C5402 DSP自舉引導(dǎo)方法的分析與研究
在DSP領(lǐng)域，TI公司(德州儀器公司)一直處于世界霸主地位，它生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片以其獨(dú)特的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件密集型方案和靈活的指令系統(tǒng)成為數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)先者[1]。其C5000系列DSP芯片具有功耗小、高度并行等優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足眾多領(lǐng)域的實(shí)時(shí)處理要求。尤其是新近推出的TMS320VC5402及 TMS320UC5402(簡(jiǎn)稱(chēng)’C5402)以其獨(dú)有的高性能、低功耗及低價(jià)位等優(yōu)勢(shì)，在推出之初便受到業(yè)界人士的普遍歡迎。
為充分利用DSP快速運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，通常希望用戶(hù)程序能在DSP中高速運(yùn)行，這就需要運(yùn)用DSP自舉引導(dǎo)功能。本文以’C5402為例，說(shuō)明自舉引導(dǎo)的特點(diǎn)及自舉表建立的步驟。
1 幾種自舉引導(dǎo)方式
1.1 自舉引導(dǎo)方式簡(jiǎn)介
眾所周知，欲獲得全速的DSP運(yùn)行速度，方法之一是在DSP芯片出廠前將用戶(hù)程序掩膜在其片內(nèi)的ROM上。這種方法對(duì)大部分應(yīng)用場(chǎng)合并不適用，且成本很高。對(duì)大多數(shù)用戶(hù)而言，可行的方法是利用DSP自舉引導(dǎo)功能。
Bootlooader(自舉引導(dǎo)程序，也稱(chēng)引導(dǎo)裝載程序)是在出廠前固化在DSP芯片內(nèi)ROM中的一段程序代碼，其主要功能是在上電或復(fù)位時(shí)將用戶(hù)程序從外部加載至程序存儲(chǔ)器(片內(nèi)RAM或擴(kuò)展的RAM)中，以便實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。因此，用這種方法可以以較低的成本實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。不同型號(hào)的DSP，其Bootlooader也不同。如TMS320C54X系列的DSP提供了四種自舉引導(dǎo)方法[2]:并行EPROM、并行I/O口、串行口及主機(jī)接口HPI自舉引導(dǎo)方式，它們適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。
1.2 ’C5402 DSP自舉引導(dǎo)方式
新近推出的’C5402 DSP片內(nèi)ROM掩膜的Bootlooader程序與TMS320C54X系列的其它DSP有較大的不同，它包括以下五種自舉引導(dǎo)方式:主機(jī)接口HPI、并行口、標(biāo)準(zhǔn)串行口、8位串行EEPROM及I/O口自舉引導(dǎo)方式。
DSP上電復(fù)位后，首先檢查其MP/引腳，如果該引腳為高電平，說(shuō)明DSP被設(shè)置為微處理器工作方式，即從外部程序存儲(chǔ)器0FF80h地址開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序;若該引腳為低電平，說(shuō)明DSP被設(shè)置為微計(jì)算機(jī)工作方式，即從片內(nèi)ROM的0FF80h起執(zhí)行程序?！疌5402 DSP片內(nèi)4K ROM掩膜了TI設(shè)計(jì)的幾段程序，其中包括自舉引導(dǎo)程序，具體內(nèi)容如表1所示[3]。因此，為利用自舉引導(dǎo)功能，必須將DSP設(shè)置為微計(jì)算機(jī)工作方式，即MP/=0。
由表1可見(jiàn)，從片內(nèi)ROM的0FF80h地址開(kāi)始存放的是中斷向量表，它實(shí)為一條分支轉(zhuǎn)移指令(BD 0F800h)。該指令使程序跳轉(zhuǎn)至0F800h，并從此開(kāi)始執(zhí)行自舉引導(dǎo)程序。
在執(zhí)行自舉引導(dǎo)搬移程序之前，首先進(jìn)行初始化，其程序片段如下:
0000:F800
SSBX INTM ; INTM=1，使中斷失效
