基于CPLD譯碼的DSP二次Bootloader方法介紹

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)中。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完畢，想脫離仿真環(huán)境并在上電復(fù)位后自動(dòng)啟動(dòng)程序代碼運(yùn)行時(shí)，必須將程序代碼存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。Flash存儲(chǔ)器以其大容量和可在線編程等特點(diǎn)已成為DSP系統(tǒng)的一個(gè)基本配置。在系統(tǒng)上電復(fù)位后，DSP芯片內(nèi)部固化的引導(dǎo)裝載器（Bootloader）把應(yīng)用程序從Flash引導(dǎo)到DSP芯片內(nèi)高速 RAM中執(zhí)行。這樣既利用了外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展DSP有限的ROM資源，又可以充分保證用戶(hù)程序的全速運(yùn)行[1-2]。

本文采用德州儀器公司的16位定點(diǎn)DSP芯片TMS320VC5509A（以下簡(jiǎn)稱(chēng)5509A），其PGE封裝形式只有14根地址總線(A0～A13)，最大只能尋址16KB的Flash存儲(chǔ)器[3]。若要尋址更大地址空間，就需要控制Flash存儲(chǔ)器的高位地址線。常見(jiàn)的解決方案是采用DSP的通用輸入輸出GPIO（General Purpose Input/Output）引腳來(lái)控制Flash的高位地址線，從而實(shí)現(xiàn)Flash存儲(chǔ)器的分頁(yè)訪問(wèn)[5-6]。然而，對(duì)于較大容量的Flash存儲(chǔ)器，如本文采用的Am29LV800的容量為512K×16bit，有19根地址線[4]，如果采用上述方法，硬件連接雖然簡(jiǎn)單，但會(huì)占用較多的GPIO引腳，而且以后的系統(tǒng)擴(kuò)展也不方便。本文介紹了一種基于CPLD快速譯碼的DSP二次引導(dǎo)方法，利用CPLD的時(shí)序嚴(yán)格、譯碼速度快、可在線編程等特點(diǎn)，在 DSP的外部存儲(chǔ)器接口EMIF(Exteral Memory Interface)的CE2空間模擬了一個(gè)Flash換頁(yè)寄存器FPR（Flash Page Register），在上電復(fù)位后控制Flash的高位地址線，從而實(shí)現(xiàn)Flash的分頁(yè)訪問(wèn)。因此，可通過(guò)二次bootloader程序修改FPR的值，控制Flash的高位地址線，將最終的應(yīng)用程序加載到RAM中運(yùn)行。

1 TMS320VC5509A的并行引導(dǎo)模式

1.1 5509A的引導(dǎo)模式

5509A的引導(dǎo)模式選擇是通過(guò)4個(gè)模式選擇引腳BOOTM[3：0]來(lái)配置的，BOOTM3~0引腳分別與GPIO0、3、2、1相連。5509A提供了六種引導(dǎo)模式，即EHPI引導(dǎo)模式、8位/16位并行EMIF引導(dǎo)模式、8位/16位標(biāo)準(zhǔn)串行口引導(dǎo)模式、SPI EEPROM引導(dǎo)模式、USB引導(dǎo)模式以及I2C E2PROM引導(dǎo)模式。本文采用16位并行EMIF引導(dǎo)模式，將BOOTM[3：0]設(shè)置為1011即可。

在16位并行EMIF引導(dǎo)模式下，DSP芯片內(nèi)部固化的Bootloader程序上電復(fù)位后，首先從CE1空間首地址0x200000h處開(kāi)始讀取程序代碼，并加載到RAM中運(yùn)行。
1.2 5509A的引導(dǎo)表格式

程序代碼以引導(dǎo)表的格式存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)器中。引導(dǎo)表是獨(dú)立于所選引導(dǎo)模式的一種特定的格式，包含了用戶(hù)程序的代碼段、數(shù)據(jù)段、段在RAM中的目標(biāo)地址以及程序入口地址等其他相關(guān)信息。5509A引導(dǎo)表結(jié)構(gòu)如表1所示。

DSP芯片內(nèi)部固化的Bootloader的主要功能是將Flash中存儲(chǔ)的引導(dǎo)表按一定順序加載到 RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到32位程序入口地址開(kāi)始執(zhí)行。引導(dǎo)表文件可以通過(guò)TI公司提供的16進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具生成，一般是hex格式，然后將此hex文件燒寫(xiě)到 Flash存儲(chǔ)器中供Bootloader加載。

2 DSP二次Bootloader的原理及實(shí)現(xiàn)

由上述分析可知，DSP用戶(hù)程序的并行加載過(guò)程是由DSP內(nèi)固化的Bootloader實(shí)現(xiàn)的。由于5509A的PGE封裝只有14根地址線，最多只能訪問(wèn)到16K×16bit地址空間。對(duì)于超過(guò)16KB的用戶(hù)代碼，Bootloader將不能加載全部的引導(dǎo)表文件。因此若要加載超過(guò)16K的用戶(hù)代碼，必須進(jìn)行二次Bootloader。

二次Bootloader的原理是由用戶(hù)自行編寫(xiě)一個(gè)代碼長(zhǎng)度小于16KB的引導(dǎo)程序（以下簡(jiǎn)稱(chēng) uboot），其功能與DSP內(nèi)固化的Bootloader相同，用于加載最終的用戶(hù)代碼。在uboot程序中控制Flash存儲(chǔ)器的高位地址線來(lái)訪問(wèn) Flash的其他存儲(chǔ)內(nèi)容。這樣，DSP上電復(fù)位后，Bootloader首先加載uboot并運(yùn)行，然后uboot又加載最終用戶(hù)代碼，實(shí)現(xiàn)了大于 16K代碼的二次引導(dǎo)。

2.1 DSP與Flash及CPLD的硬件接口

本文采用AMD的 Am29LV800作為DSP的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展。Am29LV800按8位方式訪問(wèn)，容量為1M字；按16位方式訪問(wèn)，容量為512K字。DSP外圍電路邏輯譯碼及Flash高位地址線模擬由CPLD實(shí)現(xiàn)。Xilinx公司的XC9572XL是一款高性能的CPLD芯片，最高主頻可達(dá)178MHz，包含了 72個(gè)宏單元，1 600個(gè)可用門(mén)電路，其TQFP封裝有72個(gè)可用I/O引腳[7]。圖1是5509A與CPLD及Flash之間的硬件接口設(shè)計(jì)原理圖。

如圖1所示，5509A的地址線A[13：1]與Flash的地址線A[12：0]，A0未用。Flash存儲(chǔ)器被映射到DSP的CE1空間，由片選線CE1經(jīng)CPLD譯碼后選通。其中DSP的地址線A13和A[3：1]與CPLD接口，用于換頁(yè)寄存器FPR的模擬。Flash存儲(chǔ)器的BYTE引腳經(jīng)上拉后接高電平，即按16位方式訪問(wèn)。