TMS320C6711的FLASH引導(dǎo)裝載系統(tǒng)研究與設(shè)計
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器 FLASH存儲器 引導(dǎo)裝載 TMS320C6711
1 概述
在一些脫機運行的DSP系統(tǒng)中，用戶代碼需要在加電后自動裝載運行。DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載（Bootload）是指在系統(tǒng)加電時，由DSP將一段存儲在外部非易失性存儲器中的代碼移植到高速存儲器單元中去執(zhí)行。這樣既可利用外部存儲單元來擴展DSP本身有限的ROM資源，又能充分發(fā)揮DSP內(nèi)部資源的效能。因此，在裝載系統(tǒng)中，外部非易失性存儲器和DSP的性能顯得尤為重要。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器，而且單位存儲比特的價格比傳統(tǒng)EPROM要低，十分適合用于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統(tǒng)。本文介紹了TI公司TMS320C6711浮點DSP芯片和SST公司SST39VF040 FLASH存儲器的基本特點，同時給出了一具完整的用FLASH來實現(xiàn)系統(tǒng)引導(dǎo)裝載的實現(xiàn)方案。
2 硬件設(shè)計
2．1 器件介紹
整個系統(tǒng)由DSP（TMS320C6711），外部FLASH存儲器（SST39VF040）以及電源管理單元等構(gòu)成。下面主要介紹前面兩個模塊。TMS320C6711數(shù)字信號處理器是美國TI公司推出的TMS320C6000系列浮點DSP的一種，它采用256管腳的BGA封裝，3.3V的I/O電壓和1.8V的內(nèi)核電壓供電方式，并具有兩級cache緩存結(jié)構(gòu)和高達900MFLOPS的峰值運算能力，可廣泛應(yīng)用于圖像處理等系統(tǒng)中。
SST39VF040是SST公司推出的FLASH存儲器，該器件十分適合用作外擴存儲器，它的存儲容量為4MB，采用3.3V單電源供電，無需額外提供高電壓即可通過一些特殊的命令字序列實現(xiàn)對各個子模塊的讀寫和擦除，并且可以重復(fù)十萬次以上，因而可通過DSP軟件編程來實現(xiàn)對它的讀寫操作，十分適合于系統(tǒng)的調(diào)試和開發(fā)。
2．2 硬件連接
DSP訪問片外存儲器主要通過外部存儲器接口（EMIF），它不僅具有很強的接口能力，可以和各種存儲器直接接口，而且還具有很高的數(shù)據(jù)吞吐能力，最高可達1200MB/s。TMS320C6711的EMIF支持8位、16位和32位寬的所有存儲器，當(dāng)從這些窄位寬的存儲空間讀寫數(shù)據(jù)時，EMIF會將多個數(shù)據(jù)打包成一個32位的值，而不必增加額外電路。TMS320C6711與SST39VF040的連接電路如圖1所示。
該電路主要通過DSP的相關(guān)輸出管腳來控制FLASH的擦除和讀寫。其中，A0~A18為地址線，DQ0~DQ7為數(shù)據(jù)線，OE和WE分別為輸出使能和寫使能，CE1為片使能。由于TMS320C6711默認的引導(dǎo)模式是從外部CE1空間的8位FLASH來引導(dǎo)裝載，所以，TMS320C6711的CE1和FLASH的片選CE相連。如果是從16位或32位FLASH引導(dǎo)，則只需將HD[4：3]設(shè)置成相應(yīng)的值即可。
2．3 EMIF寄存器的配置
由于TMS320C6000在異步接口上更加方便，因此，用戶可以靈活地設(shè)置讀寫周期以實現(xiàn)與不同速度、不同類型的異步器件的直接接口。EMIF接口由一組存儲器映射的寄存器進行 控制與維護，包括配置各個空間存儲器類型和設(shè)置讀寫時序等。和異步器件接口時需配置CE空間控制寄存器，由它來控制存儲器的讀寫周期，本系統(tǒng)用到了CE1空間，故需要設(shè)置CE1空間控制寄存器的值。在設(shè)置CE1空間控制寄存器時，應(yīng)滿足以下條件：
（1）異步讀時：
SETUP+STROBE≥（tacc(m)+tsu+tdmax）/tcyc
