基于計(jì)算機(jī)串口DSP程序加載的實(shí)現(xiàn)

在嵌入式系統(tǒng)DSP軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，比較通用的方法是利用廠商提供的仿真器通過(guò)DSP上的JTAG端口對(duì)DSP軟件進(jìn)行在線調(diào)試與加載。該方法在軟件調(diào)試階段非常方便，但是在復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中，DSP系統(tǒng)可能只是整個(gè)系統(tǒng)的一部分。完成系統(tǒng)對(duì)接后，DSP分系統(tǒng)與整個(gè)系統(tǒng)配合工作，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就需要將DSP分系統(tǒng)與整個(gè)系統(tǒng)分離，露出JTAG端口后才能實(shí)現(xiàn)軟件的調(diào)試與加載。

本文提供了一種利用計(jì)算機(jī)串口實(shí)現(xiàn)DSP軟件加載的方法，并實(shí)現(xiàn)了它的軟硬件系統(tǒng)。該方法在DSP分系統(tǒng)階段利用JTAG仿真器進(jìn)行程序加載與調(diào)試，將支持串口加載的DSP程序嵌入DSP應(yīng)用軟件中。完成整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)后，就可以通過(guò)串口傳輸線利用計(jì)算機(jī)對(duì)DSP系統(tǒng)進(jìn)行加載，而無(wú)需再將DSP系統(tǒng)分離。該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好的效果。

計(jì)算機(jī)串口加載系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。該系統(tǒng)通過(guò)PC的串行端口，經(jīng)傳輸線將加載文件發(fā)送給DSP，DSP收到加載文件之后，將其燒寫(xiě)入FLASH，系統(tǒng)下電重啟后，DSP運(yùn)行BootLoader程序，加載文件就從FLAH加載到了DSP中。本文將從DSP與計(jì)算機(jī)串口通信的實(shí)現(xiàn)、DSP對(duì)FLASH的燒寫(xiě)以及加載文件的生成三個(gè)方面，對(duì)該串口加載技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。其中DSP采用了TI公司的TMS320C6201（以下簡(jiǎn)稱(chēng)6201）DSP。

DSP與PC串口通信的實(shí)現(xiàn)

PC機(jī)串口采用通用異步接收器/發(fā)送器（UART）標(biāo)準(zhǔn)，支持RS232通信協(xié)議。UART標(biāo)準(zhǔn)是比較成熟的串行數(shù)據(jù)交換協(xié)議，因?yàn)樗钱惒椒绞降模酝ㄐ沛溌凡恍枰l(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。UART傳輸協(xié)議含有用來(lái)幫助同步接收器接收數(shù)據(jù)的起始位和停止位。數(shù)據(jù)序列中一個(gè)高電平到低電平的轉(zhuǎn)變標(biāo)志著傳送的開(kāi)始。在開(kāi)始位后，數(shù)據(jù)位首先從LSB串行發(fā)送。奇偶校驗(yàn)位是可選的，這取決于UART的格式。每幀數(shù)據(jù)都以停止位結(jié)束（通常為邏輯高電平）。

6201是高性能的數(shù)字信號(hào)處理器，它并不支持異步的UART通信。通常進(jìn)行串口通信時(shí)使用它的多通道緩沖串口McBSP(Multichannel Buffered Serial Port)，這種串口模塊由C2000系列以及C5000系列DSP的標(biāo)準(zhǔn)串口發(fā)展而來(lái)，是一種同步串行接口，不支持UART標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)與UART的通信，需要在硬件和軟件方面進(jìn)行調(diào)整。

硬件連接

本系統(tǒng)的硬件連接如圖2所示。6201的McBSP的數(shù)據(jù)輸入和幀同步輸入都與UART的發(fā)送數(shù)據(jù)線相連，這是因?yàn)閁ART的串行數(shù)據(jù)線既有數(shù)據(jù)信息，又有幀信息，而此時(shí)UART的接收數(shù)據(jù)線與McBSP的輸出數(shù)據(jù)線相連。本系統(tǒng)為了提高數(shù)據(jù)傳輸距離、增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用RS422協(xié)議方式傳輸數(shù)據(jù)，即McBSP和PC在發(fā)送端利用轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)為RS422信號(hào)傳輸，在接收端將信號(hào)轉(zhuǎn)為RS232格式接收。

軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)需要PC與DSP共同配合完成，因此軟件分為PC部分和DSP部分。PC部分主要負(fù)責(zé)將加載文件傳輸給DSP，即主要完成與DSP的通信功能；DSP部分軟件主要負(fù)責(zé)接收加載文件并將加載文件燒寫(xiě)入FLASH中，編程的重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)McBSP的異步傳輸功能。

PC部分編程

本系統(tǒng)PC部分程序主要在Visual C++ 6.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)。串口初始化參數(shù)、傳輸數(shù)據(jù)地址、各項(xiàng)操作指令等信息傳遞給程序，程序?qū)κ盏降母鞣N信息進(jìn)行相應(yīng)處理，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由PC到DSP的發(fā)送。

對(duì)串口各項(xiàng)屬性的初始化以及串口數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收等操作，主要利用現(xiàn)有控件MSComm來(lái)實(shí)現(xiàn)。MSComm控件是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，通過(guò)串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。它在串口編程時(shí)非常方便，實(shí)際上是調(diào)用了Windows的API函數(shù)，但程序員不必再了解復(fù)雜的API函數(shù)就可控制串行通信。通信的過(guò)程實(shí)際上是對(duì)屬性的操作和對(duì)控件事件的響應(yīng)。

MSComm控件在VC中包含26個(gè)屬性。其中重要的屬性有：CommPort為設(shè)置并返回連接的串行端口號(hào)；Settings為設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位；PortOpen為返回通信端口的狀態(tài)或打開(kāi)關(guān)閉端口；Input為返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流；Output為往傳輸緩沖區(qū)寫(xiě)數(shù)據(jù)流（文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù)）等。通過(guò)對(duì)屬性的操作就可以完成串行口的初始化設(shè)置、查詢(xún)及通信。

因?yàn)楸鞠到y(tǒng)主要用于DSP的文件加載，因此對(duì)實(shí)時(shí)性的要求并沒(méi)有DSP應(yīng)用程序高，在考慮通信協(xié)議時(shí)，主要以保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性為主要出發(fā)點(diǎn)。通信時(shí)，PC首先發(fā)送通信開(kāi)始標(biāo)識(shí)符，然后等待應(yīng)答。在收到正確應(yīng)答信號(hào)后，首先發(fā)送數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息，然后再開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送時(shí)以單個(gè)字符為單位，一次發(fā)送一個(gè)字符，然后等待DSP將接收到的字符回傳，收到回傳字符后與原發(fā)送字符比較，確認(rèn)一致后再進(jìn)行下一個(gè)字符的發(fā)送。

在具體實(shí)現(xiàn)中，由于文件數(shù)據(jù)量大，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)送錯(cuò)誤的情況，并導(dǎo)致發(fā)送程序中斷，因此對(duì)該流程進(jìn)行了改進(jìn)。發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)不符時(shí)并未馬上返回錯(cuò)誤信息結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，而是將該數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送，在10次內(nèi)如果發(fā)送成功則繼續(xù)發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù)，如果超過(guò)10次則返回錯(cuò)誤信息，結(jié)束發(fā)送。

DSP程序設(shè)計(jì)

DSP軟件分為兩部分，一部分是實(shí)現(xiàn)該DSP主要功能的應(yīng)用程序部分，一部分是支持該串口加載系統(tǒng)的DSP程序。

在實(shí)際應(yīng)用中，DSP應(yīng)用軟件為一個(gè)無(wú)限循環(huán)，支持該串口加載系統(tǒng)的DSP程序作為軟件的一部分嵌入在無(wú)限循環(huán)中。正常情況下，DSP運(yùn)行實(shí)現(xiàn)該DSP主要功能的應(yīng)用程序部分，當(dāng)McBSP的接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)程序收到PC傳來(lái)的連接信號(hào)后，則觸發(fā)主程序進(jìn)入串口加載程序。整個(gè)過(guò)程如圖3所示。

