利用Flash實(shí)現(xiàn)DSP對(duì)多個(gè)程序有選擇的加載
關(guān)鍵詞：Flash存儲(chǔ)器 DSP 主機(jī)接口 Bootloader 引導(dǎo)表
引 言
在TMS320C54X系列DSP系統(tǒng)的開發(fā)中，由于DSP片內(nèi)只有ROM和RAM存儲(chǔ)器，如要將用戶代碼寫入ROM中，必須要由DSP芯片廠家來(lái)完成；但這樣做用戶就不能再更改代碼，很不實(shí)用。由于RAM在DSP掉電后不能再保存數(shù)據(jù)，因此，常常利用EPROM、
Flash等一些外部存儲(chǔ)器來(lái)存放用戶代碼。在DSP上電工作后，利用DSP提供的boot機(jī)制，再將程序下載到DSP RAM中運(yùn)行。如果使用EPROM外部存儲(chǔ)器存放用戶代碼，需要用代碼轉(zhuǎn)換工具將用戶代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制目標(biāo)文件，然后用編程器將其燒寫進(jìn)EPROM；而如果使用Flash存儲(chǔ)器存放用戶代碼，則可直接使用DSP仿真器和CCS（Code Composer Studio ）仿真環(huán)境進(jìn)行在線編程，使用靈活方便，不再需要其它編程設(shè)備。在某一以太網(wǎng)通信系統(tǒng)中，我們就采用Flash存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)多份用戶代碼的有選擇加載。下面就以此系統(tǒng)為例介紹對(duì)TMS320VC54X DSP的一種用戶代碼加載的方法。
1 系統(tǒng)構(gòu)架
??此通信系統(tǒng)基于802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，用以實(shí)現(xiàn)各終端之間的話音和其它數(shù)據(jù)的通信，以及實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)終端與外界的話音和數(shù)據(jù)通信。為節(jié)約開發(fā)成本，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、通用性和靈活性，我們對(duì)每個(gè)網(wǎng)內(nèi)終端采用同樣的硬件架構(gòu)，通過(guò)使用不同的軟件代碼而使其實(shí)現(xiàn)不同的功能，發(fā)揮不同的作用。
??每一通信終端由2塊DSP芯片、1塊網(wǎng)卡、1塊CPLD和1塊FPGA以及Flash存儲(chǔ)器等器件組成可擴(kuò)展的基本結(jié)構(gòu)。其中，以TMS320VC5410 DSP作為主CPU，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的邏輯控制和一般數(shù)據(jù)傳輸；以MS320VC5416 DSP作為從CPU，負(fù)責(zé)話音的編解碼和回聲消除、語(yǔ)音檢測(cè)等工作。2塊DSP之間通過(guò)主機(jī)接口（HPI）進(jìn)行通信。為了實(shí)現(xiàn)代碼的有選擇下載，可由FPGA配置一端口作為撥碼開關(guān)，使用戶通過(guò)調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)，可以有選擇地下載存儲(chǔ)于Flash中的用戶代碼，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
??配置撥碼開關(guān)是為了擴(kuò)充系統(tǒng)的功能，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)硬件平臺(tái)的多種用途。我們可以將實(shí)現(xiàn)不同功能的多份用戶代碼都寫入Flash存儲(chǔ)器中存放，通過(guò)硬件撥碼開關(guān)的設(shè)置，選擇其中一份用戶代碼下載執(zhí)行。在系統(tǒng)上電加載用戶代碼時(shí)，系統(tǒng)先從Flash下載FPGA配置程序，然后通過(guò)FPGA讀出撥碼開關(guān)的值，再根據(jù)此值從Flash中選擇對(duì)應(yīng)的5410 DSP用戶代碼加載；而5416 DSP的用戶代碼加載是在5410代碼加載完成，啟動(dòng)運(yùn)行后由5410程序從Flash中讀出相應(yīng)的5416代碼，再通過(guò)HPI加載到5416的，以此實(shí)現(xiàn)5416 DSP的代碼加載與啟動(dòng)。
