在仿真環(huán)境下實現(xiàn)TMS320C6000系列DSP的程序自引導
關鍵詞：TMS320C6000；FLASH；boot loader
開發(fā)ＤＳＰ系統(tǒng)應用板，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，由引導程序將ＤＳＰ的應用程序從該存儲器引導到ＤＳＰ應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)中的應用日益廣泛。
由于ＦＬＡＳＨ的存取速度較慢，寫入ＦＬＡＳＨ的程序將在系統(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：
●復位命令序列：對ＦＬＡＳＨ中任一地址寫入“Ｆ０”，即可實現(xiàn)復位。
● 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?，反之則不行。
● 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)讀出或寫入數(shù)據(jù)。
●寫入命令：也分為字節(jié)模式和字模式，分別對應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。選擇地址時應注意：若地址所在區(qū)域屬于ＦＬＡＳＨ中的保護區(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，即若應寫入命令的寄存器地址為０ｘ５５５，實際編程時，應先對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
ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ包括多個型號，
各個型號的程序自引導方法一致，下面以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３為例來介紹程序自引導的實現(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），這些外部接口使設計人員可以很容易實現(xiàn)自己的應用系統(tǒng)。
２．２ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３程序自引導功能的實現(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方法。本文只討論ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ的引導方法。
和以往ＴＩ公司的ＤＳＰ（如３ｘ、４ｘ）采用引導表由固化在ＤＳＰ內(nèi)部的引導程序實現(xiàn)程序的自引導不同，ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ采用的是一種新的引導方法，對于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３，上電后，若選擇從ＥＭＩＦ引導程序，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，然后由轉換工具進行轉化。
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，應將ｂｏｏｔ程序寫入ＣＥ１空間開始的１ｋＢ中，而將ＤＳＰ正常工作程序寫入１ｋＢ以后的地址空間中。
３ 結束語
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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