TMS320VC5509的二次引導(dǎo)加載方法

引 言
    在嵌入式系統(tǒng)中，微處理器的運(yùn)行程序通常保存在其內(nèi)部或外部非易失性存儲(chǔ)器(如EPROM、EEPROM或Flash)中。對(duì)中低速的微處理器來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)程序可直接從非易失性存儲(chǔ)器讀取并解釋執(zhí)行；對(duì)高速微處理器來(lái)說(shuō)，非易失性存儲(chǔ)器的讀取速度較低，不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)程序代碼直接讀取的要求，需采用引導(dǎo)加載(Boot-load)方式將程序代碼從低速非易失性存儲(chǔ)器中加載到高速的存儲(chǔ)器(如SRAM或DRAM)中，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)直接從高速存儲(chǔ)器中讀取程序代碼，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高速運(yùn)行。因此引導(dǎo)加載是高速微處理器系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 DSP上電加載分析
    TMS320VC5509(簡(jiǎn)稱“5509”)是TI公司的一款高性能、低功耗的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片。5509片內(nèi)具有128K字高速靜態(tài)RAM，內(nèi)部只讀ROM中固化了引導(dǎo)加載程序(Bootloader)。5509支持多種引導(dǎo)加載方式，上電復(fù)位之后，片內(nèi)引導(dǎo)程序根據(jù)不同的加載方式完成加載。5509引導(dǎo)表格式如圖1所示。

    從引導(dǎo)表的格式可以看出，引導(dǎo)加載程序首先讀入雙字程序入口地址，然后讀入需要修改的寄存器數(shù)，接著是寄存器地址以及賦值，再讀入段字節(jié)數(shù)、段起始地址以及段內(nèi)容，引導(dǎo)表以讀入雙字的O值為結(jié)束，讀完引導(dǎo)表后跳轉(zhuǎn)到加載程序入口執(zhí)行。不論以何種方式加載，只是讀入的方式不同，引導(dǎo)表的格式不變。
    下面分別針對(duì)固化引導(dǎo)程序中的并行加載方式(16位)以及串行加載方式(16位SPI接口EEPROM)，來(lái)分析DSP上電加載可能遇到的問(wèn)題。
    對(duì)16位并行加載方式，默認(rèn)從片外擴(kuò)展地址0x200000(5509對(duì)應(yīng)片選引腳輸出為CEl)開始讀入引導(dǎo)表，由于TQFP封裝的5509內(nèi)部24根地址線只引出了14根，因此并行加載方式只能尋址外部214=16K字存儲(chǔ)空間，對(duì)超過(guò)16K字長(zhǎng)的引導(dǎo)表，引導(dǎo)程序無(wú)法加載。
    對(duì)16位SPI接口的EEPROM串行加載方式，5509默認(rèn)利用其同步串口0(McBSP0)來(lái)模擬SPI接口，引導(dǎo)程序固定收發(fā)時(shí)鐘為DSP時(shí)鐘頻率的244分頻。由于引導(dǎo)加載過(guò)程中，5509時(shí)鐘頻率等于外部晶振頻率，因此對(duì)于24MHz時(shí)鐘頻率，加載頻率約為100kHz，對(duì)于一段僅10K字長(zhǎng)的引導(dǎo)程序，完成加載需要244×lO×103×16／24×106≈1．63s；即使工作在DSP最高主頻144 MHz，完成加載也需要約244×10×103×16／144×105≈27l ms。這對(duì)要求上電后迅速運(yùn)行的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
    針對(duì)以上兩種加載方式存在的問(wèn)題，提出了利用二次引導(dǎo)加載方式來(lái)解決的辦法。
    二次引導(dǎo)加載是采用引導(dǎo)加載的原理，在上電復(fù)位時(shí)，DSP內(nèi)部固化的引導(dǎo)程序?qū)⒁粋€(gè)自編的引導(dǎo)程序(即二次加載程序，其編寫格式按照DSP內(nèi)部固化引導(dǎo)程序的格式完成)加載到片內(nèi)，然后通過(guò)二次引導(dǎo)加載程序?qū)⒆罱K需要執(zhí)行的程序加載到DSP中，從而實(shí)現(xiàn)更加靈活的程序加載。

