在仿真環(huán)境下實現(xiàn)TMS320C6000系列DSP的程序自引導(dǎo)
關(guān)鍵詞：TMS320C6000；FLASH；boot loader
開發(fā)ＤＳＰ系統(tǒng)應(yīng)用板，最終要脫離仿真器而獨立運行，這時就需要一個能在斷電后保存程序及初始化數(shù)據(jù)的存儲器。系統(tǒng)上電時，由引導(dǎo)程序?qū)ⅲ模樱械膽?yīng)用程序從該存儲器引導(dǎo)到ＤＳＰ應(yīng)用板上的高速存儲器（如內(nèi)部ＳＲＡＭ，ＳＤＲＡＭ等）中。由于ＦＬＡＳＨ具有電信號刪除功能?且刪除速度快，集成度高，因而已成為此種存儲器的首選。
將用戶程序代碼寫入ＦＬＡＳＨ的方法有兩種：第一種是用專門的ＦＬＡＳＨ編程器實現(xiàn)，第二種是通過系統(tǒng)微處理器與ＦＬＡＳＨ的接口來實現(xiàn)。第一種方法的主要優(yōu)點是使用方便可靠，但要求ＦＬＡＳＨ只能是雙列直插等一些可插拔的封裝形式，由于芯片制造工藝的提高，芯片的集成度越來越高，ＦＬＡＳＨ正向小型化、貼片式發(fā)展，從而使表面貼裝或ＰＬＣＣ封裝的ＦＬＡＳＨ難以利用編程器編程。第二種方法克服了第一種方法的缺點，且使用靈活，因而在ＤＳＰ系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。
由于ＦＬＡＳＨ的存取速度較慢，寫入ＦＬＡＳＨ的程序?qū)⒃谙到y(tǒng)上電時被ＤＳＰ裝載到快速的存儲器中運行，這個過程稱為ｂｏｏｔ ｌｏａｄｅｒ。不同的ＤＳＰ有不同的引導(dǎo)方式，本文將以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３為例來介紹ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列的ｂｏｏｔ ｌｏａｄｅｒ方式。
１?。疲蹋粒樱鹊墓ぷ鞣绞郊霸谙到y(tǒng)編程
目前，市場上的ＦＬＡＳＨ型號很多，但工作方式大體相同，下面以ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ為例進行介紹。
１．１ ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ ＦＬＡＳＨ存儲器簡介
ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ是ＡＭＤ公司生產(chǎn)的２Ｍ×８ｂｉｔ／１Ｍ×１６ｂｉｔ ＦＬＡＳＨ存儲器，它的數(shù)據(jù)寬度為８位、１６位可選，采用３．３Ｖ供電，完全兼容ＪＥＤＥＣ標準，并支持在系統(tǒng)編程，用戶只需向其內(nèi)部的命令寄存器寫入命令序列即可實現(xiàn)部分擦除、全部擦除、數(shù)據(jù)寫入等功能；同時可提供硬件和軟件方法來檢查ＦＬＡＳＨ的操作執(zhí)行情況。
圖1
１．２ 編程方法
對ＦＬＡＳＨ的在系統(tǒng)編程就是通過一定的編程命令序列來控制ＦＬＡＳＨ的工作方式，這些命令序列是一些特定字符的組合，只要向ＦＬＡＳＨ中的特定寄存器以特定的順序輸入這些字符即可進入相應(yīng)的編程模式。ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ中的主要命令序列和寫入地址如圖１所示。具體說明如下：
●復(fù)位命令序列：對ＦＬＡＳＨ中任一地址寫入“Ｆ０”，即可實現(xiàn)復(fù)位。
● 自動選擇模式：此模式主要用于編程器編程時，由編程器根據(jù)從數(shù)據(jù)線ＤＱ７～ＤＱ０讀出的識別碼自動配置編程邏輯，當然也可以通過命令序列在在系統(tǒng)情況下將自動選擇碼讀出。
●編程命令序列：程序可以以字節(jié)方式或字方式寫入，這主要根據(jù)ＦＬＡＳＨ外部引腳ＢＹＴＥ的狀態(tài)而定。
●芯片擦除命令序列：ＦＬＡＳＨ編程時應(yīng)先執(zhí)行擦除命令，這是因為編程指令只能將數(shù)據(jù)由１變?yōu)椋埃粗畡t不行。
● 扇區(qū)擦除命令序列：為了編程方便及保護有用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)擦除可以只擦除某些無用的扇區(qū)。
● 擦除暫停和恢復(fù)命令序列：這個命令序列只在進行扇區(qū)擦除時有效，它允許編程者中斷一個扇區(qū)的擦除操作，接著從沒有被擦除的扇區(qū)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。
●寫入命令：也分為字節(jié)模式和字模式，分別對應(yīng)ＦＬＡＳＨ的８位和１６位工作方式，具體為哪種模式,可由ＦＬＡＳＨ的ＢＹＴＥ腳的輸入來決定，低電平為字節(jié)模式，高電平為字模式。