SETUP+STROBE+HOLD≥(trc(m))/tcye
HOLD≥(th-tdmin-toh(m)/tcye
HOLD≥(th-tdmin-toh(m)/tcye
(2)異步寫時：
STROBE≥(twp(m)/tcye
SETUP+STROBE≥(txw(m))/tcye
HOLD≥(Max(tih(m),twr(m))/tcye
SETUP+STROBE+HOLD≥(twc(m))/tcye
(3)附加參數(shù)TA：TA≥（tohz(m)）/tcye
以上參數(shù)可以從芯片手冊里查到，并可據(jù)此得以滿足上述條件的CE1值：CE1=1161C901h。
3 軟件設(shè)計
引導(dǎo)裝載系統(tǒng)主要由實現(xiàn)自加載功能的定制代碼和用戶程序兩部分構(gòu)成，最后都存儲在外擴SST39VF040的指定地址中。其中如何寫定制代碼是設(shè)計的重點，它負責(zé)將中斷向量表和用戶代碼段從片外FLASH移植到其它高速存儲器中，并且將程序指針指向用戶 代碼段的起始地址。
3．1 FLASH引導(dǎo)過程
對于許多DSP應(yīng)用 系統(tǒng)，常常需要從FLASH裝載程序到DSP以便使它能夠脫機運行。設(shè)置完芯片裝載方式后，F(xiàn)LASH引導(dǎo)裝載的具體過程如下：
首先將位于外部CE1空間的FLASH（即圖1中的SST39VF040）中的程序通過EDMA自動搬入內(nèi)部RAM的地址0處（參見圖2），實際上，盡管加載過程RAM的地址0處（參見圖2），實際上，盡管加載過程是在芯片復(fù)位信號被釋放后才開始的，但是當(dāng)芯片開始復(fù)位時，就開始準備上述傳輸了。用EDMA進行 的加載過程是一個單幀數(shù)據(jù)塊的傳輸過程，數(shù)據(jù)塊的大小為1kB,當(dāng)然這1kB的數(shù)據(jù)必須包括用于實現(xiàn)自加載功能的定制代碼，1kB的數(shù)據(jù)傳輸完成后，CPU退出復(fù)位狀態(tài)，開始執(zhí)行地址0處的自加載功能的定制代碼，同時把其它的初始化段從FLASH拷貝到相應(yīng)的高速存儲器處，之后初始化C變量以換行用戶程序。
3．2 鏈接
在鏈接自加載功能的定制代碼和其它代碼時，需要特別注意該程序COFF（公共目標(biāo)文件格式）段的放置。因為有時候需要對某些段制定兩個不同的地址：一個導(dǎo)入地址，一個運行地址。導(dǎo)入地址用來決定裝載器把段的原始數(shù)據(jù)放在何處，而運行地址就是該段代碼運行的地方。任何對段的引用都是指它的運行地址。因此，如果給某個段指定不同的導(dǎo)入地址和運行地址，在程序訪問該段之前，都需要把它從導(dǎo)入地址拷貝到運行地址處，當(dāng)然這個拷貝過程有時是自動進行的，有時需要人工介入，即由自加載功能的定制代碼來完成。如前面提到的1kB數(shù)據(jù)拷貝就是EDMA自動完成的。顯然，制定兩個不同地址的目的是為了加快代碼的執(zhí)行速度。鏈接可由*.cmd文件來實現(xiàn)。代碼在鏈接在應(yīng)遵循以下原則：
（1）所有代碼和初始化數(shù)據(jù)都必須有一個FLASH的導(dǎo)入地址；
（2）所有非常數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)都有一個RAM運行 地址；
（3）未初始化的數(shù)據(jù)無需獨立的導(dǎo)入地址；
（4）從FLASH拷貝到RAM的代碼要有一個FLASH導(dǎo)入地址和RAM運行 地址。
3．3 寫自加載功能的定制代碼
通常1kB的定制代碼需要包括以下三個部分：
（1）配置EMIF寄存器。只有正確配置了EMIF的值，它才有可能訪問外部存儲器FLASH和SDRAM；
（2）拷貝初始化段。對于既有導(dǎo)入地址，又有運行地址的初始化段，需要把它從導(dǎo)入地址拷貝到它的運行地址處，處時還必須參考.map文件來確定要搬移的數(shù)據(jù)塊的大小，這些段代碼的搬移可以用匯編指令MOV來實現(xiàn)，也可以用TMS320C6711的EDMA來實現(xiàn)。由于用EDMA搬移數(shù)據(jù)要對EDMA參數(shù)進行設(shè)置，所以通常采用MOV指令來實現(xiàn)；
（3）轉(zhuǎn)向C程序的入口_c_int00,即跳轉(zhuǎn)到main（）函數(shù)的入口處。