2 M29W800AB Flash存儲(chǔ)器介紹及使用
??在此系統(tǒng)中，我們選用的是M29W800AB Flash存儲(chǔ)器，其容量為512K×16位, 分為16頁(yè)，每頁(yè)32K。其中，第0頁(yè)有4個(gè)模塊：0x00~0x1fff、0x2000~0x2fff、0x3000~0x3fff、0x4000~0x7fff。其余各頁(yè)，每頁(yè)為1個(gè)模塊，共有19個(gè)模塊。
??對(duì)Flash的操作要靠寫入一系列特定的地址和數(shù)據(jù)序列來(lái)完成。在每次對(duì)Flash寫入之前，要對(duì)其原來(lái)的內(nèi)容進(jìn)行擦除。Flash的擦除包括塊擦除和芯片擦除兩種。塊擦除是對(duì)一個(gè)模塊進(jìn)行擦除，芯片擦除是擦除整個(gè)Flash的內(nèi)容。因此，對(duì)Flash的操作，是以模塊為基本單元的。對(duì)Flash的操作由指令決定，其必須滿足Flash的時(shí)序要求，每條指令需要1～6個(gè)不等的指令周期。主要操作指令包括讀數(shù)據(jù)指令、編程指令、復(fù)位指令、自動(dòng)選擇指令和擦除指令。每個(gè)指令周期由一個(gè)命令構(gòu)成，每個(gè)命令代碼所執(zhí)行的任務(wù)如表1所列。
表1 Flash的命令說(shuō)明
| HEX代碼 | 命 令 |
| 00h | 有效/保留 |
| 10h | 芯片擦除確認(rèn) |
| 20h | 保留 |
| 30h | 模塊擦除繼續(xù)/確認(rèn) |
| 80h | 建立擦除 |
| 90h | 讀電平信號(hào)/模塊保護(hù)狀態(tài) |
| A0h | 編程 |
| B0h | 擦除中止 |
| F0h | 讀陣列/復(fù)位 |
??下面以M29W800AB Flash的塊擦除指令為例，具體說(shuō)明Flash的操作時(shí)序：塊擦除指令需要6個(gè)總線周期，先以2個(gè)解鎖周期開始，然后是1個(gè)擦除建立周期，接下來(lái)又是2個(gè)解鎖周期，最后是1個(gè)擦除確認(rèn)周期，其指令時(shí)序如表2所列。
表2 Flash擦除指令說(shuō)明
| 周期 | 第1周期 | 第2周期 | 第3周期 | 第4周期 | 第5周期 | 第6周期 |
| 地址 | 5555h | 2AAAh | 5555h | 5555h | 2AAAh | 模塊地址 |
| 數(shù)據(jù) | AAh | 55h | 80h | AAh | 55h | 30h |
??其C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)代碼如下：
#define flash ((volatile unsigned int*)0x8000)
Block_Erase(ADDR){
flash[0x5555] = 0x00AA;
wait(1000);
flash[0x2AAA] = 0x0055;
wait(1000);
flash[0x5555] = 0x0080;
wait(1000);
flash[0x5555] = 0x00AA;
wait(1000);
flash[0x2AAA] = 0x0055;
wait(1000);
flash[ADDR] = 0x0030;
}
??需要注意的是，F(xiàn)lash相對(duì)于DSP來(lái)說(shuō)是慢速設(shè)備，編程時(shí)，對(duì)Flash的訪問(wèn)需要有足夠的延時(shí)等待。對(duì)其它指令這里就不一一介紹了。要了解更多內(nèi)容，可參考具體的Flash存儲(chǔ)器手冊(cè)。
3 引導(dǎo)裝載