在對ＦＬＡＳＨ進行編程時，ＦＬＡＳＨ提供硬件和軟件機制來獲得ＦＬＡＳＨ的狀態(tài)，以確定數(shù)據(jù)寫入或擦除操作是否完成。硬件方法主要是利用ＦＬＡＳＨ的外部引腳ＲＹ／ＢＹ的輸出信號在命令序列的最后一個寫脈沖（ＷＥ）的上升沿之后有效。當該輸出為低電平時,表示ＦＬＡＳＨ正在編程或擦除中，而當該輸出腳為高電平時,即表示編程或擦除已完成。將此引腳與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１ｘ系列ＤＳＰ的ＡＲＤＹ引腳相連，即可實現(xiàn)硬件的自動編程或擦除的完成判斷。Ｃ６０００系列ＤＳＰ與ＦＬＡＳＨ的連線圖如圖２所示。
軟件方法是利用從ＦＬＡＳＨ數(shù)據(jù)線讀取的數(shù)據(jù)來判斷ＦＬＡＳＨ的狀態(tài)，讀取數(shù)據(jù)中的主要判斷位為ＤＱ２、ＤＱ３、ＤＱ５、ＤＱ６和ＤＱ７，它們之間的相互組合提供了幾種軟件判斷狀態(tài)的方法，應(yīng)用較多且較為簡便的方法是在命令序列寫入后，如果寫入的是編程命令，則選擇一個地址，并循環(huán)讀取這個地址的數(shù)據(jù)。若裝置仍處于編程狀態(tài)之中，ＤＱ７輸出為寫入數(shù)據(jù)的補碼，而在編程完成后，ＤＱ７輸出的是所選地址上的正確數(shù)據(jù)。如果寫入的是擦除命令，那么?當裝置處于擦除狀態(tài)時，則ＤＱ７輸出為０，若擦除完成或擦除被中斷?ＤＱ７輸出為１。選擇地址時應(yīng)注意：若地址所在區(qū)域?qū)儆冢疲蹋粒樱戎械谋Ｗo區(qū)域，則ＤＱ７輸出的ＦＬＡＳＨ狀態(tài)信息有效，有效時間只能持續(xù)大約１μｓ，然后輸出正確數(shù)據(jù)。而擦除命令擦除的范圍如果包括ＦＬＡＳＨ中的保護區(qū)域，那么命令將被忽略，此時ＤＱ７輸出狀態(tài)信息有效，持續(xù)時間大約１００μｓ。對ＦＬＡＳＨ的操作有時會出錯，出錯時，ＦＬＡＳＨ將處于不正常狀態(tài)，ＤＱ７可能永遠也不會輸出地址上的正確數(shù)據(jù)，此時就需讀取ＤＱ５的輸出信息，若為１則表示操作失敗。其軟件流程圖如圖３所示。
對ＦＬＡＳＨ的編程既可以用匯編語言，也可以用Ｃ語言，以下給出部分Ｃ代碼。該程序代碼可采用ＴＩ公司專門用于ＴＩ公司系列ＤＳＰ編程的Ｃｏｄｅ Ｃｏｍ-ｐｏｓｅｒ Ｓｔｕｄｉｏ 編程工具進行編寫。
ｖｏｉｄ ｅｒａｓｅ_ｆｌａｓｈ(ｓｈｏｒｔ ＊ ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ)
{
ｓｈｏｒｔ ＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝(ｓｈｏｒｔ ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋(０ｘ５５５＜＜２));
／＊此處０ｘ５５５地址左移兩位，按１６位存儲器來看，本來只需左移一位，但在計算式中?地址ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ是先轉(zhuǎn)換成ｉｎｔ型再計算的，而要寫入命令的地址０ｘ５５５為１６位地址，所以需乘２，因此應(yīng)當再左移一位＊／
ｓｈｏｒｔ ＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝(ｓｈｏｒｔ ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋（０ｘ２ａａ＜＜２））；?
＊ ｃｔｒｌ_ ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａａ；
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝０ｘ００５５；
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００８０；
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａａ；
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝０ｘ００５５；
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００１０；
}
ｖｏｉｄ ｐｒｏｇｒａｍ_ｆｌａｓｈ(ｓｈｏｒｔ ＊ ｓｏｕｒｃｅ_ｐｔｒ?ｓｈｏｒｔ ＊ ｆｌａｓｈ ｐｔｒ,ｓｈｏｒｔ ｌｅｎｇｔｈ)
{
ｓｈｏｒｔ ｉ?
