基于JTAG的DSP外部FLASH在線編程與引導(dǎo)技術(shù)
在以DSP為核心的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，通常將可執(zhí)行代碼存放在非易失性存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)加電或復(fù)位時(shí)通過(guò)DSP的引導(dǎo)加載（Boot Loader）機(jī)制將該轉(zhuǎn)換到高速存儲(chǔ)器中執(zhí)行。AD公司出品的ADSP SHARC系列DSP內(nèi)部的非易失性存儲(chǔ)器因其資源有限，必須在外部加以擴(kuò)展。FLASH存儲(chǔ)器具有容量大、單電源供電和可在線編程的特點(diǎn)，是一種非常理想的存儲(chǔ)器。
若采用燒錄器對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，則在修改程序時(shí)必須拔插器件，而某些表貼封裝（如PLCC封裝和TSOP封裝）的器件又需要專(zhuān)用的轉(zhuǎn)接插座，這使得程序的調(diào)試和參數(shù)的修改非常繁瑣，而且容易對(duì)器件造成物理?yè)p傷。采用在線編程的方式對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行操作，可以克服上述問(wèn)題，為調(diào)試者提供了極大的方便。本文以ADSP-21065L外部擴(kuò)展的FLASH存儲(chǔ)器AT29LV020為對(duì)象，在Visual DSP++3.5環(huán)境中通過(guò)JTAG仿真器運(yùn)行一段程序，將可引導(dǎo)代碼在線燒錄到FLASH中，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的引導(dǎo)。
1 在線編程與引導(dǎo)系統(tǒng)
本系統(tǒng)以ADSP-21065L及外部的FLASH存儲(chǔ)器AT29LV020為核心，由DSP控制FLASH存儲(chǔ)器的擦除和讀寫(xiě)。
AT29LV020是用單電源3.3V供電的低功耗FLASH存儲(chǔ)器，容量是MB（256K×8），8位數(shù)據(jù)總線，18位地址總線。該芯片以扇區(qū)（SECTOR）為基本的編程單元，共有1024個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包含256個(gè)字節(jié)。芯片的存儲(chǔ)空間中包含兩個(gè)引導(dǎo)區(qū)，分別是最低8K（0x00000～0x01FFF）和最高8位（0x3E000～0x3FFFF）的引導(dǎo)區(qū)。
系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí)，DSP將FLASH作為普通的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過(guò)DMA方式訪問(wèn)。ADSP-21065L的外部地址空間為0x00020000～0x03FFFFFF。FLASH的物理地址（ADD）對(duì)于DSP來(lái)說(shuō)就是（0x0002000+ADD）。整片AT239LV020占據(jù)ADSP-21065L的外部地址空間范圍為0x00020000～0x0005FFFF，這段空間屬于Bank0。訪問(wèn)該段空間時(shí)，DSP引腳MS0有效。引導(dǎo)時(shí)，DSP引腳BMS有效。所以，使用MS0和BMS的組合作為FLASH的片選信號(hào)。DSP與FLASH的連接如圖1所示。
在線編程的過(guò)程如下：
（1） 創(chuàng)建一個(gè)適合FLASH存儲(chǔ)器的引導(dǎo)程序文件A；
（2） 在Visual DSP++3.5環(huán)境中編寫(xiě)一個(gè)FLASH的操作程序，創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行的“.DXE”文件B；
（3） 通過(guò)基于JTAG的Emulator將B下載到DSP中執(zhí)行，將A文件寫(xiě)入FLASH中。
下面介紹如何在Visual DSP++3.5的開(kāi)發(fā)環(huán)境中有建一個(gè)可以引導(dǎo)的文件。該文件就是通過(guò)JTAG寫(xiě)入FLASH中的目標(biāo)文件。具體步驟如下：
（1） 創(chuàng)建一個(gè)將要寫(xiě)入FLASH的源程序，在Visual DSP++環(huán)境中直接通過(guò)Emulator下載到DSP中執(zhí)行，驗(yàn)證程序的正確性。
（2） 打開(kāi)菜單Droject→Project Ontions…， 在Project標(biāo)簽的頁(yè)面里，選擇Type為L(zhǎng)oader File；在Load標(biāo)簽的頁(yè)面里，選擇Boot Mode為Prom，選擇Boot Format為ASCII， 并為將要?jiǎng)?chuàng)建的.LDR文件指定名稱(chēng)。
（3） 重新編譯工程，在工程目錄中得 到一個(gè)載入文件*.LDR。