2 并行方式下的二次加載設(shè)計(jì)
    針對(duì)16位并行加載方式中存在的加載程序容量有限的問(wèn)題，并行二次加載方案中利用DSP的GPIO口來(lái)擴(kuò)展地址線，解決大于16K字程序的加載問(wèn)題。這里使用兩片鐵電存儲(chǔ)器FM18L08(32K×8位)作為32K字外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器，55509地址線A[l3：1]與鐵電存儲(chǔ)器地址線A[12：0]相連，擴(kuò)展5509的通用I／O口GPIO[7：6]，用作高位地址線與鐵電存儲(chǔ)器地址線A[14：1 3]相連。在二次引導(dǎo)加載程序中，利用軟件控制GPIO[7：6]輸出高低電平，來(lái)達(dá)到控制高位地址線的目的，電路如圖2所示。GPIO[7：6]電平的不同，相當(dāng)于將32K字存儲(chǔ)器空間劃分為4頁(yè)8K字空間，每當(dāng)程序內(nèi)容超過(guò)一頁(yè)時(shí)，設(shè)置GPIO[7:6]，實(shí)現(xiàn)軟件翻頁(yè)，讀入下一頁(yè)內(nèi)容。

    在程序加載過(guò)程中，由于并行二次引導(dǎo)加載程序?qū)σ龑?dǎo)表的讀入方式與固化引導(dǎo)程序相同(不同的地方，只是在于如何尋址大于16K字程序地址)，因此省略了流程圖中具體讀引導(dǎo)表的步驟。
    在二次加載程序中，加載開始之后，首先設(shè)置GPIO[7：6]為00h，讀入第1頁(yè)數(shù)據(jù)。如果程序在計(jì)數(shù)到8K之后仍未讀完，則對(duì)GPIO[7：6]修改翻頁(yè)，進(jìn)行下一個(gè)8K的讀入。如此，直到程序全部讀完，跳轉(zhuǎn)到程序入口執(zhí)行為止。
    并行二次加載程序流程如圖3所示。

3 串行方式下的二次加載設(shè)計(jì)
    針對(duì)串行加載存在的加載速度低的問(wèn)題，采用二次加載方案，自行設(shè)定同步串口時(shí)鐘分頻倍數(shù)，以較快的速度完成程序的加載。加載的速度，就只受到外部SPI接口的EERPOM速度限制。通用SPI接口EEPROM(如Atmel公司的AT25256)速度一般均可達(dá)到1Mbps以上。下面以外接12MHz晶振為例，DSP內(nèi)部2倍頻之后，同步串口0時(shí)鐘按照12分頻，即加載頻率設(shè)置為2MHz，如此，加載速度將是固化引導(dǎo)程序的20倍。串行加載電路如圖4所示。
    串行二次加載程序中，初始化部分對(duì)DSP及其同步串口O相應(yīng)控制器進(jìn)行設(shè)置，使SPI接口時(shí)鐘工作在2MHz。然后采用與DSP固化引導(dǎo)程序相同的方式，利用GPIO4以及同步串口O模擬SPI接口對(duì)EEPROM進(jìn)行順序讀入。讀完之后，跳轉(zhuǎn)到程序入口執(zhí)行。
    程序流程如圖5所示。

4 結(jié)論
    二次加載方法克服了5509固化引導(dǎo)加載程序的弊端，可以根據(jù)不同的條件，實(shí)現(xiàn)比較靈活的加載方式。二次引導(dǎo)加載程序采用匯編語(yǔ)言編寫，代碼簡(jiǎn)單短小。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，以上兩種二次引導(dǎo)加載方式均能成功加載。

    以上介紹的二次加載方法不僅可用在5509DSP中，同樣也可以利用在其他類似的高速微處理器系統(tǒng)引導(dǎo)加載方案中，實(shí)現(xiàn)靈活的程序加載。對(duì)高速DSP采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用有比較好的實(shí)際借鑒價(jià)值。