C5402 DSP自舉引導(dǎo)方法的分析與研究

在DSP領(lǐng)域，TI公司(德州儀器公司)一直處于世界霸主地位，它生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片以其獨特的哈佛結(jié)構(gòu)、硬件密集型方案和靈活的指令系統(tǒng)成為數(shù)字信號處理器產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)先者[1]。其C5000系列DSP芯片具有功耗小、高度并行等優(yōu)點，可以滿足眾多領(lǐng)域的實時處理要求。尤其是新近推出的TMS320VC5402及 TMS320UC5402(簡稱’C5402)以其獨有的高性能、低功耗及低價位等優(yōu)勢，在推出之初便受到業(yè)界人士的普遍歡迎。

　　為充分利用DSP快速運行的優(yōu)點，通常希望用戶程序能在DSP中高速運行，這就需要運用DSP自舉引導(dǎo)功能。本文以’C5402為例，說明自舉引導(dǎo)的特點及自舉表建立的步驟。

1 幾種自舉引導(dǎo)方式

1.1 自舉引導(dǎo)方式簡介

　　眾所周知，欲獲得全速的DSP運行速度，方法之一是在DSP芯片出廠前將用戶程序掩膜在其片內(nèi)的ROM上。這種方法對大部分應(yīng)用場合并不適用，且成本很高。對大多數(shù)用戶而言，可行的方法是利用DSP自舉引導(dǎo)功能。

　　Bootlooader(自舉引導(dǎo)程序，也稱引導(dǎo)裝載程序)是在出廠前固化在DSP芯片內(nèi)ROM中的一段程序代碼，其主要功能是在上電或復(fù)位時將用戶程序從外部加載至程序存儲器(片內(nèi)RAM或擴展的RAM)中，以便實現(xiàn)高速運行。因此，用這種方法可以以較低的成本實現(xiàn)高速運行。不同型號的DSP，其Bootlooader也不同。如TMS320C54X系列的DSP提供了四種自舉引導(dǎo)方法[2]:并行EPROM、并行I/O口、串行口及主機接口HPI自舉引導(dǎo)方式，它們適用于不同的應(yīng)用場合。

1.2  ’C5402 DSP自舉引導(dǎo)方式

　　新近推出的’C5402 DSP片內(nèi)ROM掩膜的Bootlooader程序與TMS320C54X系列的其它DSP有較大的不同，它包括以下五種自舉引導(dǎo)方式:主機接口HPI、并行口、標準串行口、8位串行EEPROM及I/O口自舉引導(dǎo)方式。

DSP上電復(fù)位后，首先檢查其MP/引腳，如果該引腳為高電平，說明DSP被設(shè)置為微處理器工作方式，即從外部程序存儲器0FF80h地址開始執(zhí)行用戶程序;若該引腳為低電平，說明DSP被設(shè)置為微計算機工作方式，即從片內(nèi)ROM的0FF80h起執(zhí)行程序。’C5402 DSP片內(nèi)4K ROM掩膜了TI設(shè)計的幾段程序，其中包括自舉引導(dǎo)程序，具體內(nèi)容如表1所示[3]。因此，為利用自舉引導(dǎo)功能，必須將DSP設(shè)置為微計算機工作方式，即MP/=0。

　　由表1可見，從片內(nèi)ROM的0FF80h地址開始存放的是中斷向量表，它實為一條分支轉(zhuǎn)移指令(BD 0F800h)。該指令使程序跳轉(zhuǎn)至0F800h，并從此開始執(zhí)行自舉引導(dǎo)程序。

　　在執(zhí)行自舉引導(dǎo)搬移程序之前，首先進行初始化，其程序片段如下:

0000:F800 

　　SSBX    INTM       ; INTM=1，使中斷失效

　　STM #0FFFFh，IFR   ; 清除IFR標志 

　　LD  #0h，DP        ; DP=0，數(shù)據(jù)存儲器頁指針為0

　　ORM #02B00h，ST1   ; XF=INTM=OVM=SXM=1

　　ORM #020h，PMST    ; OVLY=1

　　STM #07FFFh，SWWSR ; SWWSR=07FFFh

　　STM #07Dh，SP      ; SP=07Dh

　　從以上程序可看出，初始化的內(nèi)容主要包括:

　　①關(guān)閉所有可屏蔽中斷(INTM=1);

　?、趯⑵瑑?nèi)DARAM映射至程序/數(shù)據(jù)存儲空間(OVLY=1);

　?、蹖⒊绦颉?shù)據(jù)及I/O存儲空間均設(shè)置為7個等待狀態(tài)(SWWSR=07FFFh)。

　　初始化完成后，根據(jù)外部設(shè)定的條件，選擇不同的自舉引導(dǎo)方式，判斷條件是有先后順序的，其流程如圖1所示。

圖1中各種自舉引導(dǎo)方式各有特點[3]: [!--empirenews.page--]

　?、僦鳈C接口HPI自舉引導(dǎo)方式

　　欲執(zhí)行的程序代碼通過HPI(主機接口總線)由外部主處理器加載至片內(nèi)存儲器中。一旦主處理器改變了被加載代碼的起始地址(存放于內(nèi)存007Fh處)，便開始執(zhí)行程序。

　?、?位串行EEPROM自舉引導(dǎo)方式

　　自舉引導(dǎo)程序通過一串聯(lián)的EEPROM讀取自舉表，并按照自舉表中指定的方式加載代碼。該EEPROM與設(shè)置為clockstop模式的多通道緩沖串口McBSP1相連接。

　　③并行自舉引導(dǎo)方式

　　自舉引導(dǎo)程序通過外部并行接口總線讀取存放于數(shù)據(jù)存儲空間中的自舉表。自舉表的內(nèi)容包括:欲加載的各段代碼、各代碼段長度、各代碼段存放的目標地址、程序入口地址及其它配置信息。

　　④標準串行口自舉引導(dǎo)方式

　　自舉引導(dǎo)程序通過被設(shè)置為標準模式的多通道緩沖串口McBSP0讀取自舉表，并按照自舉表中指定的方式加載代碼。McBSP0及McBSP1分別支持16位及8位串行接收方式。

　?、軮/O自舉引導(dǎo)方式

　　自舉引導(dǎo)程序通過外部并行接口總線從地址為0h的I/O口讀取自舉表。該外部并行接口總線使用了異步握手協(xié)議(利用XF及BIO引腳)，使數(shù)據(jù)傳輸速度可按外部設(shè)備的要求設(shè)置。

2 并行自舉引導(dǎo)方式

　　在’C5402的五種自舉引導(dǎo)方式中，并行自舉引導(dǎo)方式是最常用的一種。欲加載的各代碼段存放在字寬為8位或16位的外部存儲器中，在自舉引導(dǎo)時，通過外部并行接口總線將這些代碼從數(shù)據(jù)存儲空間傳送到程序存儲空間。

　　在并行引導(dǎo)方式中，由于可重新設(shè)置SWWSR及BSCR寄存器的內(nèi)容，所以當從快速的外部存儲器EEPROM引導(dǎo)用戶程序時，可采用較少的軟件等待狀態(tài)(默認為7個等待狀態(tài))。

　　并行自舉引導(dǎo)方式流程圖如圖2所示。從圖2可知，自舉表首地址既可從地址為0FFFFh的I/O口讀取，也可從地址為0FFFFh的數(shù)據(jù)存儲器獲得。兩種方式中，后者更為方便，因為在單片的外部存儲器EPROM或FLASH中可同時包含自舉表內(nèi)容及自舉表存放的首地址。對’C5402而言，有效的外部數(shù)據(jù)存儲器的地址范圍為04000h～0FFFFh。

并行自舉引導(dǎo)程序片段如下:

...

　　xentry  .set    61H     ;61h存放程序入口地址的XPC值

    entry   .set    62H     ;62h存放程序入口地址

　　src     .set    65H     ;65h存放自舉表首地址

　　... [!--empirenews.page--]

0000:F831 

　　STM #0h， @xentry       ;初始化程序入口地址

　　STM #boot， @entry      ;