至此，一個(gè)可引導(dǎo)的文件就創(chuàng)建成功了。文件文件的格式如下：
該文件有n行，每行為一個(gè)雙字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)?？紤]到FLASH的數(shù)據(jù)總線是8位，在寫(xiě)入之前，必須將每行分成兩個(gè)單字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)。
3 FLASH在線編程的實(shí)現(xiàn)
3．1 FLASH扇區(qū)編程的實(shí)現(xiàn)
AT29LV020的操作包括扇區(qū)編程、整片擦除、讀芯片ID、退出讀芯片ID、引導(dǎo)區(qū)加鎖等，這里關(guān)心的主要是扇區(qū)編程。
扇區(qū)是AT29LV020編程的最小操作單位，每次編程操作時(shí)，目標(biāo)扇區(qū)的256個(gè)字節(jié)同時(shí)進(jìn)行。在DSP的寫(xiě)指令字序列的作用下，同一個(gè)扇區(qū)的256個(gè)字節(jié)被寫(xiě)入FLASH內(nèi)部的緩沖區(qū)，然后FLASH自動(dòng)啟動(dòng)編程操作。DSP向緩沖區(qū)寫(xiě)入同一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)的寫(xiě)入順序是任意的，但是相鄰的寫(xiě)信號(hào)間隔不能大于150μs，否則將被視為寫(xiě)入操作完成，編程過(guò)程立刻啟動(dòng)，而扇區(qū)內(nèi)沒(méi)有寫(xiě)入內(nèi)容的地址將全部編程的為FF。完成一個(gè)扇區(qū)的編程最多只需要20ms。編程過(guò)程啟動(dòng)后首先會(huì)自動(dòng)擦除需要編程的扇區(qū)，所以在編程前并不需要對(duì)扇區(qū)進(jìn)行單獨(dú)的擦除操作。
為了防止FLASH中的內(nèi)容被誤操作或者其它操作修改，F(xiàn)LASH默認(rèn)為寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)。每次對(duì)扇區(qū)進(jìn)行編程前必須寫(xiě)入一個(gè)命令序列，才可以向FLASH的緩沖區(qū)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，進(jìn)而啟動(dòng)編程。編程結(jié)束后，F(xiàn)LASH自動(dòng)恢復(fù)到寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)。
一個(gè)扇區(qū)編程是否結(jié)束，可以通過(guò)以下三種方法判斷：
（1） 反復(fù)讀最后寫(xiě)入的地址的內(nèi)容，如果編程沒(méi)有結(jié)束，讀到數(shù)據(jù)的最高位與最后寫(xiě)入的數(shù)據(jù)的最高位始終互為補(bǔ)碼；編程結(jié)束后，讀取的數(shù)據(jù)與最后寫(xiě)入的數(shù)據(jù)的最高位始終互為補(bǔ)碼；編程結(jié)束后，讀到的數(shù)據(jù)與最后寫(xiě)入的數(shù)據(jù)相等。
（2） 反復(fù)讀任意某個(gè)地址的內(nèi)容，如果編程沒(méi)有結(jié)束， 每次讀操作都會(huì)導(dǎo)致次高位發(fā)生跳變；編程結(jié)束后，讀到的結(jié)果就是寫(xiě)入該地址的實(shí)際數(shù)據(jù)。
（3） 寫(xiě)完一個(gè)扇區(qū)后延時(shí)20ms，作為扇區(qū)編程結(jié)束的依據(jù)。
3.2 FLASH文件在線編程的實(shí)現(xiàn)
考慮到AT29LV020的最小編程單位為一個(gè)扇區(qū)，首先應(yīng)該將待編程的文件分割為若干個(gè)256字節(jié)的編程單元，對(duì)于最后的一個(gè)單元，無(wú)論是否夠256字節(jié)，都無(wú)需理會(huì)，仍舊按照一個(gè)扇區(qū)處理。
假設(shè)待編程的文件名為filename.ldr，采用編程語(yǔ)言編寫(xiě)軟件時(shí)，使用變量定義：
.var f_data[]=”filename.ldr”;
緩沖區(qū)f_data[]的首址指向filename.ldr的首行，f_data的每個(gè)元素都對(duì)應(yīng)文件的一行。由于創(chuàng)建的引導(dǎo)程序文件每行數(shù)據(jù)都是16位的，包含兩個(gè)8位字節(jié)，所以必須將其分解為兩部分后分別寫(xiě)入FLASH。
軟件的流程如圖3所示。
下面是將文件寫(xiě)入FLASH的完整程序，在實(shí)際中已經(jīng)調(diào)試成功。通過(guò)該程序?qū)⒁欢伍W燈代碼blink.ldr寫(xiě)入FLASH中，復(fù)位后，被寫(xiě)入的代碼自動(dòng)加載到DSP中執(zhí)行。在編程過(guò)程中，ADSP-21065L的FLAG10引腳輸出周期為40ms的方波；編程結(jié)束后，F(xiàn)LAG8輸出周期為40ms的方波。
//宏定義與變量初始化
