基于DSP 的大容量無線傳輸技術(shù)中高性能的啟動(dòng)方法

1 引言

在極低譜密度，高頻譜利用率的大容量無線傳輸技術(shù)中，高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理成為技術(shù)的 關(guān)鍵。目前市場(chǎng)上，能滿足對(duì)高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理的需要有具有良好的可編程性的器件主要有 DSP 和FPGA。

TMS320C6000 系列DSP 是TI 公司推出的一種高性能的數(shù)字信號(hào)處理器，包含定點(diǎn)和浮 點(diǎn)兩個(gè)系列，其中定點(diǎn)系列包括TMS320C62xx 和TMS320C64xx，浮點(diǎn)系列包括TMS320C67xx。 C6000 系列DSP 有三種啟動(dòng)方式：

（1） 主機(jī)啟動(dòng)

如果選擇主機(jī)啟動(dòng)模式，在復(fù)位信號(hào)結(jié)束后，DSP 的CPU 被內(nèi)部“阻塞”而其他部分都 被釋放。在此期間，一個(gè)外部的主機(jī)在必要時(shí)可以通過主機(jī)接口初始化CPU 的內(nèi)存空間，包 括配置與啟動(dòng)相關(guān)的內(nèi)部寄存器。一旦主機(jī)完成了所有必須的初始化，它必須將HPIC 寄存 器的DSPINT 位置“1”來完成啟動(dòng)過程。在程序加載完后，CPU 被從“阻塞”中喚醒，然后從地址0 處執(zhí)行指令。在CPU 被喚醒后，CPU 需要將DSPINT 位清零[1]。

（2） ROM 啟動(dòng)

如果采用ROM 啟動(dòng)模式，則C6000 系列的DSP（C621x/C671x/C64x）復(fù)位后自動(dòng)從CE1 空間的起始處拷貝1K 字節(jié)的代碼到內(nèi)存空間。該拷貝過程由EDMA 完成，使用默認(rèn)的Rom 時(shí)鐘。在此過程中CPU 一直處于“阻塞”狀態(tài)，直到拷貝完成后才被被喚醒，然后從地址0 處開始執(zhí)行程序[1]。

（3） 無啟動(dòng)

如果選擇無啟動(dòng)模式，CPU 復(fù)位后直接從地址0 處開始執(zhí)行指令。 C6000 系列DSP 的器件配置情況決定了選擇的啟動(dòng)方式。具體來說就是DSP 的啟動(dòng)模式 管腳（boot mode pins）接上拉還是下拉電阻。以C6416 為例，BEA[19：18]是啟動(dòng)模式管 腳，它們?nèi)〔煌闹担ㄉ侠娮璐?ldquo;1”，下拉電阻代表“0”）代表的含義如表1-1 所示：

如果DSP 的程序小于1K 字節(jié)，那么上述ROM 啟動(dòng)機(jī)制已經(jīng)可以完成程序的加載。然而事實(shí)上大部分DSP 的程序會(huì)大于1K 字節(jié)，這時(shí)就需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)特定啟動(dòng)程序來完成更多代 碼的加載。該特定啟動(dòng)程序又被稱作二級(jí)bootloader[2]。

在需要二級(jí)bootloader 的程序中，這段特定啟動(dòng)代碼通常駐留在ROM 存儲(chǔ)器的起始位 置以便在DSP 復(fù)位后能自動(dòng)被加載到內(nèi)存地址0 處。當(dāng)1K 字節(jié)代碼被加載完畢后，CPU 開始從地址0 處執(zhí)行，也就是執(zhí)行二級(jí)bootloader 的內(nèi)容。二級(jí)bootloader 的功能就是將程序的剩余部分拷貝到內(nèi)存中。

2 啟動(dòng)方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

采用二級(jí)bootloader 的DSP 啟動(dòng)方法的實(shí)現(xiàn)大體分為四步：配置存儲(chǔ)器；編寫 secondary bootloader 代碼；編譯程序，轉(zhuǎn)換目標(biāo)文件的格式；將程序燒寫進(jìn)Flash。圖1 為實(shí)施該啟動(dòng)方法的硬件平臺(tái)示意圖，其中DSP 的型號(hào)選擇C6416，F(xiàn)lash 的型號(hào)選擇 AM29LV800B。

2.1 配置存儲(chǔ)器

2.1.1 定義存儲(chǔ)器分區(qū)

為了實(shí)現(xiàn)使用二級(jí)bootloader 的ROM 啟動(dòng)，需要將Flash 劃分為FLASH_BOOT, FLASH_REST 兩個(gè)區(qū)。這兩個(gè)區(qū)分別存儲(chǔ)由on-chip bootloader 拷貝的程序段和由secondary bootloader 拷貝的程序段。對(duì)于BIOS 程序，Memory 段的定義在MEM（Memory Section Manager）對(duì)象里。對(duì)于非BIOS 程序，Memory 段定義在linker command file 中。一個(gè)C6416 的Memory 段定義的例子如下所示：

2.1.2 COFF 段的定位

DSP 程序是以COFF 段的形式在內(nèi)存中存放的。一個(gè)COFF 段就是一個(gè)代碼或數(shù)據(jù)塊， 它在內(nèi)存中占據(jù)連續(xù)空間。COFF 段分為自定義段，初始化段和未初始化段三種。COFF 段可 以有各種屬性，其中l(wèi)oad 屬性和run 屬性跟DSP 啟動(dòng)有密切關(guān)系。Load 屬性指明段的存儲(chǔ) 地址，run 屬性指明段的執(zhí)行地址。二級(jí)bootloader 負(fù)責(zé)將所有的段從load 地址拷貝到run 地址。例如：

