用DSP軟件編程實(shí)現(xiàn)的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 概述

DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載是指在系統(tǒng)加電后，系統(tǒng)自行將一段存儲在外部非易失性存儲器中的代碼移植到內(nèi)部DSP的高速RAM中并執(zhí)行的過程。因此，在引導(dǎo)裝載系統(tǒng)中，外部非易失性存儲器和DSP的性能顯得尤為重要。FLASH存儲器是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器，而且單位存儲比特的價格比傳統(tǒng)的EPROM要低，所以十分適合于作為外擴(kuò)存儲器。在系統(tǒng)加電之前，必須先將引導(dǎo)程序和用戶程序?qū)懭隖LASH中。編程時，除了可以利用專用的硬件編程器實(shí)現(xiàn)對FLASH的編程之外，F(xiàn)LASH通常還支持DSP軟件編程以實(shí)現(xiàn)同樣的功能。當(dāng)系統(tǒng)加電之后，一般首先在FLASH中運(yùn)行引導(dǎo)程序，并由其自行完成對用戶程序的移植操作，然后再由DSP高速運(yùn)行移人到DSP片內(nèi)的用戶程序。本文介紹了TI公司的TMS320VC5410定點(diǎn)DSP和ST公司的M29W400T FLASH存儲器的基本特點(diǎn)和主要結(jié)構(gòu)，給出了通過DSP對FLASH進(jìn)行軟件編程的具體方法，同時介紹了實(shí)現(xiàn)一個完整的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。

2 硬件描述

2．1器件簡介

TMS320VC5410數(shù)字信號處理器是美國TI公司推出的TMS320VC54x系列定點(diǎn)DSP中的一種，它具有144管腳的LQFP封裝，采用3．3V的I／O電壓和2．5V的核電壓供電方式，具有3個獨(dú)立的16位數(shù)據(jù)總線和1個程序總線的多總線并行結(jié)構(gòu)，其低功耗和高速度適用于便攜式系統(tǒng)的開發(fā)。由于本文涉及到DSP對FLASH的存儲器地址操作；因此，在此對相關(guān)內(nèi)容加以介紹。

DSP的存儲空間包括程序空間和數(shù)據(jù)空間，它們均劃分為64k X l6位的頁面。其中DSP片內(nèi)存儲資源包括16k X l6位的可掩膜ROM以及可高速運(yùn)行的4個2k X 16位的DARAM和7個8k X l6位的SARAM。DSP有兩種工作模式：微處理器模式和微計(jì)算機(jī)模式，分別對應(yīng)MP／MC=1和0。本系統(tǒng)中采用的是加電后從外擴(kuò)的FLASH中啟動，即采用微處理器模式，所以沒有用到DSP內(nèi)部ROM中固化的引導(dǎo)程序，而是采用早先寫入FLASH中的自行設(shè)計(jì)的引導(dǎo)程序。

TMS320VC5410的存儲空間映射如圖1所示，它最大可支持128個存儲頁面，尋址空間為8Mb。在圖1中，當(dāng)MP／MC=1時，程序空間的第0和第1頁面對應(yīng)于圖中最左邊的兩列，數(shù)據(jù)空間的第0頁面對應(yīng)于圖中最右邊的一列，其中的外部空間(External)即對應(yīng)外擴(kuò)的FLASH，只有這部分FLASH存儲空間才可以被DSP訪問到。由此可知，DSP對FLASH進(jìn)行讀寫操作的前提是，F(xiàn)LASH在DSP存儲空間中至少是可見的。

M29W400系列是ST公司推出的FLASH存儲器，該系列器件十分適合于用作外擴(kuò)存儲器。M29W400T是該系列中的一種，它采用3V單電源供電，并采用TSOP封裝形式。

M29W400T存儲器的容量為4MB，分為11個不同大小的塊結(jié)構(gòu)，它支持8位或16位操作模式。本文采用16位操作模式。M29W400T的外形封裝如圖2所示，管腳功能見表1所列。M29W400T最重要特點(diǎn)就是無需額外提供高電壓即可通過一些特殊的命令字序列實(shí)現(xiàn)對各個塊的讀寫和擦除，并且可重復(fù)進(jìn)行十萬次以上。這樣使得通過DSP軟件編程實(shí)現(xiàn)對M29W400T的讀寫操作成為可能，并十分適合于系統(tǒng)的調(diào)試和開發(fā)。

