一串聯(lián)的EEPROM讀取自舉表，并按照自舉表中指定的方式加載代碼。該EEPROM與設(shè)置為clockstop模式的多通道緩沖串口McBSP1相連接。

③并行自舉引導(dǎo)方式

自舉引導(dǎo)程序通過外部并行接口總線讀取存放于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中的自舉表。自舉表的內(nèi)容包括：欲加載的各段代碼、各代碼段長(zhǎng)度、各代碼段存放的目標(biāo)地址、程序入口地址及其它配置信息。

④標(biāo)準(zhǔn)串行口自舉引導(dǎo)方式

自舉引導(dǎo)程序通過被設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)模式的多通道緩沖串口McBSP0讀取自舉表，并按照自舉表中指定的方式加載代碼。McBSP0及McBSP1分別支持16位及8位串行接收方式。

⑤I/O自舉引導(dǎo)方式

自舉引導(dǎo)程序通過外部并行接口總線從地址為0h的I/O口讀取自舉表。該外部并行接口總線使用了異步握手協(xié)議（利用XF及BIO引腳），使數(shù)據(jù)傳輸速度可按外部設(shè)備的要求設(shè)置。

2 并行自舉引導(dǎo)方式

在'C5402的五種自舉引導(dǎo)方式中，并行自舉引導(dǎo)廣度劃最常用的一種。欲加載的各代碼段存放在字寬為8位或16位的外部存儲(chǔ)器中，在自舉引導(dǎo)時(shí)，通過外部并行接口總線將這些代碼從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間傳送到程序存儲(chǔ)空間。

在并行引導(dǎo)方式中，由于可重新設(shè)置SWWSR及BSCR寄存器的內(nèi)容，所以當(dāng)從快速的外部存儲(chǔ)器EEPROM引導(dǎo)用戶程序時(shí)，可采用較少的軟件等待狀態(tài)（默認(rèn)為7個(gè)等待狀態(tài)）。

并行自舉引導(dǎo)方式流程圖如圖2所示。從圖2可知，自舉表首地址既可從地址為0FFFFh的I/O口讀取，也可從地址為0FFFFh的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獲得。兩種方式中，后者更為方便，因在單片的外部存儲(chǔ)器EPROM或FLASH中可同時(shí)包含自舉表內(nèi)容及自舉表存放的首地址。對(duì)'C5402而言，有效的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍為04000h～0FFFFh。

并行自舉引導(dǎo)程序片段如下：

...

xentry .set 61H ；61h存放程序入口地址的XPC值

entry .set 62h ;62存放程序入口地址

src .set 65H ;65h存放自舉表首地址

...

0000：F831

STM #0h,@xentry ;初始化程序入口地址

STM #boot，@entry ；

PORTR #0FFFFh,@src ;從I/O口讀取自舉表的首地址

MVDK @src,AR1 ；將自舉表的首地址送至AR1口

LD *AR1+，A ；（AR1）→A，AR1=AR1+1

SUB #010Aah，A，B ；B=A-10AAh

BC par16,BEQ ;若B=0，執(zhí)行16位并行自舉程序

AND #0FFh，A ；屏蔽A高16位

SUB #08h,A，B ；B=A-08h

BC chk_data,BNEQ ;若B≠0，程序跳轉(zhuǎn)至clk_data

LD *AR1+，A ；（AR1）→A，AR1=AR1+1

AND #0FFh，A ；屏蔽A高16位

SUB #0AAh，A ；A=A-0AAh

BC par08,AEQ ;若A=0，執(zhí)行9位并行自舉程序

chk_data STM #0FFFFh,AR1 ;從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取自舉表首地址

NOP ；避免流水線沖突

NOP ；避免流水線沖突

LD *AR1+，A ；（AR1）→A，AR1=AR1+1

STLM A，AR1 ；將A低16位內(nèi)容存入AR1中

NOP ；避免流水線沖突

NOP ；避免流水線沖突

LD *AR1+，A ；（AR1）→A，AR1=AR1+1

SUB #010AAh,A,B ;B=A-10AAh

BC par16,BEQ ;若B=0，執(zhí)行16位并行自舉程序

STM #0FFFFh,AR1 ；（0FFFFh）→AR1

NOP ;避免流水線沖突

NOP ；避免流水線沖突

LDU *AR1-，A ；（AR1）→A，AR1=AR1-1，符號(hào)位置0

AND #0FFh，A ；屏蔽A高16位

SUB #08h,A,B ;B=A-08h

BC ser_ini,BNEQ ;若B≠0，程序跳轉(zhuǎn)至ser_ini

LD *AR1+,A ;(AR1)→A,AR1=AR1+1

AND #0FFh,A ；屏蔽A高16位

SUB #0AAh,A ；A=A-0AAh

BC par098,AEQ ;若A=0，執(zhí)行8位并行自舉程序

Ser_ini

... ;標(biāo)準(zhǔn)串行口自舉引導(dǎo)程序

par08

... ;8位并行自舉搬移程序

par16

... ;16位并行自舉搬移程序

3 自舉表的建立

自舉表內(nèi)容不僅包括了欲加載的各段代碼，而且包括各段代碼長(zhǎng)度、各代碼段存放的目標(biāo)地址、程序入口地址等信息。因此若想利用自舉引導(dǎo)功能，首先必須正確建立自舉表。自舉表可由hex500格式轉(zhuǎn)換器自動(dòng)生成。Hex500實(shí)際為一通用程序，它將公共目標(biāo)文件格式——COFF文件轉(zhuǎn)換成各種EPROM或FLASH的編程格式。因此，在使用hex500工具之前，首先必須對(duì)DSP的匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言或兩者的混合編程語(yǔ)言進(jìn)行匯編、編譯、鏈接，生成COFF格式的.out文件，然后再通過設(shè)置適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)生成用戶所要求的自舉表。