.text: LOAD= FLASH, RUN= IRAM

表示代碼段.text 被存儲(chǔ)在flash 中，DSP 啟動(dòng)時(shí)二級(jí)bootloader 將該段拷貝到IRAM 中。

2.2 編寫Secondary Bootloader 代碼

對(duì)于C6416，外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)需要正確配置以后才可以訪問外部存儲(chǔ)器件。在這 項(xiàng)工作完成后，二級(jí)bootloader 應(yīng)該將所有的初始化段從它們的load 地址拷貝到run 地址， 之后再跳轉(zhuǎn)到_c_int00，也即是程序入口點(diǎn)。Secondary Bootloader 用匯編語言編寫，因 為此時(shí)C 環(huán)境尚未建立。

二級(jí)bootloader 必須知道所有初始化段的大小，在Flash 中存儲(chǔ)的位置以及應(yīng)該被加 載到何處才能進(jìn)行正確的拷貝。事實(shí)上，二級(jí)bootloader 通過讀取段拷貝表獲得上述信息。 本文第三部分詳細(xì)說明了有關(guān)段拷貝表的內(nèi)容。完成二級(jí)bootloader 代碼的編寫后，應(yīng)將它添加入工程，與工程的其他代碼一同編譯鏈接生成.out 文件。

2.3 轉(zhuǎn)換目標(biāo)文件的格式

編譯鏈接生成的是.out 格式文件，然而Flash 一般接收的是ASCII 格式的文件[3]。CCS 附帶的工具h(yuǎn)ex conversion utility 可將.out 文件轉(zhuǎn)換為ASCII 格式的.hex 文件，Hex6x 以命令行文件的形式執(zhí)行。Hex 命令行文件中，首先指明輸入文件（.out），輸出文件的格式和ROM 的大小及類型，以及哪些段需要被放在ROM 中。一個(gè)Hex 命令行文件的例子如下所示（注釋內(nèi)容用“/*”和“*/”括起）：

2.4 將程序燒寫進(jìn)Flash

將2.3 節(jié)生成的ASCII 文件燒寫進(jìn)Flash 可以使用CCS 自帶的FlashBurn 工具。 FlashBurn 是一個(gè)帶圖形界面的軟件，它首先將一個(gè)稱作FlashBurn Target Component (FBTC) 的程序下載到DSP 內(nèi)存中，通過與FBTC 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換完成對(duì)Flash 的擦除編程等操作。 針對(duì)不同的硬件（DSP，F(xiàn)lash 型號(hào)）修改FBTC 是該方法的關(guān)鍵。所需修改處包括Flash 的基地址，大小，及讀寫命令字等。

3 段拷貝表

二級(jí)bootloader 使用一個(gè)段拷貝表(section copy table)進(jìn)行段的拷貝。段拷貝表包 含每個(gè)需要拷貝的段的必要信息，如段的load 地址，段的run 地址，段的大小。段拷貝表被插入在secondary bootloader 的末尾。

生成段拷貝表的方法有兩種： 1) 使用 hex conversion utility 的-boot 選項(xiàng) 在2.3 節(jié)中我們討論了程序文件格式的轉(zhuǎn)換和hex 命令行文件，事實(shí)上Code Composer Studio 自帶的工具h(yuǎn)ex conversion utility 提供了一種更為方便的生成段拷貝表的方法， 只要在hex 命令行文件中使用一些特殊的選項(xiàng)即可。特殊的選項(xiàng)有–boot, ?bootorg 和 –bootsection，這三個(gè)選項(xiàng)的含義分別如下：

-boot 使用該選項(xiàng)時(shí)hex conversion utility 將自動(dòng)轉(zhuǎn)換所有初始化段的格式

-bootorg 指明段拷貝表的地址

-bootsection 指明二級(jí)bootloader 所在的段的名稱

2) 使用 linker 選項(xiàng)（LOAD_START,RUN_START,SIZE）

涉及段拷貝表的生成的有三個(gè)選項(xiàng)：LOAD_START,RUN_START 和SIZE，可分別獲得一個(gè)段的駐留地址，運(yùn)行地址和大小。例如下列代碼可獲得text 段的駐留地址（存于_text_ld_start 中），運(yùn)行地址（_text_rn_start）和段的大?。ù嬗赺text_size）

.text : load = FLASH_REST, run = IRAM

LOAD_START(_text_ld_start),

RUN_START(_text_rn_start),

SIZE(_text_size)

4 結(jié)束語

本文針對(duì)在極低譜密度，高頻譜利用率的大容量無線傳輸技術(shù)研究中C6000 系列DSP 的應(yīng)用程序大于1K 字節(jié)的情況，提出了一種使用二級(jí)bootloader 從Flash 啟動(dòng)DSP 的方法。 該方法可應(yīng)用于采用了C6000 系列DSP 的嵌入式系統(tǒng)中，不需要額外的Flash 編程器，具有 廣泛的適用性。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：在二級(jí)bootloader 中引入段拷貝表用以控制程序加載過程，并利用 CCS 自身的編譯功能獲取段拷貝表的內(nèi)容，該方法可提高效率且準(zhǔn)確性高。