#define f_size 1572 //文件的行數(shù)
#define mem_offset 0x020000 //FLASH的地址偏移
#define u_mem1_a 0x025555 //命令字寫(xiě)入地址1
#define u_mem2_a 0x022AAA //命令字寫(xiě)入地址2
#include<def21065L.h>
.section/dm seg_fout;
.var f_data[]=”blink,ldr” //待寫(xiě)入的代碼文件
.section/dm seg_dmda;
.var d_byte;
.var addr;
.var line_num=0; //當(dāng)前扇區(qū)已寫(xiě)入行數(shù)
.var byte_size; //待寫(xiě)入代碼字節(jié)數(shù)-1
.var counter="0"; //延時(shí)的計(jì)數(shù)值
//復(fù)位中斷
.section/pm pm_rsti;
nop;
jump start;
nop;
//以下是主程序
.section/pm seg_pmco;
start:
nop;
bit clr mode1 0x00001000; //屏蔽所有中斷
IRPTL=0x0; //清除未響應(yīng)中斷
r0=0x0050; //設(shè)置FLAG10和
dm(IOCTL)=r0; //FLAG8為輸出引腳
program:
i0=f_data;
r2=0x0; //已經(jīng)寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)-1
r3=f_size;
r4=r3+r3;
r4=r4-1;
dm(byte_size)=r4;
r6=dm(line_num);
r7=0;
comp(r6,r7); //判斷是否為新的扇區(qū)
if ne jump sect_load; //不是，則直接向FLASH緩沖區(qū)寫(xiě)入字節(jié)
sect_ulock: //是，首先寫(xiě)命令字序列
r12=0xAA;
dm(u_mem1_a)=r12;
r12=0x55;
dm(u_mem2_a)=r12;
r12=0xA0;
dm(u_mem1_a)=r12;
sect_load:
r0=dm(i0,1); //讀取一行數(shù)據(jù)
r1=fext r0 by 0:8; //獲得低字節(jié)
dm(d_byte)=r1;
dm(addr)=r2;
call load_byte; //向FLASH寫(xiě)入低字節(jié)
r2=r2+1;
r1=fext r0 by 8:8; //獲得高字節(jié)
dm(d_byte)=r1;
dm(addr)=r2;
call loade_byte; //向FLASH寫(xiě)入高字節(jié)
r8=dm(byte_size);
comp(r2,r8); //判斷文件是否全部寫(xiě)完
if eq jump done; //是，則結(jié)束
r6=dm(line_num); //否，判斷扇區(qū)是否結(jié)束
r6=r6+1;
dm(line_num)=r6;
r7=128;
comp(r6,r7);
if lt jump prog_loop; 否，繼續(xù)向該扇區(qū)寫(xiě)數(shù)據(jù)
sect_done: //是，等待20ms
nop;
call wait_DQ7;
ustat2=dm(IOSTAT);
bit tg1 ustat2 FLG10O;
dm(IOSTAT)=ustat2; //翻轉(zhuǎn)FLAG10
r6=0;
dm(line_num)=r6;
r2=r2+1;
jump sect_ulock; //開(kāi)始向新扇區(qū)寫(xiě)數(shù)據(jù)
prog_loop:
r2=r2+1;
jump sect_load;
done: //編程結(jié)束
nop;
call wait_DQ7;
ustat2=dm(IOSTAT);
bit tg1 ustat2 FLG8O; //翻轉(zhuǎn)FLAG8
dm(IOSTAT)=ustat2;
jump done;
load_byte: //寫(xiě)字節(jié)子程序
i4=dm(addr);
m4=mem_offset;
r12=dm(d_byte);
dm(m4,i4)=r12;
rts;
nop
wait_DQ7: //20ms延時(shí)子程序
r0=dm(counter);
r0=r0+1;
dm(counter)=r0;
r1=0x59000;
comp(r0,r1);
if lt jump wait_DQ7;
r0=0;
dm(counter)=r0;
rts;
nop;
上面的程序是針對(duì)由ADSP-21065L和AT29LV020構(gòu)成的磁懸浮數(shù)字控制系統(tǒng)編寫(xiě)的，可行性與可靠性已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。該程序具有良好的可移植性，秒作修改即可用于類(lèi)似的在線編程系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
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