DSP56362的雙引導(dǎo)裝載方法研究與實現(xiàn)
關(guān)鍵詞:DSP56362;Bootstrap;雙引導(dǎo)模式;命令字序列
1 引言
在脫機運行的DSP系統(tǒng)中,用戶代碼往往都需要在上電后自動裝載運行。目前,大多數(shù)的DSP內(nèi)部都有固化的引導(dǎo)裝載(Bootload)程序,它能在系統(tǒng)加電時,自動將一段存儲在外部非易失性存儲器中的程序代碼移植到內(nèi)部的高速存儲器單元中去執(zhí)行。采用這種方式,既可利用外部的存儲單元來擴展DSP本身有限的ROM資源,又充分發(fā)揮了DSP內(nèi)部資源的效能。
因為用戶代碼在一段時間內(nèi)是相對固定的,所以可以將其固化在非易失性存貯器中。而如果將代碼掩膜到DSP內(nèi)部ROM中去?一方面要受到容量以及價格的限制,另一方面,系統(tǒng)代碼升級也不是很靈活方便。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器,其單位存儲比特的價格比傳統(tǒng)的EPROM要低,十分適合低功耗、小尺寸和高性能的脫機系統(tǒng)。此外,除了可以采用專用的硬件編程器把程序代碼燒入FLASH中之外,也可以直接利用DSP通過軟件編程來實現(xiàn)。本文論述的正是如何通過DSP軟件編程來實現(xiàn)對FLASH的讀寫操作,同時介紹了系統(tǒng)雙引導(dǎo)裝載方案的實現(xiàn)方法。
2 系統(tǒng)描述
本系統(tǒng)是基于MOTOROLA公司DSP56362芯片構(gòu)建的數(shù)字音效處理系統(tǒng)中的一部分,整個數(shù)字音效處理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
DSP56362是一款24位通用定點數(shù)字信號處理器。它采用高性能單時鐘指令周期的DSP56300內(nèi)核和Motorola Symphony DSP的音頻處理性能相結(jié)合的方法來實現(xiàn)?具有運算速度快(100MIPS)?精度高(24bit),外設(shè)接口豐富(具有增強型串行音頻接口ESAI、并行主機接口HI08、串行主機接口SHI、數(shù)字音頻接口DAX等),價格低廉等諸多優(yōu)點,特別適用于音頻處理。其24位的處理精度配合20位的A/D(PCM1800)和24位的D/A?PCM1744?使得整個系統(tǒng)具有很高的動態(tài)范圍(96dB以上)。它高達(dá)100MIPS的運算速度保證了算法處理的實時性。其增強型串行音頻接口ESAI可以很方便地與音頻A/D、D/A直接通過I2S協(xié)議進(jìn)行連接。通過8bit的并行主機接口HI08可以方便地與負(fù)責(zé)鍵盤控制和LED顯示的單片機89C51進(jìn)行通信。
FLASH選用SST公司的39LV010?其存儲容量為128k×8bit,采用3.3V供電,讀寫周期為70ns,支持塊擦除與字節(jié)編程,是一款高性價比存儲芯片。
DSP與外部FLASH的連接示意圖如圖2所示。圖中,DSP的AA1腳和FLASH的片選信號腳CE相連。
DSP56362的4個地址屬性寄存器AAR[3~0]是24位讀寫寄存器,它們的值可用于控制DSP芯片的AA[3~0]引腳的狀態(tài),當(dāng)某個AAR寄存器中的基址與外部訪問指令存取范圍相匹配時,由這個AAR定義的相應(yīng)地址空間(X數(shù)據(jù)、Y數(shù)據(jù)或程序)將被相應(yīng)的AA線選通。在本系統(tǒng)中,正是把DSP的AA1作為FLASH的片選線。AA1腳相應(yīng)的AAR1寄存器的值設(shè)為0xD00811H,當(dāng)訪問地址的高8位為11010000時,外部FLASH被選通。
通過設(shè)置DSP的總線控制寄存器BCR,可以設(shè)置訪問外部存儲器時插入的等待狀態(tài)的個數(shù)。在本系統(tǒng)中,FLASH的存取周期為70ns,為了保證FLASH的正確讀寫,一般要插入32個等待狀態(tài)。
3?。模樱校担叮常叮驳囊龑?dǎo)過程