STM #0FFFFh，IFR ; 清除IFR標(biāo)志
LD #0h，DP ; DP=0，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器頁(yè)指針為0
ORM #02B00h，ST1 ; XF=INTM=OVM=SXM=1
ORM #020h，PMST ; OVLY=1
STM #07FFFh，SWWSR ; SWWSR=07FFFh
STM #07Dh，SP ; SP=07Dh
從以上程序可看出，初始化的內(nèi)容主要包括:
①關(guān)閉所有可屏蔽中斷(INTM=1);
?、趯⑵瑑?nèi)DARAM映射至程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間(OVLY=1);
?、蹖⒊绦?、數(shù)據(jù)及I/O存儲(chǔ)空間均設(shè)置為7個(gè)等待狀態(tài)(SWWSR=07FFFh)。
初始化完成后，根據(jù)外部設(shè)定的條件，選擇不同的自舉引導(dǎo)方式，判斷條件是有先后順序的，其流程如圖1所示。
圖1中各種自舉引導(dǎo)方式各有特點(diǎn)[3]:
?、僦鳈C(jī)接口HPI自舉引導(dǎo)方式
欲執(zhí)行的程序代碼通過(guò)HPI(主機(jī)接口總線)由外部主處理器加載至片內(nèi)存儲(chǔ)器中。一旦主處理器改變了被加載代碼的起始地址(存放于內(nèi)存007Fh處)，便開(kāi)始執(zhí)行程序。
?、?位串行EEPROM自舉引導(dǎo)方式
自舉引導(dǎo)程序通過(guò)一串聯(lián)的EEPROM讀取自舉表，并按照自舉表中指定的方式加載代碼。該EEPROM與設(shè)置為clockstop模式的多通道緩沖串口McBSP1相連接。
?、鄄⑿凶耘e引導(dǎo)方式
自舉引導(dǎo)程序通過(guò)外部并行接口總線讀取存放于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中的自舉表。自舉表的內(nèi)容包括:欲加載的各段代碼、各代碼段長(zhǎng)度、各代碼段存放的目標(biāo)地址、程序入口地址及其它配置信息。
?、軜?biāo)準(zhǔn)串行口自舉引導(dǎo)方式
自舉引導(dǎo)程序通過(guò)被設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)模式的多通道緩沖串口McBSP0讀取自舉表，并按照自舉表中指定的方式加載代碼。McBSP0及McBSP1分別支持16位及8位串行接收方式。
⑤I/O自舉引導(dǎo)方式
自舉引導(dǎo)程序通過(guò)外部并行接口總線從地址為0h的I/O口讀取自舉表。該外部并行接口總線使用了異步握手協(xié)議(利用XF及BIO引腳)，使數(shù)據(jù)傳輸速度可按外部設(shè)備的要求設(shè)置。
2 并行自舉引導(dǎo)方式
在’C5402的五種自舉引導(dǎo)方式中，并行自舉引導(dǎo)方式是最常用的一種。欲加載的各代碼段存放在字寬為8位或16位的外部存儲(chǔ)器中，在自舉引導(dǎo)時(shí)，通過(guò)外部并行接口總線將這些代碼從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間傳送到程序存儲(chǔ)空間。
在并行引導(dǎo)方式中，由于可重新設(shè)置SWWSR及BSCR寄存器的內(nèi)容，所以當(dāng)從快速的外部存儲(chǔ)器EEPROM引導(dǎo)用戶(hù)程序時(shí)，可采用較少的軟件等待狀態(tài)(默認(rèn)為7個(gè)等待狀態(tài))。
并行自舉引導(dǎo)方式流程圖如圖2所示。從圖2可知，自舉表首地址既可從地址為0FFFFh的I/O口讀取，也可從地址為0FFFFh的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器獲得。兩種方式中，后者更為方便，因?yàn)樵趩纹耐獠看鎯?chǔ)器EPROM或FLASH中可同時(shí)包含自舉表內(nèi)容及自舉表存放的首地址。對(duì)’C5402而言，有效的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍為04000h～0FFFFh。
并行自舉引導(dǎo)程序片段如下:
...
xentry .set 61H ;61h存放程序入口地址的XPC值
entry .set 62H ;62h存放程序入口地址
src .set 65H ;65h存放自舉表首地址
...
