TMS320F28xx DSP中內(nèi)部Flash的應(yīng)用研究

1  前言

    TMS320F28xx DSP片內(nèi)有128 K×16 bit字的Flash、兩塊4 K x16bit字的單周期訪問(wèn)RAM(SARAM)LO和L1、一塊8 Kxl6 bit字的單周期訪問(wèn)RAM(SARAM)HO、兩塊1 Kxl6 bit字的單周期訪問(wèn)RAM(SARAM)M0和M1。由于存儲(chǔ)器種類多、容量大，所以從系統(tǒng)的高度來(lái)配置各個(gè)存儲(chǔ)器必須有合適的方法，而這些方法一般都與片內(nèi)Flash有關(guān)。另外，TMS320F28xx DSP片內(nèi)有看門狗定時(shí)器模塊(WDT)、引導(dǎo)ROM(ROM bootloader)模塊、代碼安全模塊(CSM)，要合理地使用這些模塊為整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)，必定也要用到Flash。

    由此可以看出，F(xiàn)lash的地位和作用比較顯著．所以本文就Flash的幾種用法作了研究。

2　從Flash拷貝段到RAM

2．1拷貝中斷向量

    在TMS320F28xx器件中，外設(shè)擴(kuò)展中斷(PIE)模塊管理中斷請(qǐng)求。上電時(shí)，所有中斷向量必須位于非易失性存儲(chǔ)器(如Flash)中，但是要把中斷向量拷貝到PIEVECT RAM中，這是用戶代碼中器件初始化程序的一部分。PIEVECT RAM是一個(gè)特定的RAM塊，它在當(dāng)前TMS320F28xx器件中是一個(gè)256×16的塊．在數(shù)據(jù)空間中的起始地址為Ox000D00。

    把中斷向量連接到Flash，然后在運(yùn)行時(shí)把中斷向量拷貝到PIEVECT RAM中，有許多方法可以實(shí)現(xiàn)。一個(gè)方法是創(chuàng)建包含函數(shù)指針的常量C結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體包括128個(gè)32-bit向量。如果使用DSP281x或者DSP280x外設(shè)的結(jié)構(gòu)體．這個(gè)結(jié)構(gòu)體叫做PieVectTableInit，它已經(jīng)在DSP281x_PieVect．c或者DSP280x_PieVect.c創(chuàng)建(參看TI提供的例程)。因?yàn)檫@個(gè)結(jié)構(gòu)體使用const類型關(guān)鍵詞，所以它將會(huì)被編譯器放置在.econst段中。運(yùn)行時(shí)只需要把這個(gè)結(jié)構(gòu)體拷貝到PIEVECT RAM中。C編譯器運(yùn)行時(shí)支持庫(kù)包含名為memcpy的存儲(chǔ)器拷貝函數(shù)，該函數(shù)可以被用來(lái)完成拷貝任務(wù)，其用法如下所示：

    以上這個(gè)例子為PIE RAM起始地址使用的硬編碼地址(hard coded address)，明確指定為0x000D00。但是硬編碼地址并不是較好的編程方式，用戶可以使用DATA_SECTION指令創(chuàng)建一個(gè)非初始化的假變量(dummy variable)，并把這個(gè)變量連接到PIE RAM．然后用這個(gè)假變量的名字來(lái)代替硬編碼地址。例如，當(dāng)使用DSP281x或者DSP280x外設(shè)結(jié)構(gòu)體時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)名為PieVectTable的非初始化結(jié)構(gòu)體，并把該結(jié)構(gòu)體連接到PIEVECT RAM。前面例子中的memcpy()函數(shù)可以被替換為：

    memcpy(&PieVectTable,&PieVectTableInit，256)；

    注意拷貝長(zhǎng)度是256個(gè)16-bit字．對(duì)應(yīng)為128個(gè)32-bit字。

2．2初始化Flash控制寄存器

    Flash控制寄存器FOPT、FPWR、：FSTDBY-WAIT、FACTIVEWAIT、FBANKWAIT、FOTPWAIT的初始化代碼不能從Flash存儲(chǔ)器當(dāng)中運(yùn)行．否則就會(huì)有不可預(yù)料的結(jié)果出現(xiàn)。所以，F(xiàn)lash控制寄存器的初始化函數(shù)在運(yùn)行時(shí)必須從Flash(它的裝載地址)拷貝到RAM(它的運(yùn)行地址)。

