基于DSP的外部存儲(chǔ)器引導(dǎo)方法實(shí)現(xiàn)

TI公司的高速數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6000系列DSP支持并行處理，采用甚長(zhǎng)指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有8個(gè)功能單元(兩個(gè)乘法器和6個(gè)ALU)，8個(gè)功能單元可并行操作，最多可以在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行八條32位指令。指令操作為“流水線”工作方式。應(yīng)用高性能DSP可以大大提高數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用系統(tǒng)的性能，能快速完成濾波、卷積、FFT等數(shù)字信號(hào)處理或進(jìn)行更復(fù)雜的運(yùn)算，在現(xiàn)代信號(hào)數(shù)字化處理中有很好的應(yīng)用前景。

　　由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的差異，TMS320C6000系列與TMS320C54系列的引導(dǎo)方式有很大差別。在開發(fā)應(yīng)用TMS320C6000系列DSP時(shí)，許多開發(fā)者，尤其是初涉及者對(duì)DSP ROM引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)有些困難，花費(fèi)許多時(shí)間和精力摸索。筆者結(jié)合開發(fā)實(shí)例，介紹了實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)器引導(dǎo)的具體方法。

　　DSP的引導(dǎo)過(guò)程

　　DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)(BOOT)是指系統(tǒng)加電或復(fù)位時(shí)，DSP將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器的程序代碼通過(guò)DMA方式拷貝到內(nèi)部的高速內(nèi)存中運(yùn)行。這樣既能擴(kuò)展DSP有限的存儲(chǔ)空間，又能充分發(fā)揮DSP內(nèi)部資源的效能。用戶的代碼也可以通過(guò)掩膜方式寫入到DSP內(nèi)部ROM中，但這樣受容量和價(jià)格的限制，且不便于擴(kuò)展和升級(jí)。

　　DSP的引導(dǎo)過(guò)程如下：

　　1) DSP復(fù)位后，通過(guò)DMA方式將外部CE1空間的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部程序空間地址0處，讀入數(shù)據(jù)的多少因芯片而異(TMS320C6712一次只拷貝1KB)。

　　2) DSP推出復(fù)位狀態(tài)，開始執(zhí)行內(nèi)部程序空間地址0處的程序，這段程序先將外部主程序數(shù)據(jù)讀入到DSP內(nèi)部程序空間相應(yīng)地址，然后跳轉(zhuǎn)到主程序運(yùn)行。

　　第一步是由芯片自動(dòng)完成，關(guān)鍵是第二步：用戶需要編寫相應(yīng)的匯編程序，實(shí)現(xiàn)二次引導(dǎo)，即用戶主程序的裝載。

　　引導(dǎo)失敗的原因分析

　　(1)鏈接命令文件(.cmd)文件

　　鏈接命令文件定義了鏈接的參數(shù)，描述系統(tǒng)生成的可執(zhí)行代碼各段的段名及映射到目標(biāo)板的物理空間。當(dāng)這些段的起始地址或段的長(zhǎng)度編寫錯(cuò)誤時(shí)，引導(dǎo)程序就可能發(fā)生錯(cuò)誤。

　　(2)可執(zhí)行代碼的二進(jìn)制文件格式

　　用戶的程序在CCS開發(fā)環(huán)境下編譯生成COFF文件格式，仿真過(guò)程中可以直接加載COFF文件運(yùn)行。但當(dāng)調(diào)試仿真通過(guò)后，目標(biāo)板要脫離CCS環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，可執(zhí)行代碼就需要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件格式，保存在目標(biāo)板的外部存儲(chǔ)器上。轉(zhuǎn)換時(shí)需要使用正確的配置文件。

　　(3)目標(biāo)板的硬件電路(引導(dǎo)模式，系統(tǒng)時(shí)鐘)

　　目標(biāo)板的硬件電路也會(huì)影響引導(dǎo)程序的正常運(yùn)行，如設(shè)置的引導(dǎo)模式與實(shí)際的外部存儲(chǔ)器不符，系統(tǒng)時(shí)鐘電路不工作，復(fù)位信號(hào)恒有效等。

　　下面結(jié)合TMS320C6212的開發(fā)實(shí)例，具體介紹外部存儲(chǔ)器引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)。

　　ROM引導(dǎo)實(shí)例

　　TMS320C6212是TMS320C6201的簡(jiǎn)化版芯片，內(nèi)部資源相對(duì)較少，工作頻率相對(duì)較低，但其價(jià)格低廉，具有很高的性能價(jià)格比。TMS320C6212的工作頻率可達(dá)150MHz，最高處理能力為900MIPS，很適合中小型系統(tǒng)開發(fā)。

　　由于FLASH是一種高密度、非易失的電擦寫存儲(chǔ)器，系統(tǒng)采用FLASH作為外部存儲(chǔ)器。除了專用的硬件編程器可以把二進(jìn)制代碼寫入FLASH中，還可以利用DSP的調(diào)試系統(tǒng)，通過(guò)軟件編程寫入。DSP與FLASH的接口連接如圖1所示。

　　系統(tǒng)工程在CCS開發(fā)環(huán)境下使用C語(yǔ)言編程，這樣可以縮短開發(fā)周期，提高工作效率，并具有移植性好的優(yōu)點(diǎn)。引導(dǎo)工程的文件流程如圖2所示。

