C6000系列DSP Flash二次加載技術(shù)研究

引言
    TI公司C6000系列DSP具有強(qiáng)大的處理能力，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。由于程序在DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器的運(yùn)行速度遠(yuǎn)大于片外存儲(chǔ)器的運(yùn)行速度，通常需要將程序從外部加載到DSP內(nèi)部運(yùn)行。由于C6000系列DSP均沒(méi)有片上非易失性存儲(chǔ)器，而最常用的方式為采用非易失Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行程序的存儲(chǔ)和加載。然而，該系列DSP的推出是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，其芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨著上市時(shí)間的先后有著較大的不同，而TI公司沒(méi)有給出統(tǒng)一的加載方式。針對(duì)該問(wèn)題，本文全面研究了不同DSP芯片的加載方法與差異，并根據(jù)這些特點(diǎn)提出了通用的二次加載方法。

1 TI公司提供的二次加載方法
    TI公司的DSP芯片二次加載的原理是一致的，加載步驟如下：
    ①通過(guò)一次加載將二次加載程序載入DSP片內(nèi)或片外存儲(chǔ)器；
    ②運(yùn)行二次加載程序加載剩余的程序與數(shù)據(jù)來(lái)完成后續(xù)加載；
    ③跳轉(zhuǎn)到主程序入口，完成加載。
    但是由于芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，TI公司提供了不同的加載方法。根據(jù)程序與數(shù)據(jù)空間存儲(chǔ)映射的不同，主要分為兩類(lèi)：分離存儲(chǔ)映射的加載方式和混合存儲(chǔ)映射的加載方式。
1．1 分離存儲(chǔ)映射的加載方式
    在TI公司最初推出的C6000 DSP中，程序與數(shù)據(jù)空間采用分離的存儲(chǔ)映射方式，代表芯片為C6201和C6701。在這種方式下，程序空間與數(shù)據(jù)空間是分離的，片內(nèi)程序空間只能在第一次加載時(shí)被寫(xiě)入；而在二次加載的過(guò)程中，只能對(duì)片內(nèi)數(shù)據(jù)空間或外部存儲(chǔ)空間進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。而且運(yùn)行第一次加載程序時(shí)，就要將存放在Flash中首64 KB的數(shù)據(jù)全部搬入DSP程序空間中，而數(shù)據(jù)空間就需要二次加載來(lái)完成。二次加載的流程如圖1所示。

    從圖1中可知，采用這種加載方式存在如下問(wèn)題：
    ①對(duì)程序大小有限制，二次加載程序與主程序總和不能大于64 KB，無(wú)法完成正確的加載。
    ②加載方式較不靈活，DSP內(nèi)部的程序空間在第一加載后就無(wú)法更改，二次加載一般只能加載數(shù)據(jù)。[!--empirenews.page--]
1．2 混合存儲(chǔ)映射的加載方式
    繼推出C6201和C6701后，TI公司又推出了程序與數(shù)據(jù)空間混合存儲(chǔ)映射的DSP芯片。這種映射方式是當(dāng)前C6000 DSP的主流，典型的芯片包括C6211、C6711、DM642、C6455等。在這些芯片中，程序空間與數(shù)據(jù)空間是統(tǒng)一編址的，程序與數(shù)據(jù)可以混放。在加載時(shí)，不論一次加載還是二次加載，均能訪(fǎng)問(wèn)DSP片內(nèi)任意的存儲(chǔ)空間。第一次加載程序首先將存放在Flash中首1 KB的數(shù)據(jù)搬入DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器，然后運(yùn)行二次加載程序，將后續(xù)的程序或數(shù)據(jù)搬入DSP片上存儲(chǔ)器。加載的流程如圖2所示。

    在該模式下，二次加載程序能夠訪(fǎng)問(wèn)任意的DSP內(nèi)部地址，突破了被加載程序長(zhǎng)度的限制，具有更高的靈活性，因此TI公司后續(xù)的C6000芯片中均采用了該加載方式。

2 通用的二次加載方法
    由于內(nèi)部存儲(chǔ)映射方式的不同，C6201、C6701與其他C6000系列DSP芯片的二次加載方式有各自的特點(diǎn)，這在工程應(yīng)用中帶來(lái)了很多不便，因此需要將這些特點(diǎn)統(tǒng)一起來(lái)，建立通用的加載方法。下面介紹兩種通用的二次加載方法：非結(jié)構(gòu)化的加載方式和結(jié)構(gòu)化的加載方式，分別對(duì)應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。
2．1 非結(jié)構(gòu)化的加載方式
    非結(jié)構(gòu)化的加載方式是指在加載時(shí)直接將Flash中的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到DSP中，而不對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。該方法非常簡(jiǎn)單，適合程序空間不大于DSP內(nèi)部存儲(chǔ)空間的應(yīng)用場(chǎng)合。
    在生成可燒寫(xiě)到Flash中的文件時(shí)，首先將可執(zhí)行文件通過(guò)調(diào)試接口下載到DSP內(nèi)部(包括二次加載程序)，然后將DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)完全導(dǎo)出(內(nèi)部存儲(chǔ)器大小)。如果是C6201或C6701芯片，需要分別導(dǎo)出程序空間與數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)(分別為64 KB)；如果是其他C6000芯片，則不用區(qū)分，導(dǎo)出連續(xù)的存儲(chǔ)空間即可。然后采用轉(zhuǎn)換軟件將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制可燒寫(xiě)文件，最后將數(shù)據(jù)文件按照固定的地址燒寫(xiě)到Flash中。生成流程如圖3所示。