為了書寫及修改方便，可將hex500的所有選項(xiàng)及輸入輸出文件名以.cmd批處理命令文件的形式保存。下面以一個(gè)DSP匯編語(yǔ)言程序example.asm為例，說明建立'C5402自舉表的具體步驟。

第一步：對(duì)example.asm進(jìn)行編譯，生成example.obj文件。不論是用Windows環(huán)境下的CCS（Code Composer Studio），還是用DOS環(huán)境下的asm500命令文件，編譯時(shí)必須加選項(xiàng)一v548，且DOS的asm500版本必須在1.2以上，否則無法生成正確的'C5402自舉表。

第二步：鏈接，生成example.out文件。

第三步：使用hex500格式轉(zhuǎn)換工具，將example.out文件轉(zhuǎn)換成example.hex文件，命令格式如下：

C：>hex500 example.emd

注：在上面的命令行中，example的擴(kuò)展名cmd一定要加上。

以下是命令文件example.cmd的內(nèi)容：

example.out /*被轉(zhuǎn)換的COFF文件名

-e 200h /*程序入口地址被定義為200h

-a /*轉(zhuǎn)換為ASCII-hex格式文件

-o example.hex /*轉(zhuǎn)換后文件名為example.hex

-memwidth 16 /*外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字寬為16位

-romwidth 16 /*ROM字寬為16位

-boot /*將COFF文件中各段均轉(zhuǎn)換至自舉表

-bootorg 8000h /*存放自舉表的首地址為8000h

如果example.asm是一個(gè)簡(jiǎn)單的求乘法累加運(yùn)算，程序內(nèi)部如下[2]：

*****************************************

* example.asm y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4 *

*****************************************

.title example.asm ;源程序取名為example.adm

STACK .usect STACK，10h ；為名為STACK的椎棧預(yù)留16個(gè)單元

.bss x,4 ；在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中為未初始化變量（續(xù)）x,a,y分別預(yù)留4，4，1個(gè)單元

.bss a,4

.bss y,1

.def start ；

.data 以下為數(shù)據(jù)段

table:word 1,2,3,4 ；在以標(biāo)號(hào)table開始的8個(gè)程序存儲(chǔ)單元中存放8個(gè)已初始化數(shù)據(jù)

.word 8,6,4,2

.text ；以下為程序段

start:STM # STACK+10,SP ；設(shè)置堆棧指針

STM # table,AR1 ；AR1指向table的首地址

STM # x, AR2 ；AR2指向存放變量x的首地址

STM # 7, AR0 ；AR0=7

LD # 0,A ；A=0

loop:LD *AR1+，A ；（AR1）→A，AR1=AR1+1

STL A，*AR2+ ；A→（AR2），AR2=AR2+1

BANZ loop,*AR0- ；若AR0≠0，循環(huán)，AR0=AR0-1

CALL sum ；若AR0=0，調(diào)用sum子程序

end:B end ；

sum:LD #0,A ；A=0

STM #a,AR3 ；AR3指向存放變量a的首地址

STM #x,AR4 ；AR4指向存放變量x的首地址

RPT #3 ；

MAC AR3+,AR4+,A ；完成三次乘法累加運(yùn)算

STL A,@y ；將結(jié)果存入頂留的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中

RET ；返回主程序

.end ；結(jié)束匯編命令

則生成的example.hex文件的內(nèi)容如表2所示。

表2 example.hex文件的內(nèi)容

如果將example.hex的內(nèi)容燒寫至16位EPROM中，則其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 16位FPROM的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

由表3的EPROM數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)可看出，在0FFFFh地址處存放的是自舉表首地址8000h。從8000h處開始是16位自舉表的內(nèi)容。自舉表的第一個(gè)字是16位自舉標(biāo)記10AA，第二、三個(gè)字分別為寄存器SWWSR及BSCR的內(nèi)容。從第四個(gè)字開始分別是程序入口地址、各代碼段長(zhǎng)度、存放各代碼段的目標(biāo)地址及各段代碼（本例含有程序段及數(shù)據(jù)段），最后為塊結(jié)束標(biāo)志0000h。這樣，一個(gè)正確的自舉表就建立起來了。

'C5402 DSP芯片為用戶提供了豐富靈活的自舉引導(dǎo)方式，用戶可根據(jù)各自的需求選擇不同的引導(dǎo)方式，其中并行自舉是最常用的引導(dǎo)方式之一。正確建立自舉表是充分利用自舉引導(dǎo)功能的前提及關(guān)鍵。