I2C總線實現(xiàn)TMS320VC5509A引導(dǎo)裝載設(shè)計

作者：向展 裴昌幸等
1 引言
DSP芯片的Bootloader程序用于上電時將用戶程序從外部非易失性、慢速存儲器或外部控制器中裝載到片內(nèi)高速RAM中，保證用戶程序在DSP內(nèi)部高速運行，TI公司的C55x系列DSP芯片提供多種裝載模式，主要包括HPI引導(dǎo)裝載、串行E2ROM引導(dǎo)裝載、并行引導(dǎo)裝載、串行口引導(dǎo)裝載、I2C總線E2ROM引導(dǎo)裝載等，通常使用的是并行引導(dǎo)裝載模式，該方式引導(dǎo)速度快實現(xiàn)簡單，但是體積和功耗也較大，隨著串行接口存儲設(shè)備容量的提高，串行引導(dǎo)方式體積小、功耗低的優(yōu)勢便顯現(xiàn)出來了，所以使用ARM的串行接口對DSP進(jìn)行引導(dǎo)裝載，不僅能省去存儲芯片，而且利用ARM的ISP功能，可以根據(jù)需要改變用戶程序，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和升級。
本文以TMS320VC5509A芯片引導(dǎo)裝載為例，詳細(xì)介紹了利用ARM通過I2C串行引導(dǎo)方式來實現(xiàn)程序的引導(dǎo)裝載，其他引導(dǎo)過程可參考相關(guān)技術(shù)資料[1]。
TMS320VC5509A是TI公司一款16位定點低功耗DSP芯片，其指令周期最快為5ns，片內(nèi)擁有128×16k高速RAM，性價比很高，被廣泛用于嵌入式手持設(shè)備、通信、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。
TI公司的DSP芯片出廠時，在片內(nèi)ROM中固化有引導(dǎo)裝載程序（Bootloader），其主要功能就是將外部的程序裝載到片內(nèi)RAM中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度，C55x系列DSP其Bootloader程序位于片內(nèi)ROM空間的0xFF0000-0xFF8000處，進(jìn)入Bootloader程序后，程序先對DSP進(jìn)行初始化，配置DSP的堆棧寄存器、中斷寄存器和DSP狀態(tài)寄存器，保證在引導(dǎo)裝載用戶程序時不會被中斷，從而引導(dǎo)程序加載失敗。
由于DSP可以通過自舉表對寄存器進(jìn)行修改，需要注意在Bootloader程序運行時，盡量不要修改Bootloader程序配置過的中斷控制寄存器，否則會導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。
2.1 I2C引導(dǎo)模式硬件連接
為了通過I2C總線來實現(xiàn)對DSP引導(dǎo)裝載，通常情況是選擇具有I2C總線接口的E2ROM，電路框圖如圖1所示，其中GPIO0-GPIO3是用來選擇Bootloader引導(dǎo)模式，當(dāng)DSP復(fù)位后對這4個管腳電平采樣，根據(jù)不同的組合進(jìn)入到對應(yīng)的Bootloader程序，表1列出了GPIO0-GPIO3的管腳不同狀態(tài)的組合以及對應(yīng)的Bootloader引導(dǎo)方式。SDL和SDA分別為I2C的時鐘和數(shù)據(jù)線，其上拉電阻的大小取決于所連接I2C設(shè)備的多少[2]。;


如果通過I2C總線對DSP實現(xiàn)引導(dǎo)裝載，對存儲數(shù)據(jù)的I2C設(shè)備有如果幾點要求：
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（1）該設(shè)備首先必須兼容Philips的I2C總線規(guī)范V2.1，工作在從設(shè)備模式，并且其從設(shè)備地址為0x50。
（2）設(shè)備內(nèi)部使用兩個字節(jié)尋址，即在接收到主機(jī)寫命令后，其后接收到的數(shù)據(jù)是16位的地址數(shù)據(jù)。
（3）對設(shè)備讀取時，相關(guān)設(shè)備必須支持自動尋址增量，即每讀一次，其內(nèi)部地址指針自增1，保證程序按順序讀出。
常用的I2C接口E2ROM有ST公司的M24系列及Philips的PCF85系列的E2ROM，根據(jù)程序大小選擇相應(yīng)的芯片，需要注意的是I2C引導(dǎo)模式最多支持64kB的數(shù)據(jù)。
在I2C引導(dǎo)模式運行時，DSP作為主設(shè)備來控制I2C總線的時鐘，對于DSP來說，SCL必須滿足根據(jù)方程（1）所得到的速率，而I2C引導(dǎo)模式支持的最高時鐘速率為400kHz，所以如果想利用I2C引導(dǎo)模式，DSP上電時輸入時鐘就不能大于12MHz。
SCL（高）=SCL（低）
;=15×（DSP輸入時鐘周期） （1）
2.2 I2C引導(dǎo)模式數(shù)據(jù)存儲方式
為了能正確地將數(shù)據(jù)從外部存儲器搬移至DSP內(nèi)部，用戶程序需要將數(shù)據(jù)按照一定格式存儲在E2ROM中，按照這些格式存儲的數(shù)據(jù)便是自舉表（Boot table），自舉表是Bootloader程序能正常運行的保證，只有將數(shù)據(jù)按照自舉表的要求存儲，用戶程序才能被搬移到DSP內(nèi)部正常運行，在自舉表中除了用戶數(shù)據(jù)外還需要一些Bootloader控制數(shù)據(jù)，如程序入口地址（entry point address）、寄存器配置（register configurations）和可編程延遲（programmable delay）等，自舉表的結(jié)構(gòu)如圖2所示。


其中程序入口地址在將用戶程序搬移至DSP內(nèi)部后，用戶程序從該地址處開始運行，通常情況是中斷向量表的reset處，在Bootloader搬移數(shù)據(jù)之前，如果需要可以改變某些寄存器的值，如DSP的clock配置寄存器、EMIF配置等，通過自舉表配置這些寄存器后，需要一定時間才能正常工作，否則會導(dǎo)致引導(dǎo)程序失敗。延遲計數(shù)器是讓Bootloader推遲相應(yīng)的CPU周期再進(jìn)行數(shù)據(jù)搬移，確保引導(dǎo)程序正常工作，由于DSP是采用分段格式來組織數(shù)據(jù)的，如代碼段、數(shù)據(jù)段和用戶自定義數(shù)據(jù)段等，所以生成的自舉表也是按照對應(yīng)格式來建立的分段存儲，這樣有利于程序維護(hù)，實現(xiàn)模塊化設(shè)計。
在自舉表的最后