    Flash控制寄存器由Code Security Module(CSM)保護(hù)。如果CSM被保護(hù)起來(lái)了，那么必須從被保護(hù)的RAM(例如：L0或者L1 SARAM)運(yùn)行Flash控制寄存器的初始化代碼，否則Flash控制寄存器的初始化代碼無(wú)法訪問(wèn)Flash控制寄存器。要注意的是，當(dāng)器件復(fù)位的時(shí)候CSM一般都是被保護(hù)起來(lái)的，雖然使用假密碼0xFFFF時(shí)ROM BOOTLOAD-ER會(huì)把它解鎖。

    C編譯器的CODE_SECTION指令可以用來(lái)為Flash控制寄存器的初始化函數(shù)創(chuàng)建獨(dú)立的可連接段。例如：假定Flash控制寄存器的配置在C函數(shù)InitFlash()中實(shí)現(xiàn)，并且想把這個(gè)函數(shù)放置在名為secureRamFuncs的可連接段當(dāng)中。下列的C代碼例程顯示了CODE_SECTION命令在Flash存儲(chǔ)器配置中的正確用法：

    secureRamFuncs段可以使用用戶連接命令文件(.cmd)進(jìn)行連接。這個(gè)段需要獨(dú)立的裝載和運(yùn)行地址。另外，還想讓連接器生成一些全局符號(hào)，這些全局符號(hào)可以用來(lái)決定裝載地址、運(yùn)行地址、段長(zhǎng)度。在實(shí)現(xiàn)把這個(gè)段從裝載地址拷貝到它的運(yùn)行地址時(shí)需要這些信息。用戶連接命令文件如下所示：

    在這個(gè)例子中，假定存儲(chǔ)器Flash和SECURE_RAM都已經(jīng)在用戶連接命令文件中的MEMORY段中定義。這些存儲(chǔ)器的PAGE標(biāo)識(shí)符要與它們的存儲(chǔ)器定義相匹配。在上面的例程中假定兩個(gè)存儲(chǔ)空間都已經(jīng)在PAGE 0(程序存儲(chǔ)空間)中聲明過(guò)了。RUN_START、LOAD_START、LOAD_END指令將生成全局符號(hào)，這些全局符號(hào)有特定的名稱，對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的地址。最后，這個(gè)段必須在運(yùn)行時(shí)從Flash拷貝到RAM，可以用到編譯器運(yùn)行支持庫(kù)里面的函數(shù)memcpy()。
 

2．3性能最優(yōu)化

    常數(shù)是那些用C語(yǔ)言的const類型關(guān)鍵詞聲明的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。編譯器把所有的常數(shù)放置在.econst段中(假定為大存儲(chǔ)模式)。當(dāng)前TMS320F28xx器件上的特殊管道(special pipelining)提高Flash上運(yùn)行代碼的性能時(shí)．每次訪問(wèn)位于片上Flash中的數(shù)據(jù)常數(shù)會(huì)占用許多周期。特別是在150 MHz TMS320F281x DSP上Flash等待狀態(tài)要達(dá)到5個(gè)周期．100 MHz TMS320F280x DSP達(dá)到3個(gè)周期。所以，訪問(wèn)片上RAM中的常數(shù)與常數(shù)表則成為沉重的負(fù)擔(dān)。然而，分立式嵌入式系統(tǒng)要求所有的初始化數(shù)據(jù)(如常數(shù))最初都是位于非易失性存儲(chǔ)器中，所以,必須為想訪問(wèn)的RAM中的常數(shù)建立獨(dú)立的裝載和運(yùn)行地址．在運(yùn)行時(shí)把這些常數(shù)從片上Flash中拷貝到RAM中。這里介紹兩種不同的實(shí)現(xiàn)方法。