該自加載功能的代碼如下：
BOOT_SIZE .equ 0x9800 ；待裝載代碼的大小
FLASH_START .equ 0x90000000 ；FLASH起始地址
BOOT_START .equ 0x0000000 ;L2 sram起始地址
EMIF_GCR .equ 0x01800000 ;EMIF全局控制寄存器的地址
EMIF_CE1 .equ 0x01800004 ；CE1空間控制寄存器的地址
EMIF_CE1-8 .equ 0x1161C901 ；CE1空間控制寄存器的值
.sect ".boot_load"
.global_boot
.ref_c_int00
_boot:
mvkl EMIF_GCR,A4
mvkl 0x3300,B4
mvkh EMIF_GCR,A4
mvkh 0x3300,B4
stw B4,*A4 ；配置EMF全局控制寄存器
mvk1 EMIF_CE1,A4
mvk1 EMIF_CE1-8,B4
mvkh EMIF_CE1,A4
mvkh EMIF_CE1-8,B4
stw B4,*A4 ；配置CE1空間控制寄存器
mvkl BOOT_START+1024,A4 ；待搬移數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址
mvkl FLASH_START+1024,B4 ；待搬移數(shù)據(jù)的源地址
mvkh BOOT_START+1024,A4
mvkh FLASH_START+1024,B4
zer0 A1
_boot_loop1: 數(shù)據(jù)搬移
ldb *B4++,B5
mvkl BOOT_SIZE,B6
add 1,A1,A1
mvkh BOOT_SIZE,B6 ；B6為待搬移數(shù)據(jù)塊大小，可根據(jù)實際情況來修改
cmplt A1,B6,B0
nop
stb B5,*A4++
[B0]b_boot_loop1
nop 5
mvk1 .S2_c_init00,B0
mvkh .S2_c_int00,B0
B .S2 B0 ;轉(zhuǎn)向C程序的入口
nop 5
3．4 FLASH編程
建立好了上述定制代碼段、用戶程序段、中斷向量表和鏈接命令文件后，便可利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS進行編譯、調(diào)試及鏈接，之后生成的目標(biāo)文件*.out就是DSP能夠識別的COFF格式。為了使系統(tǒng)能夠脫機運行，需要把該目標(biāo)文件的代碼寫入FLASH中，往FLASH中寫入目標(biāo)代碼可以采用以下兩種方法：
（1）用硬件仿真器XDS510/560通過JTAG口對FLASH進行在線編程。此時需要把*.out文件數(shù)據(jù)放入緩沖存儲器，然后按照FLASH芯片手冊提供的編程格式把緩沖存儲器里的數(shù)據(jù)寫入FLASH。
（3） 利用編程器進行編程。由于編程器不支持*.out文件模式，不能直接寫入FLASH中，所以必須將*.out文件轉(zhuǎn)換成編程器可讀入的*.hex格式，這可以通過CCS軟件中的轉(zhuǎn)換工具hex6x來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換時要注意hex.cmd文件的寫法，而且整個文件轉(zhuǎn)換過程是在DOS提示符下完成的。
4 結(jié)論
利用上述方法可使系統(tǒng)在脫機狀態(tài)下實現(xiàn)引導(dǎo)裝載，本次實驗所用的用戶代碼段的功能是利用 DSP的多通道緩沖串口發(fā)送一個字符串給PC機的RS232口。按照前面的方法寫好定制代碼段、用戶程序段、中斷向量表和鏈路命令文件并進行編譯、鏈接、格式轉(zhuǎn)換以及寫入FLASH之后，系統(tǒng)就可以實現(xiàn)脫機運行了。這樣，給DSP系統(tǒng)加電后，就可以通過串行口調(diào)試軟件在PC機上接收到DSP所發(fā)送的字符串以證明引導(dǎo)裝載成功。由于用戶代碼段也可以被其它程序代替，因此，本文設(shè)計的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)其有一定的通用性。
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