多片TSl01S的加載引導(dǎo)設(shè)計(jì)分析及實(shí)現(xiàn)

摘要：詳細(xì)分析了美國(guó)ADI公司的TigerSHARC系列數(shù)字信號(hào)處理器ADSP-TSlOlS的引導(dǎo)方式，給出了用多卡TSl01S在某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行加載引導(dǎo)的硬件以及軟件設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：ADSP-TSl01S；引導(dǎo)方式；VisualDSP++；EPROM引導(dǎo)

0 引言
    ADSP-TSlolS數(shù)字信號(hào)處理器是美國(guó)ADI公司推出的TigerSHARC系列中的一款具有極高性能的靜態(tài)超標(biāo)量處理器，該處理器已專為大信號(hào)處理任務(wù)和通信應(yīng)用進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，因而具有非常寬的存儲(chǔ)器帶寬和雙運(yùn)算模塊(支持32 bit浮點(diǎn)和8、16、32、64 bit定點(diǎn)處理)，其芯片內(nèi)部的時(shí)鐘頻率最快可以達(dá)到300 MHz。而其靜態(tài)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)則使ADSP-TSl01S每周期能夠執(zhí)行多達(dá)4條指令、24個(gè)16 bit定點(diǎn)運(yùn)算或6個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算。
    TSl01S內(nèi)部有三條相互獨(dú)立的128 bit數(shù)據(jù)總線，每條可連接三個(gè)2 M bit內(nèi)部存儲(chǔ)器bank中的一個(gè)，總共可提供12 Gbytes／s的內(nèi)部存儲(chǔ)器帶寬。

1 自動(dòng)引導(dǎo)方式
    ADSP-TSl01S的引導(dǎo)方式通常由復(fù)位時(shí)管腳的電平高低決定。在復(fù)位時(shí)，若其輸入管腳的電平為低，則設(shè)置為EPROM引導(dǎo)方式。對(duì)于這種方式，在信號(hào)無(wú)效后，信號(hào)就成為輸出信號(hào)，并作為EPROM的片選信號(hào)；如果其為高，ADSP-TSlOlS將處于空閑(IDLE)狀態(tài)，此時(shí)它將等待外部主機(jī)或鏈路口來(lái)引導(dǎo)。總的來(lái)說(shuō)，ADSP-TSlOlS有四種引導(dǎo)方式。
1．1 從EPROM引導(dǎo)
    ADSP-TSlOlS默認(rèn)為EPROM加載模式。AD-SP-TSlO1S一般被自動(dòng)配置為通過(guò)外部端口，并利用DMA通道O從片外8位EPROM裝載32 bit程序到片內(nèi)存儲(chǔ)器的Ox00～0xFF，并將byte型數(shù)據(jù)自動(dòng)打包成32 bit指令，其DMA傳送完成的中斷向量將在復(fù)位后被初始化為Ox00000000。EPROM存儲(chǔ)器空間則不被映射到DSP的統(tǒng)一存儲(chǔ)空間，即引導(dǎo)完成后，就與整個(gè)系統(tǒng)無(wú)關(guān)。其尋址空間被限定為最大16 Mbytes。
1．2 從外部主設(shè)備引導(dǎo)
    任何共享簇總線上的主設(shè)備都能夠通過(guò)外部端口，并通過(guò)寫(xiě)它的內(nèi)部存儲(chǔ)器或自動(dòng)DMA的方式引導(dǎo)ADSP-TSlO1S。
l．3 從鏈路口引導(dǎo)
    ADSP-TSlO1S的四個(gè)接收鏈路的DMA在復(fù)位后均將被自動(dòng)配置為接收32 bit到內(nèi)部存儲(chǔ)器的Ox00～0xFF，相應(yīng)的DMA傳送完成的中斷向量則可在復(fù)位后被初始化為Ox00000000。從鏈路口引導(dǎo)有時(shí)也叫做鏈路加載。
1．4 無(wú)引導(dǎo)
    ADSP-TSlO1S在復(fù)位啟動(dòng)后，一般將自動(dòng)從存儲(chǔ)空間的某個(gè)地方開(kāi)始執(zhí)行，即通過(guò)在復(fù)位后使能中斷請(qǐng)求信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)DSP啟動(dòng)。