ｓｈｏｒｔ ＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝(ｓｈｏｒｔ ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋(０ｘ５５５＜＜２));??
ｓｈｏｒｔ ＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝(ｓｈｏｒｔ ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋０ｘ２ａａ＜＜２));?
ｆｏｒ(ｉ＝０;ｉ＜ｌｅｎｇｔｈ;ｉ＋＋)
{
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａａ;
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝０ｘ００５５;
＊ ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａ０;
＊ ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋＋＝＊ｓｏｕｒｃｅ_ｐｔｒ?
}
}
在上面的程序中,對ＦＬＡＳＨ的命令序列的寫入地址有一個左移指令，即若應(yīng)寫入命令的寄存器地址為０ｘ５５５，實際編程時，應(yīng)先對０ｘ５５５左移若干位，然后再對得到的地址寫入命令。這是因為,ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ為３２位ＤＳＰ，它的外部地址總線引腳的最低位（ＬＳＢ）為ＥＡ２，即輸出地址的最低位為實際地址的第２位，而不會輸出第１位和第０位，但實際外接的ＦＬＡＳＨ可以是８位、１６位、３２位不等。如果連接非３２位存儲器，在讀數(shù)據(jù)時?ＤＳＰ的外部存儲器接口（ＥＭＩＦ）會自動將實際地址左移若干位，以使外部地址總線引腳的最低位ＥＡ２根據(jù)ＦＬＡＳＨ位數(shù)的不同輸出實際地址的第０位或第１位，然后再將幾次讀入的數(shù)據(jù)合成一個３２位的值（外接ＦＬＡＳＨ的位數(shù)可以在ＥＭＩＦ寄存器中設(shè)置），而在寫數(shù)據(jù)時,就需要編程者手動進行移位，具體方法是?外接８位存儲器時左移２位，外接１６位存儲器時左移１位。
２ 用ＦＬＡＳＨ實現(xiàn)ＤＳＰ的程序自引導(dǎo)
ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ包括多個型號，
各個型號的程序自引導(dǎo)方法一致，下面以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３為例來介紹程序自引導(dǎo)的實現(xiàn)過程。
２．１ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＤＳＰ簡介
ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３是ＴＩ公司推出的ＴＭＳ３２０Ｃ６７ｘｘ系列浮點ＤＳＰ中最新的一種芯片。ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３每周期可以執(zhí)行８條３２位指令；支持３２／６４位數(shù)據(jù)；具有最高２２５ＭＨｚ、４．４ｎｓ指令周期的運行速度和１８００ＭＩＰＳ或１３５０ＭＦＬＯＰＳ的處理能力；同時是有強大的外設(shè)支持能力；外部存儲器接口(ＥＭＩＦ)可以很方便地和ＳＤＲＡＭ、ＳＢＳＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、ＳＲＡＭ等同步和異步存儲器相連，１６位ＨＰＩ接口可以和各種處理器?如ＰＣ、ＰＯＷＥＲＰＣ等?接口；另外還有優(yōu)化的多通道緩存串口和多通道音頻串口（僅ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３），這些外部接口使設(shè)計人員可以很容易實現(xiàn)自己的應(yīng)用系統(tǒng)。
２．２ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３程序自引導(dǎo)功能的實現(xiàn)
斷電時用慢速ＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ存儲程序和初始化數(shù)據(jù)，上電后引導(dǎo)到內(nèi)部或外部快速ＲＡＭ中運行是現(xiàn)在普遍采用的一種設(shè)計ＤＳＰ電路板的方法，該方法可靠、方便、靈活且成本較低。但對于不同的ＤＳＰ有不同的程序自引導(dǎo)方法。本文只討論ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ的引導(dǎo)方法。