　　PORTR #0FFFFh，@src     ;從I/O口讀取自舉表的首地址 

    MVDK @src，AR1          ;將自舉表的首地址送至AR1中

    LD  *AR1+，A            ;(AR1)→A， AR1=AR1+1

　　SUB #010AAh，A，B       ;B=A-10AAh

　　BC  par16，BEQ          ;若B=0，執(zhí)行16位并行自舉程序

    AND #0FFh，A            ;屏蔽A高16位

　　SUB #08h，A，B          ;B=A-08h

　　BC  chk_data，BNEQ      ;若B≠0， 程序跳轉(zhuǎn)至chk_data

　　LD  *AR1+，A            ; (AR1)→A， AR1=AR1+1

　　AND #0FFh，A            ;屏蔽A高16位

　　SUB #0AAh，A            ;A=A-0AAh

　　BC  par08，AEQ          ;若A=0， 執(zhí)行8位并行自舉程序chk_data STM #0FFFFh，AR1 ;從數(shù)據(jù)存儲器讀取自舉表首地址

　　NOP                     ;避免流水線沖突

　　NOP                     ;避免流水線沖突

　　LD  *AR1+，A            ;(AR1)→A， AR1=AR1+1

　　STLM A，AR1             ;將A低16位內(nèi)容存入AR1中

　　NOP                     ;避免流水線沖突

　　NOP                     ;避免流水線沖突

　　LD *AR1+，A             ;(AR1)→A， AR1=AR1+1

　　SUB #010AAh，A，B       ;B=A-10AAh

　　BC  par16，BEQ          ;若B=0，執(zhí)行16位并行自舉程序

　  STM #0FFFFh，AR1        ;(0FFFFh)→AR1

　　NOP                     ;避免流水線沖突

　　NOP                     ;避免流水線沖突

　　LDU *AR1-，A            ;(AR1)→A，AR1=AR1-1，符號位置0

　　AND #0FFh，A            ;屏蔽A高16位

　　SUB #08h，A，B          ;B=A-08h

　　BC  ser_ini，BNEQ       ;若B≠0， 程序跳轉(zhuǎn)至ser_ini

　　LD *AR1+，A             ;(AR1)→A， AR1=AR1+1

　　AND #0FFh，A            ;屏蔽A高16位

　　SUB #0AAh，A            ;A=A-0AAh

　　BC  par08，AEQ          ;若A=0，執(zhí)行8位并行自舉程序

　　ser_ini

　　...                     ;標準串行口自舉引導(dǎo)程序

　　par08

　　...                     ;8位并行自舉搬移程序

　　par16

　　...                     ;16位并行自舉搬移程序

3 自舉表的建立

　　自舉表的內(nèi)容不僅包括了欲加載的各段代碼，而且包括各段代碼長度、各代碼段存放的目標地址、程序入口地址等信息。因此若想利用自舉引導(dǎo)功能，首先必須正確建立自舉表。自舉表可由hex500格式轉(zhuǎn)換器自動生成。hex500實際為一通用程序，它將公共目標文件格式——COFF文件轉(zhuǎn)換成各種EPROM或FLASH的編程格式。因此，在使用hex500工具之前，首先必須對DSP的匯編語言、C語言或兩者的混合編程語言進行匯編、編譯、鏈接，生成COFF格式的.out文件，然后再通過設(shè)置適當?shù)倪x項生成用戶所要求的自舉表。

　　為了書寫及修改方便，可將hex500的所有選項及輸入輸出文件名以.cmd 批處理命令文件的形式保存。下面以一個DSP匯編語言程序example.asm為例，說明建立’C5402自舉表的具體步驟。

　　第一步:對example.asm進行編譯，生成example.obj文件。不論是用Windows 環(huán)境下的CCS(Code Composer Studio)，還是用DOS環(huán)境下的asm500命令文件，編譯時必須加選項—v548，且DOS的asm500版本必須在1.2以上，否則無法生成正確的’C5402自舉表。