方法一：在RAM中運(yùn)行所有的常數(shù)陣列。

    這種方法是為整個(gè).econst段指定獨(dú)立的裝載和運(yùn)行地址。其好處是容易使用，而壞處是RAM的使用量非常大(可能只有少量常數(shù)需要快速訪問(wèn)，但是用這種方法所有的常數(shù)都位于RAM)。

    在用戶連接命令文件中簡(jiǎn)單地為整個(gè).econst段指定獨(dú)立的裝載和運(yùn)行地址，然后在運(yùn)行時(shí)通過(guò)拷貝整個(gè).econst段的方式往工程中添加代碼。例如：
 

方法二：在RAM中運(yùn)行特定的常數(shù)陣列。

    這種方法是在運(yùn)行時(shí)有選擇性地從Flash拷貝常數(shù)到RAM。與方法一相似，這個(gè)流程能夠完成預(yù)期功能，不同點(diǎn)是只有在命名段中被選擇了的常數(shù)才會(huì)被拷貝到RAM中(而不是把所有的常數(shù)都拷貝到RAM中)。

    假定想創(chuàng)建在RAM中運(yùn)行的5個(gè)字的常數(shù)陣列，并命名為table[]。DATA_SECTION指令用來(lái)把table[]放置在名為ramconsts的用戶自定義段中。相應(yīng)的C源程序如下所示：
 
    使用用戶連接命令文件連接ramconsts段，裝載到Flash而從RAM中運(yùn)行，生成全局符號(hào)來(lái)幫助存儲(chǔ)器拷貝。用戶連接命令文件如下所示：
 
    最后，在運(yùn)行時(shí)必須把table[]從裝載地址拷貝到運(yùn)行地址：
 

3 CSM密碼的編程

    TMS320F28xx器件上的代碼安全模塊CSM提供了保護(hù),防止非法的程序拷貝。在當(dāng)前的TMS320F28xx器件中，整個(gè)Flash、OTP存儲(chǔ)器，LO和L1都被CSM保護(hù)(Flash配置寄存器同樣被保護(hù))。當(dāng)器件被保護(hù)的時(shí)候，只有從被保護(hù)的存儲(chǔ)空間運(yùn)行的代碼可以訪問(wèn)(讀或?qū)?其他被保護(hù)存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)。從非保護(hù)的存儲(chǔ)空間運(yùn)行的代碼不可以訪問(wèn)被保護(hù)存儲(chǔ)空間中的數(shù)據(jù)。

    CSM使用128-bit密碼組成8個(gè)單獨(dú)的16-bit字。在當(dāng)前的TMS320F28xx器件上，這些密碼被存儲(chǔ)在Flash的最高8個(gè)字中(如地址：Ox3F7FF8-Ox3F7FFF)。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，建議在密碼位置放入假密碼0xFFFF。使用假密碼時(shí)，對(duì)CSM解保護(hù)只需假讀密碼位置。把假密碼放在密碼位置是很容易的．因?yàn)樵贔lash編程過(guò)程中．Flash被清除后這些位置的狀態(tài)將會(huì)是0xFFFF。用戶只需要在自己的代碼工程中避免連接任何段到密碼地址，密碼將保持為OxFFFF。

