TMS320C6701 DSP自動(dòng)加載研究

0 引 言
    在許多DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，都需要DSP芯片能夠在加電后自動(dòng)從外部設(shè)備加載程序，也就是引導(dǎo)(Boot-load)。TI公司的TMS320C6000系列芯片有三種引導(dǎo)方式可供選擇，分別是不加載、ROM加載和主機(jī)加載，詳細(xì)工作流程如下：
    不加載：CPU直接從地址0處開(kāi)始執(zhí)行代碼。如果該處內(nèi)存是SDRAM，那么CPU會(huì)先掛起，等待SDRAM的初始化完成。
    ROM加載：位于外部CE1空間的ROM中的代碼首先通過(guò)DMA／EDMA被搬入地址0處。加載過(guò)程在復(fù)位信號(hào)撤銷后開(kāi)始，此時(shí)CPU內(nèi)部保持復(fù)位狀態(tài)，由DMA／EDMA執(zhí)行一個(gè)單幀的數(shù)據(jù)塊傳輸。對(duì)于C620x／C670x，DMA從CE1空間中拷貝64 KB數(shù)據(jù)到地址0處。傳輸完成后，CPU退出復(fù)位狀態(tài)，開(kāi)始執(zhí)行地址0處的指令。對(duì)于C62x／C67x，用戶還可以指定外部加載ROM的存儲(chǔ)寬度，EMIF會(huì)自動(dòng)把相鄰的8 b／16 b數(shù)據(jù)合成32 b的指令。
    主機(jī)加載：也就是HPI加載。CPU停留在復(fù)位狀態(tài)，芯片其余部分保持正常狀態(tài)。引導(dǎo)過(guò)程中，外部主機(jī)通過(guò)主機(jī)接口初始化CPU的存儲(chǔ)空間。主機(jī)完成所有的初始化工作后，向接口控制寄存器的DSPINT位寫(xiě)1，結(jié)束引導(dǎo)過(guò)程。此時(shí)CPU退出復(fù)位狀態(tài)，開(kāi)始執(zhí)行地址0處的指令。

1 ROM加載的實(shí)現(xiàn)
    究竟使用哪種引導(dǎo)方式取決于芯片引導(dǎo)模式設(shè)置，而引導(dǎo)模式由BOOTMODE[4：0]管腳確定。系統(tǒng)加電后，RESET信號(hào)有效，DSP芯片復(fù)位，在RESET信號(hào)上升沿處鎖存BOOTMODE[4：0]管腳上的設(shè)置值，以此決定DSP芯片內(nèi)存映射方式、地址0處的內(nèi)存類型以及復(fù)位后芯片的引導(dǎo)模式。本例中C6701的BOOTMODE值設(shè)為01101，即8 b ROM加載。
    ROM加載是工程中最常見(jiàn)的加載方式，這種方式可以把程序代碼段和數(shù)據(jù)段保存在ROM，F(xiàn)LASH等非易失存儲(chǔ)器中，加載過(guò)程完全由DSP自動(dòng)完成，在實(shí)際應(yīng)用中十分方便。ROM加載的具體步驟如下。
1．1 分配存儲(chǔ)空間，生成目標(biāo)文件(．out)
    TI代碼產(chǎn)生工具產(chǎn)生的目標(biāo)文件是一種模塊化的文件格式——COFF格式。程序中的代碼和數(shù)據(jù)在COFF文件中是以段的形式組織的。對(duì)于C語(yǔ)言文件，編譯器生成的代碼段名為．text。全局變量和靜態(tài)變量分配在．bss段中，而局部變量或寄存器變量分配到．stack段或使用寄存器。在DSP的配置文件中必須將這些代碼段正確地分配到C6701的地址空間中去。
    在TI提供的DSP軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)Code Composer Studio(CCS)中，編寫(xiě)DSP系統(tǒng)的工作程序，并對(duì)DSP芯片的內(nèi)存空間、EMIF接口等進(jìn)行正確的配置后，程序編譯通過(guò)，CCS就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生目標(biāo)(后綴為．out)文件，這種．out文件即為COFF格式的。[!--empirenews.page--]
    在ROM加載模式下，復(fù)位后C6701將通過(guò)DMA方式將FLASH中的前64 KB數(shù)據(jù)搬運(yùn)到DSP的片內(nèi)程序RAM執(zhí)行，因此,必須將前面編譯好的工作程序的代碼段燒寫(xiě)到FLASH地址空間中的前64 KB，而數(shù)據(jù)段則應(yīng)該燒寫(xiě)在FLASH首地址64 KB以后。這就需要在DSP芯片的內(nèi)存段管理中，將數(shù)據(jù)段的加載地址(Load Address)配置為CE1空間FLASH上的指定地址，以保證DSP在復(fù)位后能正確地從FLASH上的不同地址讀取代碼和數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1)。