在DSP56362內(nèi)部的0xFF0000H-0xFF00BFH地址范圍內(nèi)有Motorola定制的24位192字的Bootstrap ROM。該ROM內(nèi)的Bootstrap引導(dǎo)程序可以通過用戶設(shè)置的DSP引導(dǎo)模式信號線,將用戶程序從外部的8位EPROM、EEPROM、FLASH、 SHI接口或者HDI接口引導(dǎo)到DSP內(nèi)部的高速RAM中全速運行。
當(dāng)DSP56362硬件復(fù)位后,它將首先采樣外部的MODA、MODB、MODC和MODD信號線,并將它們的狀態(tài)寫入工作模式寄存器OMR?Operating Mode Reg-ister?的MA、MB、MC和MD位,然后使程序指針指向0xFF0000H去執(zhí)行Bootstrap引導(dǎo)程序,Bootstrap引導(dǎo)程序通過對OMR的MA、MB、MC和MD位進(jìn)行判斷來決定選擇哪種引導(dǎo)模式。主要的引導(dǎo)模式如表1所列。
表1 DSP56362 Bootstrap的引導(dǎo)模式
MODD | MODC | MODB | MODA |
描 述 |
0 | 0 | 0 | 1 | 從字節(jié)存儲器引導(dǎo) |
0 | 0 | 1 | 0 | 跳轉(zhuǎn)到程序ROM起始地址 |
0 | 1 | 0 | 1 | 從串行主機接口SHI引導(dǎo)(SPI從模式) |
0 | 1 | 1 | 0 | 從串行主機接口SHI引導(dǎo)(I2C從模式,時鐘靜止使能) |
0 | 1 | 1 | 1 | 從串行主機接口SHI引導(dǎo)(I2C從模式,時鐘靜止關(guān)閉) |
1 | 0 | 0 | 1 | 內(nèi)部測試保留 |
1 | 1 | 0 | 0 | 從并行主機接口HDI08引導(dǎo)(ISA模式) |
1 | 1 | 0 | 1 | 從并行主機接口HDI08引導(dǎo)(HC11非復(fù)用模式) |
1 | 1 | 1 | 0 | 從并行主機接口HDI08引導(dǎo)(8051復(fù)用總線模式) |
1 | 1 | 1 | 1 | 從并行主機接口HDI08引導(dǎo)(68302總線模式) |
在本系統(tǒng)中,由于程序保存在外部的FLASH里,所以采用的引導(dǎo)模式為第一種?即從字節(jié)存儲器引導(dǎo)。在這種模式下?Bootstrap程序?qū)牡刂罚埃模埃埃埃埃埃忍庨_始加載外部數(shù)據(jù),并采用以下數(shù)據(jù)格式從外部接口下載用戶的系統(tǒng)程序:
(1) 最開始的3個字節(jié)用于定義系統(tǒng)程序的總字?jǐn)?shù)(24位)。
(2) 接著的3個字節(jié)用于定義系統(tǒng)程序下載到DSP56362程序存儲器的目的地址。
(3) 其余是用戶的系統(tǒng)程序(每個24位的字由三個字節(jié)組成),這些程序?qū)⒋鎯υ冢模樱谐绦虼鎯ζ鲀?nèi)連續(xù)的地址空間里。
Bootstrap引導(dǎo)程序要求系統(tǒng)程序在外部FLASH中以地位字節(jié)(LSB)在前的順序排列每個24位字的3個字節(jié)。DSP的引導(dǎo)程序一旦完成數(shù)據(jù)的下載,將馬上跳轉(zhuǎn)到內(nèi)部程序存儲器的起始目的地址開始運行用戶的系統(tǒng)程序。
4 雙引導(dǎo)裝載方法
4.1 DSP56362的片內(nèi)內(nèi)存分配
DSP56362采用增強型哈佛結(jié)構(gòu),片內(nèi)空間可分為程序空間、X數(shù)據(jù)空間、Y數(shù)據(jù)空間,每個空間都有一套獨立的24位地址總線和數(shù)據(jù)總線。在缺省情況下,DSP片內(nèi)的RAM分配情況為:3kB程序RAM、5.5kB X數(shù)據(jù)RAM和5.5kB Y數(shù)據(jù)RAM。通過設(shè)置內(nèi)存切換模式(MS=1)可以將2kB的Y數(shù)據(jù)RAM映射到程序RAM中,此時的片內(nèi)RAM分配為:5kB程序RAM、5.5kB X數(shù)據(jù)RAM和3.5kB Y數(shù)據(jù)RAM??紤]到本系統(tǒng)對程序空間的需求量較大,而數(shù)據(jù)RAM相對較多,且系統(tǒng)對內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM的需求并不是很大,因此,將DSP設(shè)置成內(nèi)存切換模式比較好。DSP56362在內(nèi)存切換模式下(MS=1)的內(nèi)存映像圖如圖3所示。
