C6000系列DSP Flash二次加載技術(shù)研究

引言
    TI公司C6000系列DSP具有強大的處理能力，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應用。由于程序在DSP內(nèi)部存儲器的運行速度遠大于片外存儲器的運行速度，通常需要將程序從外部加載到DSP內(nèi)部運行。由于C6000系列DSP均沒有片上非易失性存儲器，而最常用的方式為采用非易失Flash存儲器進行程序的存儲和加載。然而，該系列DSP的推出是一個漸進的過程，其芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨著上市時間的先后有著較大的不同，而TI公司沒有給出統(tǒng)一的加載方式。針對該問題，本文全面研究了不同DSP芯片的加載方法與差異，并根據(jù)這些特點提出了通用的二次加載方法。

1 TI公司提供的二次加載方法
    TI公司的DSP芯片二次加載的原理是一致的，加載步驟如下：
    ①通過一次加載將二次加載程序載入DSP片內(nèi)或片外存儲器；
    ②運行二次加載程序加載剩余的程序與數(shù)據(jù)來完成后續(xù)加載；
    ③跳轉(zhuǎn)到主程序入口，完成加載。
    但是由于芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，TI公司提供了不同的加載方法。根據(jù)程序與數(shù)據(jù)空間存儲映射的不同，主要分為兩類：分離存儲映射的加載方式和混合存儲映射的加載方式。
1．1 分離存儲映射的加載方式
    在TI公司最初推出的C6000 DSP中，程序與數(shù)據(jù)空間采用分離的存儲映射方式，代表芯片為C6201和C6701。在這種方式下，程序空間與數(shù)據(jù)空間是分離的，片內(nèi)程序空間只能在第一次加載時被寫入；而在二次加載的過程中，只能對片內(nèi)數(shù)據(jù)空間或外部存儲空間進行訪問。而且運行第一次加載程序時，就要將存放在Flash中首64 KB的數(shù)據(jù)全部搬入DSP程序空間中，而數(shù)據(jù)空間就需要二次加載來完成。二次加載的流程如圖1所示。

    從圖1中可知，采用這種加載方式存在如下問題：
    ①對程序大小有限制，二次加載程序與主程序總和不能大于64 KB，無法完成正確的加載。
    ②加載方式較不靈活，DSP內(nèi)部的程序空間在第一加載后就無法更改，二次加載一般只能加載數(shù)據(jù)。[!--empirenews.page--]
1．2 混合存儲映射的加載方式
    繼推出C6201和C6701后，TI公司又推出了程序與數(shù)據(jù)空間混合存儲映射的DSP芯片。這種映射方式是當前C6000 DSP的主流，典型的芯片包括C6211、C6711、DM642、C6455等。在這些芯片中，程序空間與數(shù)據(jù)空間是統(tǒng)一編址的，程序與數(shù)據(jù)可以混放。在加載時，不論一次加載還是二次加載，均能訪問DSP片內(nèi)任意的存儲空間。第一次加載程序首先將存放在Flash中首1 KB的數(shù)據(jù)搬入DSP內(nèi)部存儲器，然后運行二次加載程序，將后續(xù)的程序或數(shù)據(jù)搬入DSP片上存儲器。加載的流程如圖2所示。

    在該模式下，二次加載程序能夠訪問任意的DSP內(nèi)部地址，突破了被加載程序長度的限制，具有更高的靈活性，因此TI公司后續(xù)的C6000芯片中均采用了該加載方式。

2 通用的二次加載方法
    由于內(nèi)部存儲映射方式的不同，C6201、C6701與其他C6000系列DSP芯片的二次加載方式有各自的特點，這在工程應用中帶來了很多不便，因此需要將這些特點統(tǒng)一起來，建立通用的加載方法。下面介紹兩種通用的二次加載方法：非結(jié)構(gòu)化的加載方式和結(jié)構(gòu)化的加載方式，分別對應于不同的應用場合。
2．1 非結(jié)構(gòu)化的加載方式
    非結(jié)構(gòu)化的加載方式是指在加載時直接將Flash中的數(shù)據(jù)搬運到DSP中，而不對這些數(shù)據(jù)進行解析。該方法非常簡單，適合程序空間不大于DSP內(nèi)部存儲空間的應用場合。
    在生成可燒寫到Flash中的文件時，首先將可執(zhí)行文件通過調(diào)試接口下載到DSP內(nèi)部(包括二次加載程序)，然后將DSP內(nèi)部存儲器中的數(shù)據(jù)完全導出(內(nèi)部存儲器大小)。如果是C6201或C6701芯片，需要分別導出程序空間與數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)(分別為64 KB)；如果是其他C6000芯片，則不用區(qū)分，導出連續(xù)的存儲空間即可。然后采用轉(zhuǎn)換軟件將導出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進制可燒寫文件，最后將數(shù)據(jù)文件按照固定的地址燒寫到Flash中。生成流程如圖3所示。

