單片機(jī)的FLASH引導(dǎo)裝載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載是指在系統(tǒng)加電時(shí)，由DSP將一段存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中的代碼移植到內(nèi)部高速存儲(chǔ)器單元并執(zhí)行的過(guò)程。這種方式即可利用外部存儲(chǔ)單元擴(kuò)展DSP本身有限的ROM資源，又能充分發(fā)揮DSP內(nèi)部資源的高速效能。因此，引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到整個(gè)DSP系統(tǒng)的可靠性和處理速度，是DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少的重要環(huán)節(jié)。在裝載系統(tǒng)中，外部非易失性存儲(chǔ)器和DSP的性能尤為重要。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器，而且單位存儲(chǔ)比特的價(jià)格比傳統(tǒng)EPROM要低。為此，本文介紹了TMS320C6713浮點(diǎn)DSP芯片和SST公司提供的SST39VF400A FLASH存儲(chǔ)器的基本特點(diǎn)，給出了使用該FLASH存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)完整的TMS320C6713 DSP引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的具體方法。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 主要芯片介紹

DSP自動(dòng)引導(dǎo)裝載系統(tǒng)主要使用DSP芯片(TMS320C6713)和外擴(kuò)存儲(chǔ)器(SST39VF400A)兩種芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中TMS320C6713是一款高性能的32位浮點(diǎn)DSP，適用于專(zhuān)業(yè)音頻信號(hào)處理。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是在TMS320C62XX的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)制成的，其內(nèi)部集成了多個(gè)功能單元，并采用了先進(jìn)的VLIW體系結(jié)構(gòu)及流水線技術(shù)；它采用3.3 V的I／O電壓和1.8 V的內(nèi)核電壓供電方式，并具有兩級(jí)cache緩存結(jié)構(gòu)。除此之外，它還有以下兩個(gè)主要特點(diǎn)： 第一是運(yùn)行速度快。德州儀器公司(TI)推出的這一款300 MHz的TMS320C6713數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的處理速度高達(dá)1800 MFLOPS。TMS320C6713可以使用的工作時(shí)鐘和對(duì)應(yīng)指令周期表如表1所列。

其次是精度高。TMS320C6713有三個(gè)因素影響著浮點(diǎn)格式的內(nèi)在高精度。首先，浮點(diǎn)DSP的24位I／O字長(zhǎng)在整數(shù)與實(shí)數(shù)值方面可實(shí)現(xiàn)比定點(diǎn)器件中常用的16位字長(zhǎng)更高的精確度。第二．取冪大幅提高了應(yīng)用可用的動(dòng)態(tài)范圍，較大的動(dòng)態(tài)范圍對(duì)處理極大數(shù)據(jù)集以及難以方便預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)集范圍的情況相當(dāng)重要。第三，硬件內(nèi)部的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示法比定點(diǎn)器件更為精確，這就保證了最終結(jié)果的更高精確度。

SST39VF400A是SST公司推出的FLASH存儲(chǔ)器。該器件十分適合用作外擴(kuò)存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)容量為4 MB，采用3.3 V單電源供電，因而無(wú)需額外提供高電壓即可通過(guò)一些特殊的命令字序列來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子模塊的讀寫(xiě)和擦除。并可重復(fù)十萬(wàn)次以上，此外，還可通過(guò)DSP編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的讀寫(xiě)操作，十分適合于系統(tǒng)的調(diào)試和開(kāi)發(fā)。

1.2 系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)

DSP訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器主要通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)完成。它不僅具有很強(qiáng)的接口能力(可以和各種存儲(chǔ)器直接接口)，而且具有很高的數(shù)據(jù)吞吐能力(高達(dá)1 200 MB／s)。TMS320C6713的EMIF能支持8位、16位和32位寬的所有存儲(chǔ)器，當(dāng)從這些窄位寬的存儲(chǔ)空間讀寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，EMIF會(huì)將多個(gè)數(shù)據(jù)打包成一個(gè)32位的值，而不必增加額外電路。TMS320C6713與SST39VF400的接口電路設(shè)計(jì)如圖1所示。該電路主要通過(guò)DSP的相關(guān)輸出管腳來(lái)控制FLASH的擦除和讀寫(xiě)。其中，A0～A19為地址線，DQ0～DQ15為數(shù)據(jù)線，OE和WE分別為輸出使能和寫(xiě)使能，CE1為片使能。由于TMS320C6713默認(rèn)的引導(dǎo)模式是從外部CE1空間的16位FLASH來(lái)引導(dǎo)裝載，所以，TMS320C6713的CE1和FLASH的片選CE相連。

2 軟件設(shè)計(jì)

本引導(dǎo)裝載系統(tǒng)主要由用戶應(yīng)用程序和FBTC (the FlashBurn Target Component)程序兩部分構(gòu)成，圖2所示是基于CCS的Flash存儲(chǔ)器燒寫(xiě)系統(tǒng)框圖。其中，用戶程序除了要完成用戶設(shè)計(jì)要求外，還要對(duì)DSP板上的EMIF寄存器進(jìn)行設(shè)置；FBTC程序則包括FLASH存儲(chǔ)器燒寫(xiě)算法、初始化操作、地址映射等。

2.1 用戶程序設(shè)計(jì)