6201使用McBSP內(nèi)部的采樣時(shí)鐘，McBSP可以配置成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)模式。實(shí)際操作中UART的1bit對(duì)應(yīng)于McBSP的8bit字，因此DSP發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)軟件必須將1bit擴(kuò)展成要發(fā)送的8bit，同樣，接收數(shù)據(jù)時(shí)也要將接收到的每個(gè)8bit字壓縮成lbit。這就要求設(shè)置采樣速率發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部串行時(shí)鐘是串行波特率的8倍。每個(gè)UART字都以一個(gè)下降沿開(kāi)始，這個(gè)下降沿可以用作幀同步輸入。數(shù)據(jù)線和幀同步信號(hào)都連接到UART的輸出上就可以得到這一信號(hào)（詳見(jiàn)硬件連接部分）。

本系統(tǒng)以8N1(8個(gè)數(shù)據(jù)位，沒(méi)有奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)停止位)的格式從UART接收和發(fā)送1bit。對(duì)6201相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置，將發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分為兩部分：第一部分包含9個(gè)8bit的字，是開(kāi)始位和8個(gè)數(shù)據(jù)位；第二部分包含1個(gè)8bit的字，是停止位。假設(shè)DSP發(fā)送或接收一個(gè)字符a，它的ASCII碼為0x00111001，在內(nèi)存中的存儲(chǔ)形式如圖4所示。在接收到之后要對(duì)其進(jìn)行解碼處理，去掉起始位和停止位并將其進(jìn)行壓縮；在發(fā)送時(shí)要將各位進(jìn)行擴(kuò)展并加上起始位和停止位。

加載文件燒寫(xiě)

加載文件燒寫(xiě)部分程序也在DSP上運(yùn)行，主要完成的功能是將收到的加載文件燒寫(xiě)入FLASH指定位置中。系統(tǒng)下電重啟后，新寫(xiě)入FLASH的加載文件被加載入DSP，從而實(shí)現(xiàn)了DSP的串行加載。

對(duì)于FLASH的燒寫(xiě)，應(yīng)根據(jù)所選FLASH芯片型號(hào)，按照手冊(cè)要求先對(duì)特定地址寫(xiě)入控制字符，然后再進(jìn)行相應(yīng)的燒寫(xiě)或擦出操作。

加載文件的生成

用戶(hù)編寫(xiě)的應(yīng)用軟件經(jīng)過(guò)匯編、鏈接等操作后生成后綴名為.out的文件，該文件為T(mén)I公司的COFF格式的二進(jìn)制目標(biāo)文件，可以通過(guò)JTAG仿真器直接加載運(yùn)行。但是對(duì)于串口傳輸以及FLASH燒寫(xiě)等操作來(lái)說(shuō)，需要將其轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制字符串形式的文本文件。

運(yùn)行TI公司提供的hex6x.exe可完成上述操作，TI公司還提供了一系列的命令選項(xiàng)來(lái)選擇生成16進(jìn)制文件的格式。在具體操作中，可以將文件名、命令選項(xiàng)等操作全部集成在后綴為.cmd的文件中，然后運(yùn)行hex6x.exe對(duì)該后綴為.cmd的文件進(jìn)行操作，即可生成所需要的16進(jìn)制文件。

結(jié)論

TMS320C6000系列DSP的多通道緩沖串口McBSP是一個(gè)同步串口，因此不能與通用異步接收/發(fā)送器直接連接。但是，通過(guò)對(duì)DSP相關(guān)控制寄存器的簡(jiǎn)單調(diào)整，在軟件控制下，UART與TMS320C6000之間的通信成為可能，該通信功能的實(shí)現(xiàn)也是所設(shè)計(jì)的串口加載系統(tǒng)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。本論文對(duì)此串口加載系統(tǒng)硬件接口和必要的軟件部分做了詳細(xì)介紹，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通信線少、高速可靠，已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好效果。