TMS320VC5402 DSP的并行I/O引導(dǎo)裝載方法研究

TMS320VC5402(以下簡(jiǎn)稱C5402)是德州儀器公司(TI)1999年10月推出的性價(jià)比極高(目標(biāo)價(jià)格僅為5美元)的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。C5402主要特點(diǎn)如下[1]：
　　·操作速率達(dá)100MIPS；
　　·具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，三條16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和一條程序存儲(chǔ)器總線；
　　·40位算術(shù)邏輯單元(ALU)，包括一個(gè)40位桶形移位器和兩個(gè)40位累加器；
　　·一個(gè)17×17乘法器和一個(gè)40位專用加法器，允許16位帶/不帶符號(hào)的乘法；
　　·整合維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度；
　　·單周期正規(guī)化及指數(shù)譯碼；
　　·8個(gè)輔助寄存器及一個(gè)軟件棧，允許使用業(yè)界最先進(jìn)的定點(diǎn)DSP C語(yǔ)言編譯器；
　　·數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g1M×16bit，內(nèi)置4K×16bit ROM和16K×16bit RAM；
　　·內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)時(shí)鐘產(chǎn)生器、兩個(gè)多通道緩沖串行口、一個(gè)8位并行與外部處理器通信的HPI口、2個(gè)16位定時(shí)器以及6通道DMA控制器；　　
　　·低功耗，工作電源有3V和1.8V(內(nèi)核)，特別適合電池供電設(shè)備。
　　由此可見，與TMS32054X系列的其它芯片相比，C5402以其獨(dú)有的高性能、低功耗和低價(jià)格特性，使得一推出就受到業(yè)內(nèi)用戶的歡迎。但它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和片內(nèi)掩模的引導(dǎo)裝載(Bootloader)程序與C54X系列的其它DSP處理器[2]有較大的差異，而它的應(yīng)用對(duì)象又大多是要求能脫機(jī)運(yùn)行，如機(jī)頂盒(STB)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和數(shù)字無(wú)線通信等內(nèi)嵌式系統(tǒng)。為此，本文立足我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單介紹C5402 Bootloader程序分析和實(shí)現(xiàn)方法，并較為詳細(xì)地介紹并行I/O Bootloader方法。
1 幾種引導(dǎo)裝載方法
　　C5402片內(nèi)掩模的Bootloader用于在上電復(fù)位時(shí)把用戶程序從外部引導(dǎo)到高速RAM中，以保證其全速運(yùn)行。C5402提供了如下四種Bootloader方法：8位或16位并行EPROM方法、8位或16位并行I/O方法、8位或16位串行口方法和處理器通信口(主端口)HPI方法。
　　上電復(fù)位后，C5402檢測(cè)其MP/MC引腳，如果MP/MC＝“0”則進(jìn)入Bootloader程序。進(jìn)入Bootloader后，如有INT2請(qǐng)求中斷，則進(jìn)入HPI引導(dǎo)方式，否則則讀入端口地址為0FFFFH的I/O端的引導(dǎo)方式選擇字(Boot Routine Selection、 BRS)。當(dāng)BRS＝XXXX00時(shí)，進(jìn)入I/O或串行口引導(dǎo)方式;如BRS＝XXXX1000時(shí)，進(jìn)入8位I/O引導(dǎo)方式;BRS＝XXXX1100時(shí)，進(jìn)入16位I/O引導(dǎo)方式，否則則進(jìn)入串行口引導(dǎo)方式。當(dāng)BRS＝XXXX01時(shí)，進(jìn)入8位EPROM引導(dǎo)方式，BRS＝XXXX10時(shí)，進(jìn)入16位EPROM引導(dǎo)方式。
2 C5402片內(nèi)ROM結(jié)構(gòu)及并行I/O引導(dǎo)裝載程序分析
　　C5402提供了4K×16bit 的掩模ROM，其具體內(nèi)容見表1。C5402上電復(fù)位后，如果MP/MC＝“0”則從F800h地址開始運(yùn)行Bootloader程序。在進(jìn)入8位并行I/O引導(dǎo)程序以前，C5402與外部I/O要進(jìn)行一系列的通信聯(lián)絡(luò)，其程序框圖如圖1所示。

以下是8位并行I/O引導(dǎo)程序片段下：
　　行號(hào) 源程序 注 解
　　(標(biāo)號(hào))
　　END ；讀入用戶代碼結(jié)束并轉(zhuǎn)執(zhí)行用戶程序
　　1 CALL (21) ；調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序
　　2 STL B、61h ；B的內(nèi)容→61H單元
　　3 CALL (21) ；調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序
　　4 STL B、 62h ；B的內(nèi)容→62H單元
　　5 CALL (21) ；調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序
　　6 BC (END)、 BEQ ；B＝0時(shí)結(jié)束
　　7 SUB #01h、0、B、B ；B－1→B
　　8 STLM B、BRC ；B→BRC
　　9 CALL (21) ；調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序
　　10 STL B、 68h ；B的內(nèi)容→68H單元
　　11 CALL (21) ；調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序
　　12 ADD 68h、16、B、B ；68H移位后加B→B
　　13 LD B、0、A ；B→A
　　14 RPTD (20)－1 ；循環(huán)15－19
　　15 CALL (21) ；調(diào)用讀數(shù)據(jù)子程序
　　16 SSBX XF ；XF＝1
　　17 BC (17)、BIO ；BIO＝0則等待
　　18 WRITA B ；把B的內(nèi)容寫到*A
　　19 ADD #01h、0、A、A ；A＋1→A
　　20 B (5) ；跳轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)為5
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　　21 SSBX XF ；XF＝1
　　22 BC (22)、BIO ；BIO＝0則等待
　　23 RXBX XF ；XF＝0
　　24 BC (24)、NBIO ；BIO＝1則等待
　　25 PORTR 0000h、 B ；讀0地址端口→B
　　26 SFTL B、8、B ；B左移8位→B
　　27 SSBX XF ；XF＝1
　　28 BC (28)、 BIO ；BIO＝0則等待
　　29 RXBX XF ；XF＝0
　　30 BC (30)、 NBIO ；BIO＝1則等待
　　31 PORTR 0000h、68h ；讀0地址端口→68
　　32 ANDM 000ffh、68h ；邏輯與
　　33 OR 68h、 B ；邏輯或后→B
　　34 RET ；返回[!--empirenews.page--]
　　在上述程序中，END標(biāo)號(hào)給出I/O讀入操作結(jié)束后所轉(zhuǎn)移的入口地址，之后轉(zhuǎn)到61H和62H給出的入口地址執(zhí)行用戶程序。第1～4行讀入入口地址；第5?觸8行讀入數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度；第9～13行讀入數(shù)據(jù)塊首地址；第14～20行讀入數(shù)據(jù)塊。為了更好地了解這段程序的工作過(guò)程及其原理，圖2給出了8位并行I/O Bootloader程序流程圖。第21～34行為讀數(shù)據(jù)子程序，在該程序中，利用了XF和BIO信號(hào)與外部I/O進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，其信號(hào)時(shí)序如圖3所示。