0000:F831
STM #0h， @xentry ;初始化程序入口地址
STM #boot， @entry ;
PORTR #0FFFFh，@src ;從I/O口讀取自舉表的首地址
MVDK @src，AR1 ;將自舉表的首地址送至AR1中
LD *AR1+，A ;(AR1)→A， AR1=AR1+1
SUB #010AAh，A，B ;B=A-10AAh
BC par16，BEQ ;若B=0，執(zhí)行16位并行自舉程序
AND #0FFh，A ;屏蔽A高16位
SUB #08h，A，B ;B=A-08h
BC chk_data，BNEQ ;若B≠0， 程序跳轉(zhuǎn)至chk_data
LD *AR1+，A ; (AR1)→A， AR1=AR1+1
AND #0FFh，A ;屏蔽A高16位
SUB #0AAh，A ;A=A-0AAh
BC par08，AEQ ;若A=0， 執(zhí)行8位并行自舉程序chk_data STM #0FFFFh，AR1 ;從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀取自舉表首地址
NOP ;避免流水線沖突
NOP ;避免流水線沖突
LD *AR1+，A ;(AR1)→A， AR1=AR1+1
STLM A，AR1 ;將A低16位內(nèi)容存入AR1中
NOP ;避免流水線沖突
NOP ;避免流水線沖突
LD *AR1+，A ;(AR1)→A， AR1=AR1+1
SUB #010AAh，A，B ;B=A-10AAh
BC par16，BEQ ;若B=0，執(zhí)行16位并行自舉程序
STM #0FFFFh，AR1 ;(0FFFFh)→AR1
NOP ;避免流水線沖突
NOP ;避免流水線沖突
LDU *AR1-，A ;(AR1)→A，AR1=AR1-1，符號(hào)位置0
AND #0FFh，A ;屏蔽A高16位
SUB #08h，A，B ;B=A-08h
BC ser_ini，BNEQ ;若B≠0， 程序跳轉(zhuǎn)至ser_ini
LD *AR1+，A ;(AR1)→A， AR1=AR1+1
AND #0FFh，A ;屏蔽A高16位
SUB #0AAh，A ;A=A-0AAh
BC par08，AEQ ;若A=0，執(zhí)行8位并行自舉程序
ser_ini
... ;標(biāo)準(zhǔn)串行口自舉引導(dǎo)程序
par08
... ;8位并行自舉搬移程序
par16
... ;16位并行自舉搬移程序
3 自舉表的建立
自舉表的內(nèi)容不僅包括了欲加載的各段代碼，而且包括各段代碼長(zhǎng)度、各代碼段存放的目標(biāo)地址、程序入口地址等信息。因此若想利用自舉引導(dǎo)功能，首先必須正確建立自舉表。自舉表可由hex500格式轉(zhuǎn)換器自動(dòng)生成。hex500實(shí)際為一通用程序，它將公共目標(biāo)文件格式——COFF文件轉(zhuǎn)換成各種EPROM或FLASH的編程格式。因此，在使用hex500工具之前，首先必須對(duì)DSP的匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言或兩者的混合編程語(yǔ)言進(jìn)行匯編、編譯、鏈接，生成COFF格式的.out文件，然后再通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)生成用戶(hù)所要求的自舉表。
為了書(shū)寫(xiě)及修改方便，可將hex500的所有選項(xiàng)及輸入輸出文件名以.cmd 批處理命令文件的形式保存。下面以一個(gè)DSP匯編語(yǔ)言程序example.asm為例，說(shuō)明建立’C5402自舉表的具體步驟。
第一步:對(duì)example.asm進(jìn)行編譯，生成example.obj文件。不論是用Windows 環(huán)境下的CCS(Code Composer Studio)，還是用DOS環(huán)境下的asm500命令文件，編譯時(shí)必須加選項(xiàng)—v548，且DOS的asm500版本必須在1.2以上，否則無(wú)法生成正確的’C5402自舉表。
第二步:鏈接，生成example.out文件。
第三步:使用hex500格式轉(zhuǎn)換工具，將example.out文件轉(zhuǎn)換成example.hex文件，命令格式如下:
C:tic5400cgtoolsbin>hex500 example.cmd
注:在上面的命令行中，example的擴(kuò)展名cmd一定要加上。
以下是命令文件example.cmd的內(nèi)容:
example.out /*被轉(zhuǎn)換的COFF文件名