　　第二步:鏈接，生成example.out文件。

　　第三步:使用hex500格式轉(zhuǎn)換工具，將example.out文件轉(zhuǎn)換成example.hex文件，命令格式如下:

　　C:tic5400cgtoolsbin>hex500 example.cmd

　　注:在上面的命令行中，example的擴展名cmd一定要加上。

　　以下是命令文件example.cmd的內(nèi)容:

　　example.out     /*被轉(zhuǎn)換的COFF文件名

　　-e 200h         /*程序入口地址被定義為200h

　　-a              /*轉(zhuǎn)換為ASCII-hex格式文件

　　-o example.hex  /*轉(zhuǎn)換后文件名為example.hex

　　-memwidth 16    /*外部數(shù)據(jù)存儲器字寬為16位

　　-romwidth 16    /*ROM字寬為16位

　　-boot           /*將COFF文件中各段均轉(zhuǎn)換至自舉表

　　-bootorg 8000h  /*存放自舉表的首地址為8000h

　　如果example.asm是一個簡單的求乘法累加運算，程序內(nèi)容如下[2]:

　　*****************************************

　　* example.asm y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4   *

　　***************************************** [!--empirenews.page--]

　　.title  ″example.asm″         ;源程序取名為example.asm

STACK .usect ″STACK″，10h     ;為名為STACK的堆棧預(yù)留16個單元

    .bss  x， 4                 ;在數(shù)據(jù)存儲器中為未初始

    .bss    a， 4                化變量(續(xù)) x， a， y分別

    .bss    y， 1                預(yù)留4，4，1個單元

    .def     start              ;

    .data                       ;以下為數(shù)據(jù)段

table:.word  1， 2， 3， 4     ;在以標號table開始的8個

    .word  8， 6， 4， 2        程序存儲單元中存放8個已初始化數(shù)據(jù)

    .text                       ;以下為程序段

start: STM  # STACK+10，SP  ;設(shè)置堆棧指針

    STM  # table， AR1      ;AR1指向table的首地址

    STM  # x， AR2          ;AR2指向存放變量x的首地址

    STM  # 7， AR0          ;AR0=7

    LD  # 0， A             ;A=0

loop:   LD  *AR1+， A       ;(AR1)→A， AR1=AR1+1

    STL   A， *AR2+         ;A→(AR2) ， AR2=AR2+1

    BANZ  loop，*AR0-       ;若AR0≠0，循環(huán)，AR0=AR0-1

    CALL  sum               ;若AR0=0，調(diào)用sum子程序

end:    B    end                    ;

sum:    LD    #0， A        ;A=0

    STM  #a， AR3           ;AR3指向存放變量a的首地址

    STM  #x， AR4           ;AR4指向存放變量x的首地址

    RPT   #3                ;

    MAC *AR3+，*AR4+，A     ;完成三次乘法累加運算

    STL A，@y               ;將結(jié)果存入預(yù)留的數(shù)據(jù)存儲器中

    RET                     ;返回主程序

    .end                    ;結(jié)束匯編命令

　　則生成的example.hex文件的內(nèi)容如表2所示。

 如果將example.hex的內(nèi)容燒寫至16位EPROM中，則其數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)如表3所示。

由表3 的EPROM數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)可看出，在0FFFFh地址處存放的是自舉表首地址8000h。從8000h處開始是16位自舉表的內(nèi)容。自舉表的第一個字是16位自舉標記10AA，第二、三個字分別為寄存器SWWSR及BSCR的內(nèi)容。從第四個字開始分別是程序入口地址、各代碼段長度、存放各代碼段的目標地址及各段代碼(本例含有程序段及數(shù)據(jù)段)，最后為塊結(jié)束標志0000h。這樣， 一個正確的自舉表就建立起來了。

　　’C5402 DSP芯片為用戶提供了豐富靈活的自舉引導(dǎo)方式，用戶可根據(jù)各自的需求選擇不同的引導(dǎo)方式，其中并行自舉是最常用的引導(dǎo)方式之一。正確建立自舉表是充分利用自舉引導(dǎo)功能的前提及關(guān)鍵。