(1) 中斷向量表 vectors.asm

　　中斷向量表缺省保存在DSP芯片內(nèi)部RAM的0地址開始的0x200字節(jié)空間，上電或復(fù)位后，芯片自動(dòng)運(yùn)行復(fù)位中斷。因此，復(fù)位中斷向量設(shè)置為引導(dǎo)程序(_boot)的入口地址，引導(dǎo)程序的主體在boot.asm中定義。部分程序如下：

　　.ref _boot ;調(diào)用引導(dǎo)程序

　　.sect “.vectors” ;段聲明

　　RESET_RST: ;復(fù)位中斷向量

　　mvkl .S2 _boot, B0 ;裝載引導(dǎo)程序地址

　　mvkh .S2 _boot, B0

　　B .S2 B0 ;跳轉(zhuǎn)到引導(dǎo)程序執(zhí)行

　　NOP 5

　　(2) 自引導(dǎo)的匯編程序 boot.asm

　　自引導(dǎo)匯編程序主要是配置基本的寄存器，并將保存在外部FLASH中的二進(jìn)制程序拷貝到DSP內(nèi)部的RAM中再執(zhí)行。由于TMS320C6712自動(dòng)拷貝1KB，因此起始地址是從0x400開始，匯編程序如下：

　　.sect “.boot_load” ;定義數(shù)據(jù)段

　　.ref _c_int00 ;聲明外部函數(shù)

　　.global _boot ;定義全局函數(shù)

　　_boot:

　　;先設(shè)置控制寄存器，如EMIF_GCR等，(略)

　　;拷貝FLASH中的程序到DSP內(nèi)部RAM

　　mvkl 0x00000400, A4 ;A4為RAM地址指針

　　|| mvkl 0x90000400, B4 ;B4為FLASH地址指針

　　mvkh 0x00000400, A4

　　|| mvkh 0x90000400, B4

　　zero A1 ;A1用作計(jì)數(shù)器

　　_boot_loop: ;DSP開始讀取FLASH中程序

　　ldb *B4++, B5

　　mvkl 0x0000F200, B6 ;B6為需要拷貝的字節(jié)數(shù)

　　add 1, A1, A1

　　|| mvkh 0x0000F200, B6

　　cmplt A1, B6, A0

　　nop

　　stb B5, *A4++

　　[B0] b _boot_loop

　　nop 5

　　mvkl .S2 _c_int00, B0 ;循環(huán)結(jié)束后，跳轉(zhuǎn)到主函數(shù)main執(zhí)行

　　mvkh .S2 _c_int00, B0

　　B .S2 B0

　　Nop 5

　　(3) 主程序 main.c

　　主程序是DSP要實(shí)現(xiàn)具體功能的主體，其定義的主函數(shù)main()經(jīng)編譯后在函數(shù)_c_int00中調(diào)用，因此在上面的引導(dǎo)程序結(jié)束時(shí)，將跳轉(zhuǎn)到函數(shù)_c_int00，即主函數(shù)main執(zhí)行。

　　(4) 鏈接命令程序 link.cmd

　　鏈接命令程序用于定義系統(tǒng)各存儲(chǔ)器的地址及大小，并分配編譯后各段到相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，link.cmd內(nèi)容如下：

　　-c

　　-lrts6201.lib

　　MEMORY

　　{

　　vecs: o = 00000000h =00000200h

　　BOOT_RAM: o = 00000200h l = 00000200h

　　IRAM: o = 00000400h l = 0000c400h

　　CE0: o = 80000000h l = 01000000h

　　CE1: o = 90000000h l = 00100000h

　　}

　　SECTIONS

　　{

　　.vectors > vecs fill = 0

　　.boot_load > BOOT_RAM fill = 0

　　.text > IRAM fill = 0

　　.stack > IRAM fill = 0

　　.bss > IRAM fill = 0

　　.cinit > IRAM fill = 0

　　.far > IRAM fill = 0

　　.sysmem > IRAM fill = 0

　　.cio > IRAM fill = 0

　　}

　　(5) 轉(zhuǎn)換命令程序 convert.cmd

　　上面的工程文件經(jīng)CCS系統(tǒng)編譯、匯編后生成可執(zhí)行COFF文件(.out)，它需要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件，再寫入到FLASH中。CCS開發(fā)系統(tǒng)帶有轉(zhuǎn)換程序：

　　hex6x.exe 將可執(zhí)行COFF文件(.out)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制文件(.hex)

　　hex2bin.exe將十六進(jìn)制文件(.hex)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件(.bin)

　　命令行的格式為：

　　hex6x.exe convert.cmd

　　hex2bin.exe mboot

　　其中convert.cmd內(nèi)容如下：

　　mboot.out ;輸入文件名 .out 格式

　　-x

　　-map mboot.map ;生成映射文件

　　-image

　　-memwidth 8 ;內(nèi)存的位寬

　　-o mboot.hex ;輸出文件名 .hex格式

　　ROMS

　　{

　　FLASH: org = 0, len = 0x10000, romwidth = 8

　　}

　　結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，實(shí)現(xiàn)TMS320C6712的外部?jī)?nèi)存自引導(dǎo)并不復(fù)雜，關(guān)鍵是要理解芯片的自引導(dǎo)過(guò)程和程序匯編后各部分的作用，配置好引導(dǎo)代碼段和程序代碼段的實(shí)際物理地址，并且正確地初始化相應(yīng)的寄存器和變量。