    利用CCS自帶的DSP／BIOS配置工具，可以在類似Windows Explorer的窗口界面下直觀方便地初始化DSP芯片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并設(shè)置不同的參數(shù)，而不需要再單獨(dú)編寫(xiě)連接命令文件(link command file，后綴為．cmd)。保存該配置文件時(shí)，配置工具自動(dòng)生成匹配當(dāng)前配置的匯編源文件和頭文件以及一個(gè)鏈接命令文件。當(dāng)構(gòu)建(Build)應(yīng)用程序時(shí)，這些文件都會(huì)自動(dòng)被鏈接進(jìn)應(yīng)用程序。在CCS中打開(kāi)DSP／BIOS中的．cdb文件，操作System下的MEM(Memory Section Manag-er)模塊就可以對(duì)DSP存儲(chǔ)器映射空間進(jìn)行配置，并可以設(shè)置程序編譯后生成的代碼段、數(shù)據(jù)段是如何分配到這些存儲(chǔ)器空間的。這對(duì)ROM加載能否成功至關(guān)重要，要實(shí)現(xiàn)ROM加載必須把一些關(guān)鍵的代碼和數(shù)據(jù)段裝在系統(tǒng)的ROM中，但上電后仍在較快的DSP片內(nèi)RAM中運(yùn)行。這需要在DSP的內(nèi)存映射空間上先劃分出外部FLASH的起始地址和長(zhǎng)度(如圖2中的ED-FLASH段)，并將CCS編譯產(chǎn)生的各個(gè)段的運(yùn)行地址(Run Address)和加載地址(Load Address)分配到合適的存儲(chǔ)空間。需要特別注意的是，數(shù)據(jù)及代碼初始化段的加載地址必需放在FLASH空間上(如圖3)，只讀的段都可以放在FLASH上，非初始化段只需要分配運(yùn)行地址。

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    下面是用DSP／BIOS配置工具在DSP內(nèi)存空間中劃分好的各段開(kāi)始地址及長(zhǎng)度，其中EDFLASH就是外部FLASH上用于二次加載的地址空間。代碼則存放在FLASH的首地址，也就是0x1400000。
   

1．2 轉(zhuǎn)換文件格式，得到燒寫(xiě)文件(．h)
    程序編譯好后輸出的是COFF格式的．out文件，這種文件無(wú)法直接寫(xiě)進(jìn)FLASH，所以只能將其轉(zhuǎn)換為其他FLASH支持的格式。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)FLASH燒寫(xiě)的傳統(tǒng)方法是通過(guò)CCS自帶的格式轉(zhuǎn)換器hex6x把．out文件轉(zhuǎn)換為FLASH可識(shí)別的十六進(jìn)制格式(如Motorola-S、ASCII-Hex等)，再用專門的編程器將其燒寫(xiě)到FLASH芯片中保存。該方法的實(shí)現(xiàn)需要使用專門的FLASH燒寫(xiě)器，實(shí)際應(yīng)用中較為不便，本工程中，在CCS環(huán)境下，通過(guò)JTAG口，完全由DSP控制對(duì)FLASH進(jìn)行燒寫(xiě)和擦除，實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部FLASH的在線編程。
    由于燒寫(xiě)是在CCS程序中實(shí)現(xiàn)，所以首先要把．out格式的目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換為工程中可包含的．h文件。根據(jù)前面提到的方法，需要把工作程序編譯后得到的代碼段和數(shù)據(jù)段分別寫(xiě)進(jìn)FLASH中的不同地址，這就需要將COFF文件中的代碼段和數(shù)據(jù)段分別提取出來(lái)。具體做法是：使用CCS中“FiIe-Data-Save"分別把代碼段和數(shù)據(jù)段保存為dat文件(code．dat和data．dat)，代碼段和數(shù)據(jù)段的具體起始地址及長(zhǎng)度可以參考程序連接后自動(dòng)生成的連接過(guò)程結(jié)果說(shuō)明文件(后綴為．map，其中記錄了段的各種詳細(xì)信息，從中還可以知道各段的地址分配是否正確)。雖然保存下來(lái)的代碼段和數(shù)據(jù)段都是．dat格式，但其內(nèi)容已經(jīng)是我們所需要的DSP工作需要的底層機(jī)器碼，所以只需要將其作為一個(gè)數(shù)組的內(nèi)容，再給數(shù)組加上合適的類型定義，就可以直接將其格式改為能在CCS工程中直接調(diào)用的．h文件(code．h和data．h)。這樣也就巧妙地解決了格式轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
1．3 燒寫(xiě)FLASH
    有了．h格式的燒寫(xiě)文件，下面就只需要再編寫(xiě)一個(gè)用于擦除和燒寫(xiě)FLASFI的DSP工作程序，由DSP控制并通過(guò)JTAG線操作FLASH芯片，燒寫(xiě)和擦除時(shí)要按照FLASH芯片手冊(cè)中的要求先向指定地址寫(xiě)入指定關(guān)鍵字。注意代碼和數(shù)據(jù)應(yīng)分別寫(xiě)入FLASH中相應(yīng)的存儲(chǔ)地址。以上三步完成后，DSP就可以在重新加電時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)引導(dǎo)：首先從地址0x1400000處搬移64 KB初始化程序到片內(nèi)運(yùn)行，然后再?gòu)牡刂?x1410000處加載剩余的代碼和數(shù)據(jù)。

2 結(jié) 語(yǔ)
    實(shí)際工程中的應(yīng)用證明了上述方法可以使TMS320C6701在脫離上位機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)上電后自動(dòng)加載運(yùn)行，并且穩(wěn)定可靠，操作方便，使用JTAG線和仿真器就可完成所有操作。該方法只要對(duì)一些存儲(chǔ)空間的配置稍作修改即可用于C6000系列其他DSP芯片的自動(dòng)加載。另外，本文思路也可推廣到其他DSP芯片的自動(dòng)加載設(shè)計(jì)中。