3 C5402并行I/O引導(dǎo)裝載方法的實(shí)現(xiàn)
3.1 硬件電路分析
　　為了滿足C5402 DSP 8位并行I/O Bootloader引導(dǎo)程序的時(shí)序要求，本文利用8031單片機(jī)作智能I/O部件，圖4為C5402與8031的連接電路圖。在圖中，U3為TMS320VC5402DSP，U？為8031單片機(jī)，U1、U2均為SN74AHC245，單片機(jī)系統(tǒng)中的EPROM電路沒有給出。

U1、U2的DIR引腳接地，數(shù)據(jù)傳輸方向?yàn)锽→A。U2的B7～B4和B2～B0接地，B3接DVDD(3.3V)，/CE端接系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，保證了在上電復(fù)位期間U2給C5402提供00001000B數(shù)據(jù)，使其進(jìn)入8位并行I/O引導(dǎo)模式，而當(dāng)復(fù)位信號(hào)無(wú)效后，U2的/CE＝“1”片選信號(hào)無(wú)效而脫離系統(tǒng)。U1的作用是數(shù)據(jù)緩沖兼作電平轉(zhuǎn)換器，U1的VCCD端接4.3V，其作用是將8031輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成5402能接受的CMOS電平；U1的/CE斷接8031的P3.3(/INT)腳，在系統(tǒng)復(fù)位直到執(zhí)行CLR P3.3之前都保持高電平，在此期間U1無(wú)效，保證了U2正常供給5402所需的數(shù)據(jù)。8031的P3.0(RXD)、P3.1(TXD)作為握手信號(hào)，分別與C5402的/BIO和XF相連。JP3、JP4可供用戶跳線選擇C5402的系統(tǒng)時(shí)鐘以及選擇C5402的運(yùn)行模式。
3.2 程序設(shè)計(jì)
　　根據(jù)以上分析，本文設(shè)計(jì)了如下8031匯編程序。首先使U1的/CE有效，然后等待C5402的XF為低電平，XF＝“0”后，使8031的P3.1＝“0”即BIO＝“0”C5402進(jìn)入等待數(shù)據(jù)狀態(tài)。在數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線之后，使BIO＝“1”通知C5402讀取I/O端口數(shù)據(jù)。程序中，UC定義的代碼前面22個(gè)字節(jié)是與C5402的聯(lián)絡(luò)碼，從第23個(gè)字節(jié)開始才是用戶程序代碼。
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　　CLR P3.3 ；使U1(AHC245)CE＝0
　　W1: JB P3.0、W1 ；XF＝1等待
　　CLR P3.1 ；使BIO＝0
　　MOV R4、#00H ；初始化變址寄存器
　　W2: JNB P3.0、W2 ；XF＝0等待
　　MOV DPTR、#UC ；指向用戶代碼首地址
　　MOV A、R4 ；變址送A
　　MOVC A、＠A＋DPTR ；取用戶代碼
　　MOV P1、A ；送到數(shù)據(jù)總線
　　SETB P3.1 ；使BIO＝1
　　W3: JB P3.0、W3 ；XF＝1等待
　　CLR P3.1 ；使BIO＝0
　　INC R4 ；指向下一代碼
　　CJNE R4、#0FFH、W2 ；未完重來(lái)

　　UC: DB 08H、0AAH、00H、00H
　　DB 00H、00H、00H、00H
　　DB 00H、80H、00H、25H
　　DB 00H、00H、00H、80H
　　DB 0F4H、95H、0E9H、27H
　　DB 0F3H、10H ；以上為與C5402的聯(lián)絡(luò)碼用戶程序代碼
　　TMS320VC5402 DSP是C54X家族乃至TI的DSP家族的最新成員，正以其極高的性價(jià)比被越來(lái)越多的用戶所接受。本文利用廉價(jià)、通用的8031單片機(jī)實(shí)現(xiàn)C5402 8位并行I/O Bootloader功能，一方面，可以很好地解決快速DSP與慢速I/O(EPROM)之間的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題；另一方面，C5402 Bootloader成功后，8031還可作為“協(xié)助理器”使用，從而極大提高了系統(tǒng)的靈活性和實(shí)用性。具有廣闊的應(yīng)用前景。