    在開(kāi)發(fā)完成以后．可能想把真正的密碼放在密碼位置中。另外，為了正確地保護(hù)CSM模塊，當(dāng)前TMS320F28xx器件上的CSM模塊需要編寫值Ox0000到Flash的地址0x3F7F80-Ox3F7FF5。完成這兩個(gè)任務(wù)的最簡(jiǎn)單的方法是用少量匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。下面是一個(gè)匯編代碼例子，這個(gè)例子指定了想要的密碼值，并且把它們放在一個(gè)名為pass-words的初始化段中。另外創(chuàng)建了一個(gè)名為csm_rsvd的初始化段，這個(gè)段的值全部是0x0000．并且這個(gè)段有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度以適合地址Ox3F7F80-0x3F7FF5。注意，這個(gè)例子顯示的是假密碼值0xFFFF．用戶可以用自己的密碼代替這些假密碼。
 

    在這里必須警告用戶：不要把8個(gè)密碼的值全部設(shè)為Ox0000，這樣做會(huì)永久地鎖定CSM模塊!passwords和CSB_rsvd段要由用戶連接命令文件放置在存儲(chǔ)器中。下面的例子適用于當(dāng)前TMS320F28xx器件(對(duì)于其他器件，請(qǐng)參考器件數(shù)據(jù)手冊(cè)以確定密碼和CSM保留位置的地址)。
 

4 在DSP復(fù)位以后從Flash運(yùn)行代碼

    TMS320F28xx具有引導(dǎo)ROM(ROM bootloader)，器件復(fù)位以后ROM bootloader能把代碼運(yùn)行轉(zhuǎn)到Flash中。當(dāng)引導(dǎo)模式選擇引腳被配置為"跳轉(zhuǎn)到Flash"時(shí)．ROM bootloader將跳轉(zhuǎn)到Flash中位于地址Ox3F7FF6處的指令。用戶需要在這個(gè)地址上安排一條指令，這條指令跳轉(zhuǎn)到用戶代碼。由于CSM密碼從地址Ox3F7FF8開(kāi)始，所以剛好有2個(gè)字可用于存放這個(gè)跳轉(zhuǎn)指令。并非巧合的是，長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令(在匯編代碼中為L(zhǎng)B)剛好占用2個(gè)字。

    一般情況下,跳轉(zhuǎn)指令將會(huì)跳轉(zhuǎn)到C編譯器運(yùn)行支持庫(kù)中C環(huán)境初始化程序的起始位置。這個(gè)程序的人口標(biāo)號(hào)是_c_int00。在這個(gè)程序沒(méi)有運(yùn)行的時(shí)候C代碼就不能運(yùn)行。同樣地，有時(shí)候在開(kāi)始運(yùn)行用戶的C應(yīng)用程序之前需要執(zhí)行少量的匯編代碼(例如：禁止看門狗時(shí)鐘外設(shè))。這樣，跳轉(zhuǎn)指令需要跳轉(zhuǎn)到用戶匯編代碼的起始位置,需要在Flash中正確定位跳轉(zhuǎn)指令。能達(dá)到這個(gè)目的的最簡(jiǎn)單的方法是使用匯編代碼。在下面的例子中．創(chuàng)建了一個(gè)名為Codestart的已命名初始化段．這個(gè)段包含了一個(gè)長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)．可以跳轉(zhuǎn)到C環(huán)境初始化程序。需要用用戶連接命令文件把codestart段放置在存儲(chǔ)器中。
 
    用戶須在用戶連接命令文件MEMORY部分的PAGE 0上定義一個(gè)名為BEGIN_Flash的存儲(chǔ)器塊。Codestart段將被連接到這個(gè)存儲(chǔ)器塊。下面的例子針對(duì)當(dāng)前TMS320F28xx器件．對(duì)于其他的器件，參考相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊(cè)以確認(rèn)Flash目標(biāo)地址的引導(dǎo)。
 