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    加載時，二次加載程序不解析任何數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，只將固定地址、固定長度的數(shù)據(jù)段加載到DSP內(nèi)部空間。具體的加載流程如圖4所示。

    該方法通用于兩種不同存儲映射的DSP芯片，使用前提是程序規(guī)模不超過片上存儲器的大小(如C6701為64 KB，C6455為2 MB)。非結(jié)構(gòu)化加載方式在生成燒寫文件時，首先直接將DSP內(nèi)部存儲器的內(nèi)容完全導出為數(shù)據(jù)文件，然后對該數(shù)據(jù)文件進行處理轉(zhuǎn)換為二進制文件，最后將數(shù)據(jù)文件按照固定的地址燒寫到Flash中。
    需要注意的是，對于C6201或C6701芯片，二次加載時僅加載數(shù)據(jù)文件，而其他C6000芯片則加載程序與數(shù)據(jù)混合的文件。非結(jié)構(gòu)化的加載方式浪費了大量的空間，例如當程序與數(shù)據(jù)并沒有使用DSP所有的內(nèi)部空間時，仍然使用最大程序空間來生成燒寫文件。
2．2 結(jié)構(gòu)化的加載方式
    結(jié)構(gòu)化加載方式是指在生成燒寫文件的過程中對程序中的各種數(shù)據(jù)進行分類并添加結(jié)構(gòu)，形成多個數(shù)據(jù)段，然后通過分析這些結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)段進行加載。具體方法為：在生成燒寫文件時采用TI公司提供的燒寫文件生成工具hex6x．exe，將程序編譯后生成的．out文件轉(zhuǎn)換為相
應的結(jié)構(gòu)化可燒寫文件。生成過程如圖5所示。在生成的結(jié)構(gòu)化文件中主要包含了主程序入口、每個程序段的目標地址、長度以及結(jié)束標志等內(nèi)容。加載流程如下：

    ①上電時，DSP通過EMIF接口將二次加載程序讀入芯片內(nèi)部；
    ②運行二次加載程序，對DSP的EMIF接口進行配置；
    ③解析Flash中結(jié)構(gòu)化的程序數(shù)據(jù)，將主程序入口地址進行暫存；
    ④對數(shù)據(jù)段i(i=1，2，…，n)進行解析，首先獲取數(shù)據(jù)段在DSP中的目的地址和數(shù)據(jù)段長度，然后從Flash中讀取數(shù)據(jù)段內(nèi)容，最后將數(shù)據(jù)段內(nèi)容載入DSP中對應地址。
    ⑤循環(huán)執(zhí)行步驟④，直到遇到結(jié)束標志為止。[!--empirenews.page--]
    ⑥讀取暫存的主程序入口地址，二次加載程序跳轉(zhuǎn)到該地址，完成加載。
    結(jié)構(gòu)化方式的加載過程如圖6所示。

    該方法對兩種不同存儲映射的DSP芯片通用，能夠?qū)⒊绦蚨位驍?shù)據(jù)段放置于DSP存儲資源的任何位置，不區(qū)分片內(nèi)或片外存儲，同時沒有程序段大小的限制；而且，在采用結(jié)構(gòu)化的加載方式后，燒寫文件的大小能夠預先確定，從而有效利用Flash的存儲空間。因此，采用結(jié)構(gòu)化的加載方法具有良好的靈活性和擴展性，是二次加載的首選方法。
    需要注意的是，該方法不能用于C6201和C6701的片內(nèi)程序加載(因為這些芯片上的程序空間在一次加載后無法更改)，但是適用于放置于外部SRAM或SDRAM中的程序加載。

結(jié)語
    本文首先對C6000系列DSP芯片的二次加載方式進行了分析，指出了各種DSP芯片在二次加載時的特點與異同；然后從通用的角度出發(fā)，提出了非結(jié)構(gòu)化的加載方式和結(jié)構(gòu)化的加載方式，并介紹了這兩種加載方法的特點與適用范圍。本文提出的方法能夠解決一大類C6000系列DSP芯片的二次加載問題，具有較高的工程價值。