2．2系統(tǒng)連接

本系統(tǒng)由TMS320VC5410和M29W400T以及相關(guān)的電源管理單元等構(gòu)成，具體的連接電路如圖3所示。圖中，DSP與FLASH是主從關(guān)系，由DSP的相關(guān)輸出管腳來控制FLASH的擦除和讀寫。其中A0-A17為地址線，DO-D15為數(shù)據(jù)線，MSTRB為存儲選通信號，R／W是讀寫脈沖信號，OE和WE分別為讀使能和寫使能，CE為片使能，BYTE為8位或16位數(shù)據(jù)模式選擇(圖3中BYTE接高電壓為16位模式)。當(dāng)系統(tǒng)按如圖3所示進(jìn)行連接后，DSP的前一半4MB地址空間數(shù)與FLASH的4MB地址空間一一對應(yīng)，因此，F(xiàn)LASH中的地址值即為DSP中的地址值，這樣，對地址的操作就變得極為方便。

FLASH中用于存放引導(dǎo)程序段和用戶代碼段，由DSP軟件編程寫入。當(dāng)系統(tǒng)脫機(jī)加電時，DSP首先從外部FLASH指定的引導(dǎo)程序段的起始位置處開始執(zhí)行引導(dǎo)裝載，即將原先存儲在FLASH中的用戶代碼移植到DSP片內(nèi)的RAM中，然后將程序指針設(shè)置為用戶程序的起始地址，接下來便可利用DSP資源去高速執(zhí)行用戶程序。

2．3 DSP對FLASH的操作

對照圖1的地址映射關(guān)系，如果采用的是微處理器模式(MP／MC=1)，并且設(shè)置寄存器OVLY=I，那么由于連接的關(guān)系使得FLASH的起始地址0x0000和DSP的起始地址0x0000重合，在DSP第0頁程序空間中可見的FLASH的地址范圍應(yīng)為0x8000-0xFFFF。

在擦除或讀寫FLASH之前，必須先執(zhí)行相應(yīng)的命令字序列，即在指定的FLASH地址處寫入指定的指令代碼，M29W400T的命令字序列如表2所示。

表2中的某些FLASH地址空間對照圖1恰好對應(yīng)于DSP的內(nèi)部地址空間，即對DSP而言是不可見的，所以需要考慮地址的重映射。文中以對FLASH寫人為例，F(xiàn)lashWrite表示一次底層的總線寫操作。

未考慮地址重映射時，命令字序列為：

FlashWrite(0x5555L，0x00AA)；// lst cycle
FlashWrite(0x2AAAL．0x0055)；// 2nd cycle
FlashWrite(Ox5555L，OxOOAO)；// 3rd cycle
(寫入命令)
FlashWrite(myaddress，mydata)；// 將數(shù)據(jù)
mydata寫入FLASH地址myaddress

由圖1可知，當(dāng)MP=1和OVLY=1時，F(xiàn)LASH地址0x5555L和0x2AAAL在DSP中不屬于外部空間，即對DSP是不可見的。這樣DSP執(zhí)行上述語句時，根本沒有對FLASH進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而導(dǎo)致即使FLASH地址myaddress是DSP可見的，也無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入的功能。

仔細(xì)分析FLASH的命令字序列可知，其實(shí)前三句命令字序列中真正起作用的地址位是A0-A14，而高地址位A15-A17可以是任意值，于是考慮加一個地址偏移量0x8000，以使得重映射后的FLASH地址在DSP中是可見的。修改后的代碼為：

#define OFFSET Ox8000
FlashWrite(((k5555L+OFFSET)，0x00AA)；// 19tcycle
FlashWrite((0x2AAAL+OFFSET)，0x0055)；// 2ndcycle
FlashWrite((0x5555L+OFFSET)，0x00A0)；
// 3rdf cycle(重映射的寫入命令)
FlashWrite(myaddress，mydata)： // 將數(shù)據(jù)mydata
寫入FLASH地址myaddress

這樣，在DSP中就可以對外部FLASH進(jìn)行寫入操作了，而其前提是FLASH地址myaddress在DSP中可見。其它的擦除和讀操作也要對照圖1作類似的地址重映射。

在DSP將數(shù)據(jù)寫入FLASH之前，只有先刪除數(shù)據(jù)所在塊，然后才能重新寫入。擦除和寫操作之前都要執(zhí)行如表2所示的相應(yīng)命令字序列。其中要寫入的數(shù)據(jù)部分即為引導(dǎo)程序以及用戶程序經(jīng)過編譯、連接后的目標(biāo)代碼，為M29W400T可識別的HEX格式。

3 軟件描述

3.1 功能分析

引導(dǎo)裝載系統(tǒng)主要由引導(dǎo)程序和用戶程序兩部分構(gòu)成，最后都存儲在外擴(kuò)的M29W400T的指定地址中。以上主要敘述的是如何將目標(biāo)代碼寫入M29W400T，下面敘述如何設(shè)計(jì)引導(dǎo)程序和用戶程序，以及生成最后目標(biāo)代碼的方法。

