DSP56362的雙引導(dǎo)裝載方法研究與實(shí)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(jī)運(yùn)行的ＤＳＰ系統(tǒng)中，用戶代碼往往都需要在上電后自動(dòng)裝載運(yùn)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(shí)，自動(dòng)將一段存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中的程序代碼移植到內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器單元中去執(zhí)行。采用這種方式，既可利用外部的存儲(chǔ)單元來擴(kuò)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?yàn)橛脩舸a在一段時(shí)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(jià)格的限制，另一方面，系統(tǒng)代碼升級(jí)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(chǔ)器，其單位存儲(chǔ)比特的價(jià)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(jī)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(shí)現(xiàn)。本文論述的正是如何通過ＤＳＰ軟件編程來實(shí)現(xiàn)對ＦＬＡＳＨ的讀寫操作，同時(shí)介紹了系統(tǒng)雙引導(dǎo)裝載方案的實(shí)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(gè)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(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。它采用高性能單時(shí)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(shí)現(xiàn)?具有運(yùn)算速度快（１００ＭＩＰＳ）?精度高（２４ｂｉｔ），外設(shè)接口豐富（具有增強(qiáng)型串行音頻接口ＥＳＡＩ、并行主機(jī)接口ＨＩ０８、串行主機(jī)接口ＳＨＩ、數(shù)字音頻接口ＤＡＸ等），價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(gè)系統(tǒng)具有很高的動(dòng)態(tài)范圍（９６ｄＢ以上）。它高達(dá)１００ＭＩＰＳ的運(yùn)算速度保證了算法處理的實(shí)時(shí)性。其增強(qiáng)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(jī)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(jī)８９Ｃ５１進(jìn)行通信。
ＦＬＡＳＨ選用ＳＳＴ公司的３９ＬＶ０１０?其存儲(chǔ)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(jià)比存儲(chǔ)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(hào)腳ＣＥ相連。
ＤＳＰ５６３６２的４個(gè)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(gè)ＡＡＲ寄存器中的基址與外部訪問指令存取范圍相匹配時(shí)，由這個(gè)ＡＡＲ定義的相應(yīng)地址空間(Ｘ?cái)?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(shí)，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(chǔ)器時(shí)插入的等待狀態(tài)的個(gè)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(gè)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(hào)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(yùn)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(hào)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(chǔ)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(jī)接口SHI引導(dǎo)（SPI從模式） |
| 0 | 1 | 1 | 0 | 從串行主機(jī)接口SHI引導(dǎo)（I2C從模式，時(shí)鐘靜止使能） |
| 0 | 1 | 1 | 1 | 從串行主機(jī)接口SHI引導(dǎo)（I2C從模式，時(shí)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(jī)接口HDI08引導(dǎo)（ISA模式） |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 從并行主機(jī)接口HDI08引導(dǎo)（HC11非復(fù)用模式） |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 從并行主機(jī)接口HDI08引導(dǎo)（8051復(fù)用總線模式） |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 從并行主機(jī)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(chǔ)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(gè)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(gè)字節(jié)用于定義系統(tǒng)程序下載到ＤＳＰ５６３６２程序存儲(chǔ)器的目的地址。
（３） 其余是用戶的系統(tǒng)程序（每個(gè)２４位的字由三個(gè)字節(jié)組成），這些程序?qū)⒋鎯?chǔ)在ＤＳＰ程序存儲(chǔ)器內(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(gè)２４位字的３個(gè)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(chǔ)器的起始目的地址開始運(yùn)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(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)空間可分為程序空間、Ｘ?cái)?shù)據(jù)空間、Ｙ數(shù)據(jù)空間，每個(gè)空間都有一套獨(dú)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?cái)?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(shí)的片內(nèi)ＲＡＭ分配為：５ｋＢ程序ＲＡＭ、５．５ｋＢ Ｘ?cái)?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(shí)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(gè)矛盾。因?yàn)槿粼谙到y(tǒng)程序開始時(shí)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(shí)ＤＳＰ處于缺省（ＭＳ＝０）狀態(tài)，程序ＲＡＭ只有３ｋＢ，如果此時(shí)外部的指令代碼的大小超過了這個(gè)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(shí)，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(shí)際上沒有被利用。
另外，從ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ程序流程可以看出，這個(gè)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?cái)?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(yùn)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(jì)一個(gè)用戶自己的引導(dǎo)模塊，用這個(gè)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(kuò)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(shí)在將程序燒錄到ＦＬＡＳＨ時(shí)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(dú)立的程序放在首地址為０ｘＤ０００００Ｈ的存儲(chǔ)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(gè)系統(tǒng)程序，而僅僅是這個(gè)引導(dǎo)模塊，另外加載完這個(gè)模塊后就立即跳轉(zhuǎn)到內(nèi)部程序ＲＡＭ中執(zhí)行，此時(shí)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(jī)運(yùn)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(shí)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(shí)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(huì)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(jì)時(shí)必須進(jìn)行地址重映射。
本系統(tǒng)實(shí)際用到的ＦＬＡＳＨ的存儲(chǔ)容量不足６４ｋＢ，也就是說，當(dāng)訪問外部ＦＬＡＳＨ時(shí)，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(gè)偏移量０ｘＤ０００００Ｈ，以將ＦＬＡＳＨ的地址空間映射到ＤＳＰ內(nèi)部Ｘ?cái)?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?cái)?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?jiǎng)h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(shí)，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(gè)ａｓｍ文件，再在燒錄程序中將這個(gè)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(gè)目標(biāo)文件。最后，通過ＪＴＡＧ口將目標(biāo)文件下載到ＤＳＰ中運(yùn)行，這樣，ＤＳＰ就會(huì)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(yàn)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(gè)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(hào)不經(jīng)任何處理直接輸出。實(shí)驗(yàn)證明：系統(tǒng)脫機(jī)運(yùn)行時(shí)能夠正確地運(yùn)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(diǎn)，還可以在系統(tǒng)程序運(yùn)行前將ＤＳＰ設(shè)置為內(nèi)存切換模式，同時(shí)，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(shí)現(xiàn)對ＦＬＡＳＨ的擦除和讀寫。該方案具有一定的實(shí)用性和參考價(jià)值，也能夠用于其它ＤＳＰ系統(tǒng)。
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