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[導讀]簡要介紹了MOTOROLA公司的24位定點數(shù)字信號處理器DSP56362的并行引導過程和特點。

  摘要:簡要介紹了MOTOROLA公司的24位定點數(shù)字信號處理器DSP56362的并行引導過程和特點。并結合實際,提出了一種雙引導模式,給出了具體的實現(xiàn)方法。通過這種雙引導模式,巧妙地達到了系統(tǒng)的要求。另外,介紹了采用DSP軟件編程來實現(xiàn)FLASH擦除和讀寫方法。

    關鍵詞:DSP56362;Bootstrap;雙引導模式;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合的方法來實現(xiàn)?具有運算速度快(100MIPS)?精度高(24bit),外設接口豐富(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)議進行連接。通過8bit的并行主機接口HI08可以方便地與負責鍵盤控制和LED顯示的單片機89C51進行通信。

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定義的相應地址空間(X數(shù)據(jù)、Y數(shù)據(jù)或程序)將被相應的AA線選通。在本系統(tǒng)中,正是把DSP的AA1作為FLASH的片選線。AA1腳相應的AAR1寄存器的值設為0xD00811H,當訪問地址的高8位為11010000時,外部FLASH被選通。

    通過設置DSP的總線控制寄存器BCR,可以設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н^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引導程序可以通過用戶設置的DSP引導模式信號線,將用戶程序從外部的8位EPROM、EEPROM、FLASH、 SHI接口或者HDI接口引導到DSP內(nèi)部的高速RAM中全速運行。

當DSP56362硬件復位后,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引導程序,Bootstrap引導程序通過對OMR的MA、MB、MC和MD位進行判斷來決定選擇哪種引導模式。主要的引導模式如表1所列。

表1 DSP56362 Bootstrap的引導模式

MODD MODC MODB MODA

描     述

0 0 0 1 從字節(jié)存儲器引導
0 0 1 0 跳轉到程序ROM起始地址
0 1 0 1 從串行主機接口SHI引導(SPI從模式)
0 1 1 0 從串行主機接口SHI引導(I2C從模式,時鐘靜止使能)
0 1 1 1 從串行主機接口SHI引導(I2C從模式,時鐘靜止關閉)
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(ISA模式)
1 1 0 1 從并行主機接口HDI08引導(HC11非復用模式)
1 1 1 0 從并行主機接口HDI08引導(8051復用總線模式)
1 1 1 1 從并行主機接口HDI08引導(68302總線模式)

在本系統(tǒng)中,由于程序保存在外部的FLASH里,所以采用的引導模式為第一種?即從字節(jié)存儲器引導。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)程序的總字數(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的引導程序一旦完成數(shù)據(jù)的下載,將馬上跳轉到內(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采用增強型哈佛結構,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寄存器進行設置來實現(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引導程序是在系統(tǒng)復位后立即執(zhí)行的,此時DSP處于缺?。ǎ停樱剑埃顟B(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,引導程序就不能把它們加載進去,而當這條設置指令生效時,雖然DSP的程序空間又增加了2kB,但是引導程序已經(jīng)結束,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 雙引導模式

為了解決以上問題,本文提出了一種雙引導模式。具體思路是:在系統(tǒng)程序的開始處,設計一個用戶自己的引導模塊,用這個模塊先對DSP內(nèi)部的OMR寄存器進行相應的內(nèi)存切換設置,以使DSP內(nèi)部的程序RAM擴大為5kB。然后參照DSP的Boot-strap引導程序分別對系統(tǒng)的X、Y及P區(qū)的數(shù)據(jù)進行加載。同時在將程序燒錄到FLASH時采用地址隔離的方式將引導模塊與系統(tǒng)程序分開存放,引導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引導程序來說,它需要引導的不是整個系統(tǒng)程序,而僅僅是這個引導模塊,另外加載完這個模塊后就立即跳轉到內(nèi)部程序RAM中執(zhí)行,此時引導模塊已獲得CPU控制權,它在完成內(nèi)存切換后將繼續(xù)引導系統(tǒng)程序的其他部分。采用這種兩次引導的方法,不但使X、Y區(qū)的數(shù)據(jù)可以按照程序的要求進行初始化,而且DSP的程序指令空間可以預先設置成5kB,從而非常巧妙地達到了系統(tǒng)的要求。該雙引導模式的引導模塊程序流程如圖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,應當把系統(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,設計時必須進行地址重映射。

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,由于采用了雙引導模式,所以首先要將引導程序?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軟件編程進行燒錄時,可以從目標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文件包含進來。接著對燒錄程序進行編譯、鏈接,以產(chǎn)生一個目標文件。最后,通過JTAG口將目標文件下載到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行編譯、鏈接,以產(chǎn)生一個cld格式的目標文件。

(2)調(diào)用MOTOROLA公司提供的SREC程序?qū)ⅲ悖欤涓袷降哪繕宋募D換成MOTOROLA公司的S-RECORD文件格式,可將目標文件中的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)氖M制操作碼,其數(shù)據(jù)結構如圖7所示。

為了驗證上面方法是否能將引導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)引導裝載和FLASH燒錄的成功。

6 結束語

采用雙引導裝載方式可以克服Bootstrap引導程序不能加載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)。

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