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    加載時(shí)，二次加載程序不解析任何數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，只將固定地址、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段加載到DSP內(nèi)部空間。具體的加載流程如圖4所示。

    該方法通用于兩種不同存儲(chǔ)映射的DSP芯片，使用前提是程序規(guī)模不超過(guò)片上存儲(chǔ)器的大小(如C6701為64 KB，C6455為2 MB)。非結(jié)構(gòu)化加載方式在生成燒寫(xiě)文件時(shí)，首先直接將DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器的內(nèi)容完全導(dǎo)出為數(shù)據(jù)文件，然后對(duì)該數(shù)據(jù)文件進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件，最后將數(shù)據(jù)文件按照固定的地址燒寫(xiě)到Flash中。
    需要注意的是，對(duì)于C6201或C6701芯片，二次加載時(shí)僅加載數(shù)據(jù)文件，而其他C6000芯片則加載程序與數(shù)據(jù)混合的文件。非結(jié)構(gòu)化的加載方式浪費(fèi)了大量的空間，例如當(dāng)程序與數(shù)據(jù)并沒(méi)有使用DSP所有的內(nèi)部空間時(shí)，仍然使用最大程序空間來(lái)生成燒寫(xiě)文件。
2．2 結(jié)構(gòu)化的加載方式
    結(jié)構(gòu)化加載方式是指在生成燒寫(xiě)文件的過(guò)程中對(duì)程序中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)并添加結(jié)構(gòu)，形成多個(gè)數(shù)據(jù)段，然后通過(guò)分析這些結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)段進(jìn)行加載。具體方法為：在生成燒寫(xiě)文件時(shí)采用TI公司提供的燒寫(xiě)文件生成工具h(yuǎn)ex6x．exe，將程序編譯后生成的．out文件轉(zhuǎn)換為相
應(yīng)的結(jié)構(gòu)化可燒寫(xiě)文件。生成過(guò)程如圖5所示。在生成的結(jié)構(gòu)化文件中主要包含了主程序入口、每個(gè)程序段的目標(biāo)地址、長(zhǎng)度以及結(jié)束標(biāo)志等內(nèi)容。加載流程如下：

    ①上電時(shí)，DSP通過(guò)EMIF接口將二次加載程序讀入芯片內(nèi)部；
    ②運(yùn)行二次加載程序，對(duì)DSP的EMIF接口進(jìn)行配置；
    ③解析Flash中結(jié)構(gòu)化的程序數(shù)據(jù)，將主程序入口地址進(jìn)行暫存；
    ④對(duì)數(shù)據(jù)段i(i=1，2，…，n)進(jìn)行解析，首先獲取數(shù)據(jù)段在DSP中的目的地址和數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，然后從Flash中讀取數(shù)據(jù)段內(nèi)容，最后將數(shù)據(jù)段內(nèi)容載入DSP中對(duì)應(yīng)地址。
    ⑤循環(huán)執(zhí)行步驟④，直到遇到結(jié)束標(biāo)志為止。[!--empirenews.page--]
    ⑥讀取暫存的主程序入口地址，二次加載程序跳轉(zhuǎn)到該地址，完成加載。
    結(jié)構(gòu)化方式的加載過(guò)程如圖6所示。

    該方法對(duì)兩種不同存儲(chǔ)映射的DSP芯片通用，能夠?qū)⒊绦蚨位驍?shù)據(jù)段放置于DSP存儲(chǔ)資源的任何位置，不區(qū)分片內(nèi)或片外存儲(chǔ)，同時(shí)沒(méi)有程序段大小的限制；而且，在采用結(jié)構(gòu)化的加載方式后，燒寫(xiě)文件的大小能夠預(yù)先確定，從而有效利用Flash的存儲(chǔ)空間。因此，采用結(jié)構(gòu)化的加載方法具有良好的靈活性和擴(kuò)展性，是二次加載的首選方法。
    需要注意的是，該方法不能用于C6201和C6701的片內(nèi)程序加載(因?yàn)檫@些芯片上的程序空間在一次加載后無(wú)法更改)，但是適用于放置于外部SRAM或SDRAM中的程序加載。

結(jié)語(yǔ)
    本文首先對(duì)C6000系列DSP芯片的二次加載方式進(jìn)行了分析，指出了各種DSP芯片在二次加載時(shí)的特點(diǎn)與異同；然后從通用的角度出發(fā)，提出了非結(jié)構(gòu)化的加載方式和結(jié)構(gòu)化的加載方式，并介紹了這兩種加載方法的特點(diǎn)與適用范圍。本文提出的方法能夠解決一大類(lèi)C6000系列DSP芯片的二次加載問(wèn)題，具有較高的工程價(jià)值。