用戶可根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際算法編寫(xiě)用戶主程序。除此之外，用戶還要根據(jù)自己的目標(biāo)板上存儲(chǔ)器分配進(jìn)行配置。TMS320C6713芯片上電后，若選擇從EMIF引導(dǎo)程序，DSP則自動(dòng)將位于地址空間CE1(0x90000000～0x9FFFFFFF)開(kāi)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(rèn)時(shí)序，用戶可以選擇外部程序存儲(chǔ)器的寬度(8位／16位／32位)，然后由EMIF自動(dòng)將幾次讀人的數(shù)據(jù)合成為32位數(shù)據(jù)。傳輸由DSP中的ED-MA通道以單幀形式自動(dòng)進(jìn)行。傳輸完成后，程序從地址0處開(kāi)始運(yùn)行。因此，要在TMS320C6713中實(shí)現(xiàn)基于FLASH的自引導(dǎo)功能，必須將FLASH配置在DSP的CE1地址空間中。

在這里，用戶要編寫(xiě)的EMIF配置文件是c6713 emif.s62，其程序設(shè)計(jì)代碼如下：

事實(shí)上，除了要對(duì)EMIF進(jìn)行配置外，用戶還必須在鏈接文件中為某些段制定兩個(gè)不同的地址：一個(gè)是導(dǎo)入地址，一個(gè)是運(yùn)行地址。導(dǎo)入地址用來(lái)決定裝載器把段的原始數(shù)據(jù)放在何處，而運(yùn)行地址就是該段代碼運(yùn)行的地址。制定兩個(gè)地址的目的是為了加快代碼執(zhí)行速度。它們的鏈接可由*.cmd文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)存儲(chǔ)器的設(shè)置如下：

IRAM：origin=00000000h length="0000FA00h" (內(nèi)部RAM)
FLASH_BOOT：origin=0x90000000 length="00000400h" (存儲(chǔ)自舉代碼)
FLASH_REST：origin=0x90000400 length="0001fc00h" (存儲(chǔ)主程序代碼等)

在完成用戶主程序、EMIF配置文件、鏈接命令文件后，就可利用TI公司的DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS進(jìn)行編譯、調(diào)試及鏈接，以生成用戶應(yīng)用程序的目標(biāo)文件*.out。

2.2 FBTC程序的設(shè)計(jì)

FBTC程序主要是針對(duì)DSP目標(biāo)板上的FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行操作。即通過(guò)一定的編程命令序列來(lái)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(jìn)入相應(yīng)的編程模式。SST39VF400中的主要命令和寫(xiě)入地址如表2所列。FBTC程序主函數(shù)的狀態(tài)圖如圖3所示。

圖3中的信息處理函數(shù)可依據(jù)FlashBurn編程協(xié)議提供的信息格式來(lái)設(shè)計(jì)；命令處理函數(shù)主要包括FLASH的擦除、讀取和燒寫(xiě)。同樣的，F(xiàn)BTC程序設(shè)計(jì)完成后，也可利用TI公司的DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS進(jìn)行編譯、調(diào)試及鏈接，從而生成FBTC程序的目標(biāo)文件*.out。

3 FLASH的燒寫(xiě)

對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行燒寫(xiě)一般有以下幾種方法：一是通過(guò)編程器燒寫(xiě)；二是通過(guò)開(kāi)發(fā)商提供的專(zhuān)門(mén)燒寫(xiě)軟件工具進(jìn)行燒寫(xiě)；三是自己編寫(xiě)燒寫(xiě)程序通過(guò)DSP燒寫(xiě)。本文是通過(guò)TI公司提供的FlashBurn軟件來(lái)對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行燒寫(xiě)。將FlashBurn與CCS、HEX文件轉(zhuǎn)換工具以及FBTC配合使用，可以方便快捷地將用戶數(shù)據(jù)與程序?qū)懭隖LASH存儲(chǔ)器。FlashBurn采用圖形化界面，使用方便，用戶只要簡(jiǎn)單配置幾個(gè)操作參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行擦除、燒寫(xiě)和查看內(nèi)存內(nèi)容等多項(xiàng)功能操作。其具體步驟如下：

(1) 編寫(xiě)用戶程序，通過(guò)CCS編譯、鏈接生成目標(biāo)文件user.out；
(2) 編寫(xiě)FBTC程序，通過(guò)CCS編譯、鏈接以生成目標(biāo)文件FBTC.out；
(3) 編寫(xiě)hex6x命令文件(*.cmd)，并利用hex6x來(lái)執(zhí)行這個(gè)文件，然后將用戶目標(biāo)文件user.out轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制格式user.hex。

hex6x命令文件如下：



(4) 打開(kāi)FLASHBurn軟件，新建一個(gè)*.cdd文件并設(shè)置，其設(shè)置示意圖如圖4所示；

(5) 裝載FBTC.out，然后再擦除和燒寫(xiě)FLASH；
(6) 去掉仿真器并復(fù)位DSP目標(biāo)板，以使程序自動(dòng)加載運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

按照上述步驟 將用戶應(yīng)用程序成功下載到FLASH后，再將DSP目標(biāo)板脫離仿真器并重新上電復(fù)位，其用戶應(yīng)用程序便可正常運(yùn)行，而且FLASH擦除和燒寫(xiě)速度比較快。該方法成功解決DSP程序的脫機(jī)引導(dǎo)加載問(wèn)題。事實(shí)上，根據(jù)不同的應(yīng)用，也可以參考本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)方法，以求簡(jiǎn)單、有效地解決FLASH存儲(chǔ)器的自舉問(wèn)題。