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)過程如下：
1) DSP復(fù)位后，通過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，仿真過程中可以直接加載COFF文件運(yùn)行。但當(dāng)調(diào)試仿真通過后，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
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。
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