5 C環(huán)境引導(dǎo)時(shí)禁止看門狗計(jì)時(shí)

    C編譯器運(yùn)行時(shí)支持庫(kù)中的C環(huán)境初始化函數(shù)是_c_int00，它完成全局和靜態(tài)變量的初始化。包括為每個(gè)初始化全局變量把數(shù)據(jù)從.cinit段(位于片上Flash存儲(chǔ)器)拷貝到.ebss段(位于RAM)。例如，當(dāng)一個(gè)全局變量在源代碼中聲明為：

    int x=5;

    "5"被放置在初始化段.cinit,而符號(hào)"x"被放置在．ebss段。然后，_c_int00程序在運(yùn)行時(shí)把"5"拷貝到"x"的位置。當(dāng)軟件中有初始化全局和靜態(tài)變量的大量數(shù)值時(shí)。在C環(huán)境引導(dǎo)程序完成并且調(diào)用main()(這里看門狗可以被配置或被禁止)函數(shù)之前看門狗定時(shí)器會(huì)超時(shí)。在代碼開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，這個(gè)問(wèn)題可能不會(huì)在RAM中顯現(xiàn)出來(lái)，因?yàn)閺模甤init段拷貝的數(shù)據(jù)被連接到RAM后會(huì)非?？焖俚剡\(yùn)行。然而，當(dāng)．cinit段連接到內(nèi)部Flash時(shí)。拷貝每個(gè)數(shù)據(jù)將會(huì)耗費(fèi)大量的周期。因?yàn)閮?nèi)部Flash存儲(chǔ)器缺省為最大等待狀態(tài)(等待狀態(tài)僅在用戶代碼運(yùn)行到main()后才會(huì)被配置)。另外。代碼從Flash中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝．這又會(huì)增加完成數(shù)據(jù)拷貝需要的時(shí)間(代碼取指和數(shù)據(jù)讀肯定會(huì)訪問(wèn)Flash)?？撮T狗超時(shí)周期缺省到盡可能的最小值．結(jié)合這么一個(gè)事實(shí)，看門狗超時(shí)變成真實(shí)的可能性。有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法使用CCS來(lái)檢測(cè)看門狗超時(shí)，步驟如下：

    (1)為已經(jīng)寫入Flash的代碼裝載符號(hào)(單擊File→Load Symbols→Load Symbols Only)

    (2)復(fù)位DSP(單擊Debug→Reset CPU)。

    (3)重新開(kāi)始DSP(單擊Debug→Restart)。如果bootloader被設(shè)置為"Jump to Flash"．那么無(wú)需進(jìn)行這一步。

    (4)運(yùn)行到main()(單擊Debug→Go_Main)。如果沒(méi)有到達(dá)main()，那么在C環(huán)境初始化程序完成之前看門狗很有可能已經(jīng)溢出。

    解決看門狗超時(shí)問(wèn)題最簡(jiǎn)單的辦法就是在開(kāi)始C環(huán)境初始化程序之前禁止看門狗。在main()到達(dá)之后重新使能看門狗，并且開(kāi)始正常的代碼執(zhí)行流程。通過(guò)將WDCR寄存器中的WDDIS位設(shè)置為1來(lái)禁止看門狗。必須使用匯編代碼(因?yàn)镃環(huán)境還沒(méi)有建立)。在上文中，Codestart匯編代碼段實(shí)現(xiàn)了能跳轉(zhuǎn)到C環(huán)境初始化程序_c_int00的跳轉(zhuǎn)指令。為了禁止看門狗，這個(gè)跳轉(zhuǎn)要變?yōu)樘D(zhuǎn)到看門狗禁止代碼。此看門狗代碼然后又跳轉(zhuǎn)到_c_int00的程序。下面的代碼例子實(shí)現(xiàn)了這些功能：
 

 

6　結(jié)束語(yǔ)

    文中列舉的Flash的這幾種用法，在CCS中編程下載到TMS320F28xx DSP開(kāi)發(fā)板上，并通過(guò)運(yùn)行程序驗(yàn)證了其正確性。Flash的這幾種用法可以作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的參考，有助于復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。