和以往ＴＩ公司的ＤＳＰ（如３ｘ、４ｘ）采用引導(dǎo)表由固化在ＤＳＰ內(nèi)部的引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)程序的自引導(dǎo)不同，ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ采用的是一種新的引導(dǎo)方法，對于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３，上電后，若選擇從ＥＭＩＦ引導(dǎo)程序，則ＤＳＰ自動將位于地址空間ＣＥ１（０ｘ９０００００００～０ｘ９ＦＦＦＦＦＦＦ）開頭的１ｋＢ代碼傳輸?shù)降刂房臻g０處。它的數(shù)據(jù)傳輸采用默認時序，用戶可以選擇外部程序存儲器的寬度（８位／１６位／３２位），然后由ＥＭＩＦ自動將幾次讀入的數(shù)據(jù)合成３２位數(shù)據(jù)。傳輸由ＤＳＰ中的ＥＤＭＡ通道以單幀的形式自動進行，傳輸完成后，程序從地址０處開始運行。因此，要在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１ｘ中實現(xiàn)基于ＦＬＡＳＨ的自引導(dǎo)功能，必須將ＦＬＡＳＨ配置在ＤＳＰ的ＣＥ１地址空間中。
以上工作均由ＤＳＰ自動完成。很明顯，自動傳輸?shù)拇a并不能滿足絕大多數(shù)編程者對代碼長度的要求，因此可在這段代碼中加入數(shù)據(jù)傳輸功能，從而將實際工作中遠大于１ｋＢ的代碼由ＦＬＡＳＨ中讀入到用戶指定的存儲空間，然后再將程序跳到實際有用的代碼處運行。對ＦＬＡＳＨ編程并實現(xiàn)程序自引導(dǎo)的具體過程如下：
（１）對ＤＳＰ正常運行程序的處理
Ｃｏｄｅ Ｃｏｍｐｏｓｅｒ Ｓｔｕｄｉｏ（ＣＣＳ）是ＴＩ公司開發(fā)的用于ＤＳＰ產(chǎn)品的軟件開發(fā)工具。由ＣＣＳ得到的代碼為目標文件格式（ＣＯＦＦ），這種格式文件不能直接寫入ＦＬＡＳＨ，而要先用其它語言（如Ｃ）編寫文件，然后由轉(zhuǎn)換工具進行轉(zhuǎn)化。
在ＣＯＦＦ格式下，程序被分成很多段（包括程序段、初始化數(shù)據(jù)段、未初始化數(shù)據(jù)段、自定義段等），每段都占據(jù)連續(xù)的存儲空間，段與段之間相互獨立。另外，在ＣＯＦＦ文件中，除了段內(nèi)的用戶程序和數(shù)據(jù)外，還包含一些額外的信息，其中有ＣＯＦＦ文件的版本、段的數(shù)量、段的長度和起始地址等，分析清楚這些信息，就可以編寫自己的文件轉(zhuǎn)換工具了。具體方法是：讀入ＣＯＦＦ文件，根據(jù)格式分析該文件的內(nèi)容，再把用戶程序和數(shù)據(jù)部分提取出來，仍分成一個個段，并在每個段前加入起始位置和段長度信息，同時在最后一個段的末尾加上結(jié)束標志，最后寫入一個新的文件。在此過程中，因為ＣＯＦＦ文件的字長為３２ｂｉｔ，而ＦＬＡＳＨ寬度可能為８ｂｉｔ或１６ｂｉｔ，因而要在兩者之間進行手工轉(zhuǎn)化。
（２）編寫ｂｏｏｔ程序
ｂｏｏｔ程序的大小不能超過１ｋＢ，它主要完成以下幾個功能：第一是配置ＤＳＰ的ＥＭＩＦ寄存器，然后從ＦＬＡＳＨ中把各個段中的程序和數(shù)據(jù)拷貝到用戶指定的存儲器物理地址中，同時跳到程序的入口點。在此應(yīng)當注意：Ｃ程序的入口點并非ｍａｉｎ（），而是ｃ＿ｉｎｔ００，這是因為在調(diào)用ｍａｉｎ（）函數(shù)之前，系統(tǒng)必須先建立Ｃ語言的運行環(huán)境。如為系統(tǒng)堆棧定義．ｓｔａｃｋ段、建立初始化堆棧和禎指針、初始化全局和靜態(tài)變量等。另外，由于ｂｏｏｔ程序本身也是ＣＯＦＦ文件格式，所以也需格式轉(zhuǎn)換。
（３）編寫ＦＬＡＳＨ燒寫程序
ＦＬＡＳＨ的燒寫程序可以根據(jù)前面的介紹來編寫，但要注意，應(yīng)將ｂｏｏｔ程序?qū)懭耄茫牛笨臻g開始的１ｋＢ中，而將ＤＳＰ正常工作程序?qū)懭耄保耄乱院蟮牡刂房臻g中。
３ 結(jié)束語
本文介紹了ＦＬＡＳＨ在系統(tǒng)編程和基于ＦＬＡＳＨ實現(xiàn)ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ程序自引導(dǎo)的過程。實際上，ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ中其它類型（如Ｃ６２０１、Ｃ６７０１等）的ｂｏｏｔ也與本文所述相同，因此，完全可以相互借鑒。
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