??TMS320VC5410和TMS320VC5416片內(nèi)ROM中固化有TI公司的引導(dǎo)裝載(Bootloader)程序，用于在上電復(fù)位時(shí)把用戶代碼從外部存儲(chǔ)器引導(dǎo)到片內(nèi)RAM中運(yùn)行。引導(dǎo)程序是在一些片內(nèi)固化的一個(gè)程序，它負(fù)責(zé)上電時(shí)初始化存儲(chǔ)器。換句話說(shuō)，它將程序從非易失性存儲(chǔ)器（如Flash存儲(chǔ)器）中調(diào)入系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。其提供的片內(nèi)引導(dǎo)模式有： HPI（主機(jī)接口）引導(dǎo)、并行EPROM引導(dǎo)、并行I/O引導(dǎo)和串行口引導(dǎo)等。下面先介紹這兩塊芯片的上電引導(dǎo)過(guò)程。
??DSP上電復(fù)位后，先檢測(cè)其MP/MC引腳，如果MP/MC＝“0”，表示使用片內(nèi)ROM引導(dǎo)。此時(shí)，DSP從0xFF80處開始執(zhí)行TI的片內(nèi)引導(dǎo)程序。進(jìn)入引導(dǎo)程序后，HINT引腳變?yōu)榈碗娖?，然后開始檢測(cè)INT2是否為低電平（有效）。如有效，則進(jìn)入HPI引導(dǎo)方式；否則，檢測(cè)INT3引腳。如有INT3請(qǐng)求中斷，則進(jìn)入串行引導(dǎo)方式；否則，就進(jìn)入并行引導(dǎo)方式。在本系統(tǒng)中，我們采用TI公司提供的Bootlooder程序進(jìn)行引導(dǎo)裝載，為此，應(yīng)將MP/MC引腳接低電平。引導(dǎo)程序流程如圖2所示。
3.1 HPI模式實(shí)現(xiàn)TMS320VC5416的程序加載
??按以上設(shè)計(jì)，5416DSP的程序加載采用HPI（主機(jī)接口）模式。對(duì)于HPI引導(dǎo)模式，必須將HINT和INT2引腳連接在一起，以保證Bootloader程序能檢測(cè)到INT2有效。當(dāng)檢測(cè)其為低電平時(shí)，進(jìn)入HPI引導(dǎo)方式。主處理器5410啟動(dòng)運(yùn)行后，5410程序從Flash中下載5416程序，通過(guò)5410與5416之間的HPI寫入5416 RAM。在將程序?qū)懭?416時(shí)，要按照5416程序的cmd文件配置，將從Flash中讀出的代碼寫入5416程序空間的代碼段。寫完代碼后，還應(yīng)將5416代碼的起始地址寫入5416的0x7f單元，將0寫入0x7e單元，起始地址可在CCS仿真環(huán)境中編譯5416代碼后看出，此時(shí)PC所指向的位置就是代碼的起始地址。這是因?yàn)椋?dāng)5416進(jìn)入HPI引導(dǎo)方式后，Boodloader程序開始檢測(cè)0x7f單元的內(nèi)容（0x7e和0x7f兩單元內(nèi)容在Boodloader程序開始執(zhí)行時(shí)就清零）。當(dāng)檢測(cè)到其內(nèi)容不為零時(shí)，即將0x7e的內(nèi)容賦給XPC，將0x7f的內(nèi)容賦給PC，程序跳轉(zhuǎn)到PC所指向位置執(zhí)行用戶代碼。這樣就實(shí)現(xiàn)了從片5416的程序加載啟動(dòng)。圖3是HPI模式加載用戶代碼的流程。
3.2 并行加載模式實(shí)現(xiàn)TMS320VC5410的程序加載
??5410主處理器的用戶代碼加載采用并行模式加載。在本系統(tǒng)中，有多份5410用戶代碼存儲(chǔ)于Flash中。系統(tǒng)上電后，先要從Flash中下載FPGA配置代碼，然后讀出撥碼開關(guān)的值，再選擇相應(yīng)的用戶代碼下載，完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶代碼的入口地址開始執(zhí)行用戶代碼。為此，需要設(shè)計(jì)一啟動(dòng)程序以實(shí)現(xiàn)以上功能。啟動(dòng)程序的內(nèi)容包括下載FPGA配置代碼，讀拔碼開關(guān)值，并根據(jù)此值選擇下載相應(yīng)的5410用戶代碼到其cmd文件配置的相應(yīng)程序空間。完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶代碼起始地址。