DSP自動加載過程及程序燒寫的簡化設計

 TMS320C6701(以下簡稱C6701)是一款浮點運算DSP，適用于需要大量運算且實時性要求高的場合，如導航解算等。在浮點DSP芯片中，C6701是一款可應用于惡劣環(huán)境并具有高可靠性的產(chǎn)品，因此該型DSP芯片雖然推出較早，卻依然在某些領域具有重要應用價值。

DSP應用程序需脫離開發(fā)系統(tǒng)獨立工作，在實時DSP應用系統(tǒng)中，通常將應用程序存儲在外部非易失性存儲器(如FLASH、EEPROM、PROM等)中。系統(tǒng)上電后，DSP將外部程序存儲器的程序代碼加載到可高速存取的RAM中，加載完成后自動跳轉到零地址開始運行。因此DSP程序燒寫及自動加載是實時DSP系統(tǒng)設計的重要部分。本文采用的燒寫方法不需要格式轉換到外部輔助設備，同時DSP程序不再進行二次加載，簡化了燒寫及程序自動加載的過程。

1 加載方案及電路設計

1.1 外圍電路設計

C6701有三種加載模式：不加載(No Boot)、ROM加載(Rom Boot)、主機加載(Host Boot)。這三種加載模式由C6701的BOOTMODE[4：0]引腳電平設定，由這5個引腳的設置共同決定使用何種存儲空間映射模式。

在惡劣環(huán)境及高可靠應用場合中，可使用不加載方式，也可使用程序從ROM中加載到DSP片外高可靠RAM存儲器中的運行方式。FLASH、EEPROM、PROM等程序存儲芯片多為8位或16位，在高可靠應用環(huán)境中8位比較常見。本文中設置BOOTMODE[4：0]為01010B，即程序由外部8位程序存儲器加載到外部32位SRAM中，LENDIAN引腳接高電平。

外部程序存儲器選用FLASH芯片AM29LV160，32位SRAM芯片選用ACT—S512K32V。FLASH和SRAM芯片與C6701的硬件連接如圖1和圖2所示。

圖1 DSP與8位FLASH芯片接口示意圖

圖2 DSP與32位SRAM芯片接口示意圖

1.2 加載方案設計

在BOOTMODE[4：0]為01010B的設置下，程序由外部8位程序存儲器加載到外部32位SRAM中。C6701具體加載過程為：DMA按默認時序從CE1地址(0x01000000)復制64 KB到零起始地址外部SRAM芯片中，加載完成后，從零地址處開始執(zhí)行。C6701加載過程與C6713稍有不同，C6713只復制1 KB到零起始地址。64 KB應用程序可以滿足部分應用需求，本例中應用程序小于64 KB，C6701的DMA自動加載即可滿足要求。當應用程序大于64 KB時，開發(fā)人員需要在前64 KB中編寫將DSP應用程序從外部ROM搬移到指定存儲空間的二級引導程序，詳細過程可參考文獻。

2 DSP應用程序設計

一個C語言工程通常包括.c文件、.cmd文件、.asm文件、.h文件和.lib文件。其中.cmd文件既是內(nèi)存定位文件，又是鏈接器命令文件，在鏈接過程中起著重要作用。鏈接時，鏈接器把所有目標文件中的同名段合并，并按鏈接器命令文件給各段分配地址。中斷向量表決定加載完成后的C語言程序入口，通常中斷向量表用.asm文件實現(xiàn)。.cmd文件和中斷向量表的編寫是決定DSP程序加載成功與否的關鍵和難點。

2.1 .cmd文件設計

.cmd文件的作用是實現(xiàn)應用程序和數(shù)據(jù)在DSP映射存儲空間中的定位，存儲空間的分配與硬件設計密切相關。本文BOOTMODE[4：0]為01010B，即存儲空間為MAP0映射模式，由CE0片選的RAM空間起始地址為0x00000000，由CE1片選的FLASH空間起始地址為0x01000000，用戶程序小于64KB。.cmd文件如下：

2.2 中斷向量表設計

本文中斷向量表如下：

上電或復位完成后，DMA按默認時序從CE1地址復制64 KB到零起始地址處，加載完成后，DSP從零地址開始執(zhí)行。本文中斷向量表從程序空間0地址開始存放，每個中斷向量8個字節(jié)，總計大小為0x200字節(jié)。加載完成后程序從0地址開始執(zhí)行，直接跳轉到DSP主程序入口～c_int 00處。

3 燒寫程序設計

應用程序編寫完成后，需要將程序燒寫到程序存儲器中。程序燒寫主要有以下幾種方法：

①采用通用燒寫器進行燒寫;