2 多片TSl01S系統(tǒng)程序加載的硬件設(shè)計(jì)
    采用單片F(xiàn)LASH結(jié)合TSlOlS的鏈路口加載方式，可以實(shí)現(xiàn)多ADSP-TSlOlS系統(tǒng)的程序加載。該方式只需要一片較大容量的FLASH，而不需要輔助邏輯，便可實(shí)現(xiàn)多ADSP-TSlOlS系統(tǒng)的程序加載，而且多ADSP-TSlOlS之間可通過(guò)鏈路口相連，因而大大降低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
    圖1所示是某雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)的系統(tǒng)加載硬件框圖。其中第一片ADSP-TSl01S按照正常的FLASH加載方式與FLASH相連，用來(lái)負(fù)責(zé)其余幾片TSl01的加載工作。此外，第一片ADSP-TSlOlS還將LINK0口和UNK3口分別與DSP2以及DSP4相連，同樣，DSP4的UNK2口以及DSP2的LINK0口也分別與DSP3的UNK2以及UNK3相連。具體的鏈路口之間的互聯(lián)可根據(jù)需要靈活設(shè)置。

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    具體加載時(shí)，首先應(yīng)由DSPl通過(guò)FLASH程序加載方式進(jìn)行程序加載。即在DSPl程序加載完畢后，由DSPl再?gòu)腇LASH中讀出第二片，使DSP2(或者DSP4)的程序通過(guò)鏈路口。之后，再采用路口加載方式加載DSP2(或者DSP4)，DSP1在等待DSP2加載完畢后，又從FLASH中讀取DSP3的程序，并將DSP3的程序通過(guò)鏈路口DMA方式發(fā)送到DSP2(或者DSP4)中，而DSP2(或者DSP4)在收到第三片DSP3的程序后，同樣通過(guò)鏈路口加載方式加載DSP3；……以此類推，直到完成所有的ADSP-TSlOlS的加載。
    采用這種結(jié)構(gòu)的多ADSP-TSl01S系統(tǒng)，應(yīng)將每片ADSP-TSl01S的程序分開(kāi)放置在FLASH的不同的地址段中。第一片ADSP-TSlOlS的程序存放在FLASH的從0開(kāi)始的第一段地址中，第二片ADSP-TSl01S存放在接著第一段地址后面的第二段地址空間中，第三片ADSP-TSlOlS存放在接著第二段地址后面的第三段地址空間中……以此類推。就可將不同的ADSP-TSl01S的程序放置在相應(yīng)的地址空間中。但應(yīng)該注意的是，每一片AD-SP-TSl01S程序存放的實(shí)際地址必須是16的倍數(shù)，因?yàn)锳DSP-TSl01S的鏈路口每次必須傳輸4字(4*32 bits)，而FLASH是8位的，所以每次將讀取128位的程序代碼，即16個(gè)FLASH的地址數(shù)據(jù)。圖2所示是多ADSP-TSl01S的程序在FLASH中的存放情況。

    本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)LASH選用的是Atmel公司的AT49BV322D，并將其設(shè)置成4 M×8模式，因此，其byte管腳需要拉低，具體和DSP之間的硬件接
口電路如圖3所示。

    TigerSHARC處理器可支持8位、16位、32位、64位配置，這為不同類型的外部存儲(chǔ)器接口帶來(lái)了方便。選擇FLASH器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)加載的時(shí)候，使用TigerSHARC處理器向FLASH中執(zhí)行寫(xiě)操作，不會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)打包成字節(jié)，因此，當(dāng)給FLASH寫(xiě)一個(gè)字時(shí)，這個(gè)字將驅(qū)動(dòng)到外部總線[31：0]上。而FLASH存儲(chǔ)器只連接TigerSHARC外部數(shù)據(jù)總線的低8位，因此只寫(xiě)入數(shù)據(jù)最低的一個(gè)字節(jié)，其數(shù)據(jù)的預(yù)備格式如圖4所示。