代碼的起始地址通過(guò)CCS仿真環(huán)境編譯后獲得，啟動(dòng)程序的下載運(yùn)行，則要依靠TI的片內(nèi)引導(dǎo)程序，采用16位并行模式引導(dǎo)加載，需要構(gòu)建引導(dǎo)表。所謂引導(dǎo)表就是引導(dǎo)程序要調(diào)入的代碼。引導(dǎo)表中除了包括源代碼之外，還包含一些附加信息。這些信息指導(dǎo)引導(dǎo)程序的具體執(zhí)行過(guò)程。因此，可以說(shuō)引導(dǎo)表是由程序代碼和一些附加信息組成的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這里，我們需要用啟動(dòng)程序構(gòu)建引導(dǎo)表，并將引導(dǎo)表也寫入Flash中。
??在此系統(tǒng)中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器映射為DSP的0x8000～0xffff數(shù)據(jù)空間。對(duì)Flash操作時(shí)，首先要選擇頁(yè)，每一頁(yè)都對(duì)應(yīng)為DSP的0x8000～0xffff地址的數(shù)據(jù)空間。需要注意：除了將引導(dǎo)表寫入Flash外，還應(yīng)將引導(dǎo)表的起始地址（對(duì)于DSP處理器而言的地址，如果在Flash中為0，則對(duì)DSP即為0x8000）寫入Flash第一頁(yè)的最后一個(gè)單元（0x7fff單元），即DSP存儲(chǔ)空間的0xFFFFh單元。
??引導(dǎo)程序進(jìn)入并行加載模式后，將查詢數(shù)據(jù)空間的0xFFFFh單元，直到讀入一個(gè)有效的地址數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)為用戶引導(dǎo)表的入口地址。這時(shí)，引導(dǎo)程序就跳轉(zhuǎn)到Flash中的用戶引導(dǎo)表開始執(zhí)行。需要注意的是，對(duì)于不同型號(hào)和廠家的Flash，其引導(dǎo)表的格式和內(nèi)容是不同的。下面就M29W800AB Flash引導(dǎo)表的格式及我們所配置的內(nèi)容說(shuō)明如下：
| 10AAh(16位模式) |
| 7fff(SWWSR寄存器值) |
| 8000h(BSCR寄存器值) |
| 0h(啟動(dòng)程序運(yùn)行的XPC值) |
| d08h（啟動(dòng)程序運(yùn)行起始的PC值） |
| 22f8h(啟動(dòng)程序的長(zhǎng)度) |
| 0h(啟動(dòng)程序裝載的起始地址XPC) |
| d08h（啟動(dòng)程序裝載起始地址PC） |
| 啟動(dòng)程序代碼… |
| 連接8個(gè)單元的0h(表示引導(dǎo)表結(jié)束) |
??程序根據(jù)引導(dǎo)表的內(nèi)容將用戶代碼下載到指定的程序空間中，并將指定的程序入口地址值賦給PC，使程序從此處開始執(zhí)行，從而完成5410 DSP的引導(dǎo)啟動(dòng)。并行引導(dǎo)流程如圖4所示。
??在系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)HPI加載5416代碼時(shí)，要注意5410和5416的時(shí)鐘要匹配。一般來(lái)說(shuō)，要求從片時(shí)鐘為主片時(shí)鐘的1.25倍以上。在此系統(tǒng)中，系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘為8MHz，5410啟動(dòng)時(shí)鐘設(shè)為8MHz，5416設(shè)為10倍頻80MHz。
??本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，擴(kuò)展了系統(tǒng)的功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和通用性，在實(shí)際應(yīng)用中已取得了良好的效果。
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