由于DSP采用微計(jì)算機(jī)工作模式。因此，在加電后，DSP將首先執(zhí)行0xFF80處的中斷向量表起始處的跳轉(zhuǎn)命令，然后轉(zhuǎn)向0xF800處的引導(dǎo)程序并實(shí)現(xiàn)代碼移植功能。完畢后，再次跳轉(zhuǎn)到移植后的用戶程序的起始地址并執(zhí)行。

以一個完整的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)為例，設(shè)用戶程序是從TMS320VC5410的XF管腳輸出一個均勻方波。此段代碼也可以被其它用戶程序替代，因此本文的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)具有一定的通用性。

3.2 代碼實(shí)現(xiàn)

利用TI公司的DSP集成開發(fā)套件CCS可以生成*．out格式的目標(biāo)代碼，首先要建立引導(dǎo)程序段、用戶程序段、中斷向量表和連接命令文件四部分。引導(dǎo)程序段負(fù)責(zé)將用戶程序段和中斷向量表裝載到目標(biāo)地址，用戶程序段是實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)功能的核心代碼(本文僅以實(shí)現(xiàn)輸出一個方波為例)，中斷向量表包括自啟時的跳轉(zhuǎn)處理和中斷服務(wù)程序的人口；連接命令文件則是分配各個程序段在DSP地址空間中的位置，協(xié)助生成目標(biāo)代碼，在這四部分中，引導(dǎo)程序段是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，它負(fù)責(zé)將中斷向量表和用戶代碼段從片外的M29W400T移植到片內(nèi)的RAM中，并且將程序指針指向用戶代碼段起始地址。其引導(dǎo)程序段(1Oad．a(chǎn)sm)的命令代碼如下：

．def load_start
．sect，"load_prg"
load_start：
ssbx intm ；關(guān)中斷
rsbx sxm ；符號擴(kuò)展模式設(shè)置為0
ld #0，dp ；定義數(shù)據(jù)頁指針為0
nop
nop
nop
1d #0ff80h，a ；移植中斷向量表，
0xff80為中斷向量表的舊起始地址
stm # VECT_NEW，arl；VECT_NEW表示中斷向量表的新起始地址
rpt#(VECT_LEN_1)；VECT_LEN表示中斷向量表的長度
reada * arl+
nop
ld # MAIN_OLD，a ；移植用戶程序段，
MAm_OlD表示用戶程序段的舊起始地址

stm # MAIN-NEW，arl ；MAIN_NEW表示用戶程序段的新起始地址
rpt#(MAIN_LEN_1) ；MAIN_LEN表示用戶程序段的長度
reada * arl+
endboot:
orm # 020h，@ldh ；

設(shè)置OVLY=1，使得內(nèi)部RAM同時映射到DSP數(shù)據(jù)和程序空間
ld # MAIN_NEW，a
bacc a ；程序指針指向用戶程序段的起始地址
．end
用戶程序段（main.asm）代碼如下：
.def main＿start
.sect "main＿prg"
main＿start:
loop： rsbx xf ;實(shí)現(xiàn)XF的復(fù)位和置位
nop
ssbx Xf
nop
b loop
．end
中斷向量表（vect.asm）如下：
．mmregs
．Ief main＿ start
．ref lOad_start
．def reset
．def nmi
．sect‘‘．vectors‘‘
reset: bd load_start ；加電后，跳轉(zhuǎn)到自啟程序段起始地址
stm #200，sp
nmi: rete ；
此表中只包含NMI中斷入口，也可以類似添加其他中斷入口

nop
nop
nop
.end
連接命令文件(boot．cmd)的配置如下：
vect．obj
main．obj
load．obj
-O boot．out
SECTIONS

{
main_prg：load=MAIN_OID，run=MAIN＿NEW
vectors： load=0ff80h，run=VECF＿NEW
load_prg：load=0f800h
}

上述引導(dǎo)程序經(jīng)過CCS編譯及連接后，生成的目標(biāo)文件boot．out是TMS320VC5410能夠識別的COFF格式，但是M29W400T不支持這種格式，所以不能直接寫入FLASH中。而CCS自身帶有多種HEX類型的轉(zhuǎn)換程序。因此，在經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換后，即可得到對應(yīng)于上文提到的一系列數(shù)據(jù)和地址mydata和myaddress，此時就可以在聯(lián)機(jī)情況下利用CCS以DSP軟件編程方式將目標(biāo)代碼寫入到M29W400T之中。一旦寫入成功，便可以脫機(jī)加電自啟系統(tǒng)。同時，在經(jīng)一段時間后，還可用示波器測得XF管腳輸出的均勻脈沖方波，以證明引導(dǎo)裝載成功。