4.2 直接使用Bootstrap引導(dǎo)程序的問題
DSP的內(nèi)存切換模式需要通過軟件指令對OMR寄存器進(jìn)行設(shè)置來實現(xiàn)。由于只有在該指令執(zhí)行后才能生效,這樣就產(chǎn)生了一個矛盾。因為若在系統(tǒng)程序開始時將DSP設(shè)置為內(nèi)存切換模式,那么,往往希望DSP能裝載5kB的程序指令,但是,DSP的Bootstrap引導(dǎo)程序是在系統(tǒng)復(fù)位后立即執(zhí)行的,此時DSP處于缺省(MS=0)狀態(tài),程序RAM只有3kB,如果此時外部的指令代碼的大小超過了這個限制,引導(dǎo)程序就不能把它們加載進(jìn)去,而當(dāng)這條設(shè)置指令生效時,雖然DSP的程序空間又增加了2kB,但是引導(dǎo)程序已經(jīng)結(jié)束,因而這2kB的程序空間實際上沒有被利用。
另外,從DSP的Bootstrap程序流程可以看出,這個引導(dǎo)程序只能將系統(tǒng)的程序代碼數(shù)據(jù)加載到DSP內(nèi)部的程序RAM,而不能將數(shù)據(jù)加載到DSP內(nèi)部的X數(shù)據(jù)RAM、Y數(shù)據(jù)RAM,這樣,那些需要在數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)定義常數(shù)的程序?qū)o法正常運行。
4.3 雙引導(dǎo)模式
為了解決以上問題,本文提出了一種雙引導(dǎo)模式。具體思路是:在系統(tǒng)程序的開始處,設(shè)計一個用戶自己的引導(dǎo)模塊,用這個模塊先對DSP內(nèi)部的OMR寄存器進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存切換設(shè)置,以使DSP內(nèi)部的程序RAM擴大為5kB。然后參照DSP的Boot-strap引導(dǎo)程序分別對系統(tǒng)的X、Y及P區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加載。同時在將程序燒錄到FLASH時采用地址隔離的方式將引導(dǎo)模塊與系統(tǒng)程序分開存放,引導(dǎo)模塊作為一段獨立的程序放在首地址為0xD00000H的存儲區(qū)。于是,對于DSP的Bootstrap引導(dǎo)程序來說,它需要引導(dǎo)的不是整個系統(tǒng)程序,而僅僅是這個引導(dǎo)模塊,另外加載完這個模塊后就立即跳轉(zhuǎn)到內(nèi)部程序RAM中執(zhí)行,此時引導(dǎo)模塊已獲得CPU控制權(quán),它在完成內(nèi)存切換后將繼續(xù)引導(dǎo)系統(tǒng)程序的其他部分。采用這種兩次引導(dǎo)的方法,不但使X、Y區(qū)的數(shù)據(jù)可以按照程序的要求進(jìn)行初始化,而且DSP的程序指令空間可以預(yù)先設(shè)置成5kB,從而非常巧妙地達(dá)到了系統(tǒng)的要求。該雙引導(dǎo)模式的引導(dǎo)模塊程序流程如圖4所示。
5?。疲粒蹋樱鹊牟脸妥x寫
為了使系統(tǒng)能夠脫機運行,應(yīng)當(dāng)把系統(tǒng)程序燒錄到外部FLASH中去。除了可以用專用的編程器把代碼燒入FLASH中外,還可以用軟件編程的方法由DSP來實現(xiàn)同樣的功能。本系統(tǒng)正是采用這種軟件編程的方法實現(xiàn)對FLASH的擦除和讀寫。
5.1 地址映射
利用DSP擦除和讀寫FLASH必然會牽涉到FLASH中的地址在DSP中的映射方式。DSP56362的內(nèi)存映像圖已在圖3中給出。本系統(tǒng)采用的是128kB的FLASH,其地址范圍為:0x000000H~0x1FFFFH。假設(shè)FLASH的起始地址0x0000H和DSP的起始地址0x000000H重合,那么FLASH中只有對應(yīng)于DSP外部空間的那部分地址空間才是DSP可見的。為了使DSP能夠訪問全部的外部FLASH空間,設(shè)計時必須進(jìn)行地址重映射。