②使用CCS中自帶FlashBurn工具燒寫;

③用戶自己編寫燒寫程序，由DSP將加載到片上的應用程序燒寫到程序存儲器中。

使用通用燒寫器燒寫時，需要程序存儲器為可插拔的，這樣給設計帶來不便。FlashBurn支持的存儲器種類有限，對于使用國產(chǎn)存儲器芯片的場合不一定合適，另外FlashBurn不能識別目標文件，需要將目標文件轉換為二進制文件后才可燒寫。

采用用戶自己編寫燒寫程序的方法較為靈活。具體方法為：單獨建立一個燒寫工程文件，燒寫時，先把應用程序工程編譯生成的目標文件加載到目標DSP電路的RAM中，再把燒寫工程文件生成的目標文件加載到目標DSP電路RAM的另一個地址空間中，運行main函數(shù)后執(zhí)行燒寫程序直到燒寫完成。這種燒寫方法可以避免兩次加載可能造成的覆蓋，防止第二次加載時修改第一次加載的內(nèi)容。

3.1 燒寫程序的.cmd文件和中斷向量表設計

燒寫程序的.cmd文件與用戶應用程序的.cmd文件相同，但程序地址分配空間須嚴格區(qū)分開來。本文將用戶程序地址空間安排在從0開始的0xB400空間內(nèi)，燒寫程序安排在從0xC000開始的0x3400空間內(nèi)。燒寫程序.cmd文件地址空間分配如下：

MEMORY{

VECS： o=0000C000h l=00000400h

PMEM： o=0000C400h l=00003000h

}

如果需要優(yōu)化程序空間，可以通過編譯生成的.map文件得到用戶程序和燒寫程序?qū)嶋H占用的空間，通過修改，.cmd文件進一步優(yōu)化。

燒寫程序沒有中斷，可以只保留_c_int00，簡單起見，也可以采用與應用程序完全相同的中斷向量表。

3.2 燒寫程序設計

在設計燒寫程序前，需要充分了解程序存儲芯片的操作過程。本文使用的FLASH芯片AM29LV160的操作碼，有寫操作、讀操作、芯片擦除、塊擦除、鎖定等十余種操作。FLASH芯片在寫操作前需要先進行擦除操作。燒寫程序如下：

燒寫程序設計和燒寫操作中有以下幾點需要注意：

①燒寫時，一定要先把應用程序目標文件加載到RAM中，再把燒寫程序目標文件加載到RAM中，然后運行main函數(shù)執(zhí)行燒寫。

②程序中FLASH_ADDRS為自動加載前程序存儲的FLASH芯片地址，本文為0X01000000;RAM_ADDRS為加載后程序存儲的地址，本文為外部SRAM芯片地址0x00000000。

③進行FLASH芯片操作前需對EMIF進行初始化，程序中my_EmifCog為7個32位二進制數(shù)組成的數(shù)組，分別配置GBLCTL、CECTL0、CECTL1、CECTL2、CECTL3、SDCTL和SDTIM這7個控制寄存器。本文中CE0接外部32位SRAM芯片，CE2接8位FLASH芯片，分別設置CECTL0為0xFFFF3F23、CECTL1為0xFFFF3F03，其他控制寄存器需要根據(jù)應用情況來確定。

④FLASH芯片可整片擦除，也可塊擦除，需擦除完成后才能對FLASH芯片進行寫操作。FLASH芯片擦除時間較長，需要在擦除子程序后設置斷點，等待擦除完成(可以CCS中查看0x01000000起始的FLASH空間全為0xFF為參考)后，再進行程序燒寫操作。

⑤程序中PRO_LEN為用戶程序長度，為用戶應用程序，.cmd文件設置中斷向量、程序等分配的總長度，本文為0xB400。

⑥程序加載到的外部SRAM為32位，F(xiàn)LASH芯片為8位，LENDIAN為高電平。燒寫程序從SRAM中讀取的程序為32位，32位數(shù)據(jù)需要按照從低到高的順序燒寫到8位FLASH芯片中。

結語

實際工程應用驗證了上述燒寫及自動加載方法的可行性。本文所述的加載過程比二次加載節(jié)省了DSP系統(tǒng)啟動時間，但因加載過程中FLASH芯片讀寫等待時間為默認設置，用戶不能更改，程序加載時間仍達120 ms，在某些看門狗時間較短的應用中需要特別考慮。本文的程序燒寫方法還可以推廣應用于其他的DSP系統(tǒng)中。