3 自動(dòng)引導(dǎo)的軟件設(shè)計(jì)
    由于采用EPROM和鏈路口相結(jié)合的方法來(lái)進(jìn)行多DSP的程序加載，所以，除了最后一片DSP (DSP3)外，均要在沒(méi)一個(gè)DSP程序的開(kāi)始地方添加鏈路口加載程序。在VisualDSP++安裝目錄的ldr子目錄下，ADI公司提供了標(biāo)準(zhǔn)加載核文件及相應(yīng)的源程序(．ASM)，同時(shí)也給出了鏈接描
述文件。一般可直接使用提供的標(biāo)準(zhǔn)加載核文件或?qū)ζ湎鄳?yīng)的源程序進(jìn)行簡(jiǎn)單修改(修改當(dāng)前的DSP的接收鏈路口號(hào)即可)，重新編譯鏈接生成所需的加載核文件。
    由于ADSP-TSl01S有三種引導(dǎo)方式(不考慮無(wú)引導(dǎo)方式)，ADI公司相應(yīng)的提供了三種不同的加載核文件 (分別為T(mén)SlOl_prom．dxe、TSlOl_ link．dxe、TSlOl_host．dxe)。這三個(gè)程序的核心思想和功能完全一致，只是由于使用的加載端口和方式不同，其在具體代碼實(shí)現(xiàn)上稍有差異。綜合以上的分析可以看出：ADSP-TSlOlS的復(fù)位引導(dǎo)從本質(zhì)說(shuō)包括兩個(gè)方面：其一是在生成加載文件時(shí)，在起始部分額外增加256字的加載核文件；其二是在復(fù)位結(jié)束后，按照設(shè)定的引導(dǎo)方式的不同，自動(dòng)從相應(yīng)接口接收256字的代碼(實(shí)際就是加載核文件)到內(nèi)部存儲(chǔ)空間的0x00～0xFF，并在完成這一接收過(guò)程后，從內(nèi)部存儲(chǔ)空間的0x00000000開(kāi)始執(zhí)行程序(實(shí)際就是執(zhí)行加載核文件)，最終由加載核文件來(lái)完成整個(gè)可執(zhí)行程序的加載。
    TigerSHARC只有在運(yùn)行了加載核代碼后才能繼續(xù)加載用戶程序。但是，加載核文件并不會(huì)永遠(yuǎn)占據(jù)內(nèi)部存儲(chǔ)空間的0x00～0xFF，因?yàn)榧虞d核文件執(zhí)行到最后會(huì)自動(dòng)完成自身的覆蓋。
    本設(shè)計(jì)是由四片TSl01級(jí)聯(lián)的方式來(lái)構(gòu)成多處理器系統(tǒng)，除了第一片DSP(DSPl)選擇默認(rèn)的EPROM加載外，其余的三片DSP都要選擇LINK加載。同時(shí)，對(duì)于第一片DSP來(lái)說(shuō)，先轉(zhuǎn)發(fā)DSP2還是DSP4的程序是等價(jià)的，因?yàn)镈SP2和DSP4本身在本設(shè)計(jì)中是等價(jià)的，都屬于第二級(jí)DSP，而DSPl屬于第一級(jí)，DSP3屬于最后一級(jí)。同理，把DSP3作為誰(shuí)的附屬DSP均可以，因此不妨作為DSP4的下一級(jí)(本設(shè)計(jì)中采用這種連接方式)。第一片TS10l需要通過(guò)鏈路口來(lái)對(duì)第二和第三級(jí)的ADSP-TSl01S進(jìn)行程序加載，同時(shí)需要在第一級(jí)的應(yīng)用程序之前添加加載后續(xù)DSP的加載程序。[!--empirenews.page--]
    由于每一片DSP的程序都是由加載碼和用戶代碼組成的，所以，在第一片DSP給第二和第三級(jí)加載程序時(shí)，應(yīng)該把加載碼和用戶程序分開(kāi)傳輸。圖5所示是第一片DSP的程序流程圖。

    由于DSP3是作為DSP4的下一級(jí)DSP進(jìn)行加載的，所以，在DSP4中也要添加為第三級(jí)DSP轉(zhuǎn)發(fā)加載碼的程序代碼。第二片DSP (本設(shè)計(jì)中為DSP4)加載第三片DSP(本設(shè)計(jì)中為DSP3)的程序流程圖如圖6所示。

    需要注意的是，每片ADSP-TSlOlS在給后面的ADSP-TSlOlS進(jìn)行程序加載時(shí)，都需要預(yù)先計(jì)算好后面的ADSP-TSl01S程序的長(zhǎng)度，在進(jìn)行用戶程序傳輸時(shí)，需要用到這個(gè)值。因此，如果這個(gè)值計(jì)算錯(cuò)誤，則將會(huì)引起ADSP-TSl01S程序加載的錯(cuò)誤。

4 結(jié)束語(yǔ)
    如果在系統(tǒng)中沒(méi)有使用SDRAM，則只需對(duì)ADI提供的標(biāo)準(zhǔn)加載核源程序進(jìn)行少量修改，然后重新編譯鏈接即可使用。而如果系統(tǒng)中有SDRAM，還需在標(biāo)準(zhǔn)加載核源程序的起始處加入對(duì)SDRAM的初始化。