本系統(tǒng)實際用到的FLASH的存儲容量不足64kB,也就是說,當(dāng)訪問外部FLASH時,真正起作用的地址線是A0~A15,而高位地址線A23~A16可以為任意值。因此,可以考慮給訪問地址加一個偏移量0xD00000H,以將FLASH的地址空間映射到DSP內(nèi)部X數(shù)據(jù)RAM中,映射后的地址范圍是:0xD00000H~0xD0FFFFH。重映射后的FLASH地址空間落在X數(shù)據(jù)RAM的外部保留區(qū)內(nèi),這在DSP中是可見的。
5.2 擦除和讀寫過程
在DSP將數(shù)據(jù)寫入FLASH之前,先要刪除數(shù)據(jù)所在塊,然后才能重新寫入。在擦除和寫操作之前都要執(zhí)行相應(yīng)的命令字序列,即在指定的FLASH地址處寫入指定的指令代碼,而讀操作則可以直接進(jìn)行。FLASH的擦除和寫入流程圖分別如圖5、圖6所示。在本系統(tǒng)中,由于采用了雙引導(dǎo)模式,所以首先要將引導(dǎo)程序?qū)懭耄疲蹋粒樱?,然后再分別將用戶程序的P區(qū)數(shù)據(jù)、X區(qū)數(shù)據(jù)、Y區(qū)數(shù)據(jù)寫入FLASH。
在利用DSP軟件編程進(jìn)行燒錄時,可以從目標(biāo)文件中提取出將要寫入FLASH的數(shù)據(jù),然后將這些數(shù)據(jù)打包成一個asm文件,再在燒錄程序中將這個asm文件包含進(jìn)來。接著對燒錄程序進(jìn)行編譯、鏈接,以產(chǎn)生一個目標(biāo)文件。最后,通過JTAG口將目標(biāo)文件下載到DSP中運行,這樣,DSP就會通過其外部數(shù)據(jù)線將打包好的asm文件中的數(shù)據(jù)寫入FLASH。在本系統(tǒng)中,引導(dǎo)程序和用戶程序?qū)⒎郑创螣耄疲蹋粒樱?為此要分別將引導(dǎo)程序、用戶程序P區(qū)數(shù)據(jù)、用戶程序X區(qū)數(shù)據(jù)、用戶程序Y區(qū)數(shù)據(jù)打包成asm文件。打包一個asm文件的具體步驟如下:
(1)調(diào)用MOTOROLA公司提供的ASM56300和DSPLNK程序?qū)υ次募M(jìn)行編譯、鏈接,以產(chǎn)生一個cld格式的目標(biāo)文件。
(2)調(diào)用MOTOROLA公司提供的SREC程序?qū)ⅲ悖欤涓袷降哪繕?biāo)文件轉(zhuǎn)換成MOTOROLA公司的S-RECORD文件格式,可將目標(biāo)文件中的P區(qū)數(shù)據(jù)、X區(qū)數(shù)據(jù)、Y區(qū)數(shù)據(jù)提取出來并生成3個文件,其后綴分別為p、x、y。
(3)調(diào)用Srec2bin程序?qū)ⅲ樱遥牛茫希遥母袷降奈募D(zhuǎn)換成BINARY格式的文件。
(4)調(diào)用Bin2asm程序?qū)ⅲ拢桑危粒遥俑袷降奈募D(zhuǎn)換成asm文件。這個asm文件由一系列的數(shù)據(jù)定義指令組成,定義的數(shù)據(jù)依次為系統(tǒng)程序總字節(jié)數(shù)、系統(tǒng)程序起始地址、系統(tǒng)程序?qū)?yīng)的十六進(jìn)制操作碼,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖7所示。
為了驗證上面方法是否能將引導(dǎo)程序和用戶程序的各部分代碼成功寫入到FLASH中,筆者編寫了一個測試程序作為用戶程序,該測試程序的功能是將AD輸入的音頻信號不經(jīng)任何處理直接輸出。實驗證明:系統(tǒng)脫機運行時能夠正確地運行測試程序,從而說明了系統(tǒng)引導(dǎo)裝載和FLASH燒錄的成功。
6 結(jié)束語
采用雙引導(dǎo)裝載方式可以克服Bootstrap引導(dǎo)程序不能加載X區(qū)數(shù)據(jù)和Y區(qū)數(shù)據(jù)的缺點,還可以在系統(tǒng)程序運行前將DSP設(shè)置為內(nèi)存切換模式,同時,采用軟件編程方法可以在沒有專用編程器的條件下,方便、可靠地實現(xiàn)對FLASH的擦除和讀寫。該方案具有一定的實用性和參考價值,也能夠用于其它DSP系統(tǒng)。