-e 200h /*程序入口地址被定義為200h
-a /*轉(zhuǎn)換為ASCII-hex格式文件
-o example.hex /*轉(zhuǎn)換后文件名為example.hex
-memwidth 16 /*外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字寬為16位
-romwidth 16 /*ROM字寬為16位
-boot /*將COFF文件中各段均轉(zhuǎn)換至自舉表
-bootorg 8000h /*存放自舉表的首地址為8000h
如果example.asm是一個(gè)簡(jiǎn)單的求乘法累加運(yùn)算，程序內(nèi)容如下[2]:
*****************************************
* example.asm y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4 *
*****************************************
.title ″e(cuò)xample.asm″ ;源程序取名為example.asm
STACK .usect ″STACK″，10h ;為名為STACK的堆棧預(yù)留16個(gè)單元
.bss x， 4 ;在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中為未初始
.bss a， 4 化變量(續(xù)) x， a， y分別
.bss y， 1 預(yù)留4，4，1個(gè)單元
.def start ;
.data ;以下為數(shù)據(jù)段
table:.word 1， 2， 3， 4 ;在以標(biāo)號(hào)table開(kāi)始的8個(gè)
.word 8， 6， 4， 2 程序存儲(chǔ)單元中存放8個(gè)已初始化數(shù)據(jù)
.text ;以下為程序段
start: STM # STACK+10，SP ;設(shè)置堆棧指針
STM # table， AR1 ;AR1指向table的首地址
STM # x， AR2 ;AR2指向存放變量x的首地址
STM # 7， AR0 ;AR0=7
LD # 0， A ;A=0
loop: LD *AR1+， A ;(AR1)→A， AR1=AR1+1
STL A， *AR2+ ;A→(AR2) ， AR2=AR2+1
BANZ loop，*AR0- ;若AR0≠0，循環(huán)，AR0=AR0-1
CALL sum ;若AR0=0，調(diào)用sum子程序
end: B end ;
sum: LD #0， A ;A=0
STM #a， AR3 ;AR3指向存放變量a的首地址
STM #x， AR4 ;AR4指向存放變量x的首地址
RPT #3 ;
MAC *AR3+，*AR4+，A ;完成三次乘法累加運(yùn)算
STL A，@y ;將結(jié)果存入預(yù)留的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中
RET ;返回主程序
.end ;結(jié)束匯編命令
則生成的example.hex文件的內(nèi)容如表2所示。
如果將example.hex的內(nèi)容燒寫(xiě)至16位EPROM中，則其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)如表3所示。
由表3 的EPROM數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)可看出，在0FFFFh地址處存放的是自舉表首地址8000h。從8000h處開(kāi)始是16位自舉表的內(nèi)容。自舉表的第一個(gè)字是16位自舉標(biāo)記10AA，第二、三個(gè)字分別為寄存器SWWSR及BSCR的內(nèi)容。從第四個(gè)字開(kāi)始分別是程序入口地址、各代碼段長(zhǎng)度、存放各代碼段的目標(biāo)地址及各段代碼(本例含有程序段及數(shù)據(jù)段)，最后為塊結(jié)束標(biāo)志0000h。這樣， 一個(gè)正確的自舉表就建立起來(lái)了。
’C5402 DSP芯片為用戶(hù)提供了豐富靈活的自舉引導(dǎo)方式，用戶(hù)可根據(jù)各自的需求選擇不同的引導(dǎo)方式，其中并行自舉是最常用的引導(dǎo)方式之一。正確建立自舉表是充分利用自舉引導(dǎo)功能的前提及關(guān)鍵。
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