TMS320VC55x系列DSP的Flash引導(dǎo)方法研究

1 引言
隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中。最終開發(fā)的系統(tǒng)要想脫離仿真器運(yùn)行，必須將程序代碼存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。Flash存儲(chǔ)器以其大容量和可在線編程等特點(diǎn)已成為DSP系統(tǒng)的一個(gè)基本配置。如何將程序燒寫進(jìn)Flash，并在上電時(shí)加載到DSP內(nèi)部的RAM是Flash在DSP系統(tǒng)中應(yīng)用的兩個(gè)基本技術(shù)問(wèn)題。本文以基于TI公司的TMS320VC5509A和Atmel公司的AT49LV1024 Flash開發(fā)的系統(tǒng)為背景，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)引導(dǎo)相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)、燒寫軟件設(shè)計(jì)以及自舉引導(dǎo)和二次引導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)方法。
2 TMS320VC5509A的自舉引導(dǎo)
2.1 TMS320VC5509A的自舉模式配置

TMS320VC5509A每次上電復(fù)位后，在執(zhí)行完一系列初始化(配置堆棧寄存器、關(guān)閉中斷、程序臨時(shí)入口、符號(hào)擴(kuò)展、兼容性配置)工作后，根據(jù)預(yù)先配置的自舉模式，通過(guò)固化在ROM內(nèi)的Bootloader程序進(jìn)行程序引導(dǎo)。VC5509A的引導(dǎo)模式選擇是通過(guò)4個(gè)模式選擇引腳BOOTM[0：3]配置完成的。 BOOTM0～3引腳分別與GPIO1、2、3、0相連。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用EMIF(外部存儲(chǔ)接口)并行引導(dǎo)模式(16位數(shù)據(jù)寬度)，只需將BOOTM[3：0]設(shè)置成1011即可。
EMIF為外部存儲(chǔ)接口，通過(guò)EMIF接口可以靈活地和各種同步或異步存儲(chǔ)器件無(wú)縫連接。通過(guò)EMIF可以將VC5509A的存儲(chǔ)空間擴(kuò)展到128 Mbit(SDRAM)，存儲(chǔ)空間共被分為CE0～CE3四個(gè)段，每段占用不同的地址。在EMIF的并行引導(dǎo)模式中，ROM固化的Bootloader程序是以0x200000為首地址開始加載程序。0x200000即為CE1空間的首地址，所以Flash必須接在DSP的CE1空間上。在加載時(shí)。EMIF的CE1空間已經(jīng)默認(rèn)配置成異步靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)接口，并且在時(shí)序上采用了最差情況設(shè)置(即最慢訪問(wèn)速度)，充分保證了時(shí)間裕量，使得程序代碼順利地加載到DSP的內(nèi)存中。
2.2 TMS320VC5509A的引導(dǎo)表
Bootloader在引導(dǎo)程序時(shí)，程序代碼是以引導(dǎo)表格形式加載的。TMS320VC55x的引導(dǎo)表結(jié)構(gòu)中包括了用戶程序的代碼段和數(shù)據(jù)段以及相應(yīng)段在內(nèi)存中的指定存儲(chǔ)位置，此外還包括了程序人口地址、部分寄存器的配置值、可編程延時(shí)時(shí)間等信息。TMS320VC55x系列DSP的引導(dǎo)表結(jié)構(gòu)如表1所示。

其中，程序入口地址是引導(dǎo)表加載結(jié)束后，用戶程序開始執(zhí)行的地址；寄存器配置數(shù)目決定了后面有多少個(gè)寄存器需要配置；只有當(dāng)延時(shí)標(biāo)志為0xFFFF時(shí)，延時(shí)才被執(zhí)行；延時(shí)長(zhǎng)度決定了在寄存器配置后延時(shí)多少個(gè)CPU周期才進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作；段長(zhǎng)度、段起始地址和數(shù)據(jù)則為用戶程序中定義的各個(gè)段的內(nèi)容，并且可以重復(fù)添加；最后以0x00000000(32個(gè)0)作為引導(dǎo)表的結(jié)束標(biāo)志。

若要生成引導(dǎo)表，可用CCS最終編譯生成的，out文件通過(guò)CCS自帶的hex55.exe轉(zhuǎn)換程序得到。將hex55.exe、.out文件、.0cmd文件放在同一個(gè)文件夾中，通過(guò)DOS命令調(diào)用hex55.exe。即可完成.out文件到hex格式的引導(dǎo)表文件的轉(zhuǎn)化。.CMD文件用于提供引導(dǎo)表的相關(guān)配置信息，以下為一個(gè).CMD文件的實(shí)例：

3 Flash的燒寫和自舉的實(shí)現(xiàn)
3.1 TMS320VC5509A和AT49LV1024的硬件沒(méi)計(jì)
AT49LV1024是Atmel公司一款3 V供電系統(tǒng)的Flash存儲(chǔ)器，16位位寬，容量為64 KB(16條地址線)。VC5509A(PGE封裝)只有14條地址線，只能尋址16 KB的SRAM空間。要想尋址64 KB地址空間的話，F(xiàn)lash地址線的高兩位則需要通過(guò)其他I／O線控制。在本系統(tǒng)中通過(guò)GPIO4和GPIO6與Flash的高兩位地址相連實(shí)現(xiàn)，其連接示意圖如圖1所示。但是在Bootloader自舉引導(dǎo)程序時(shí)，并不能控制GPIO引腳，也就是只能引導(dǎo)最大16 KB的程序。對(duì)于大于16 KB的程序，則需要進(jìn)行二次引導(dǎo)。

3.2 二次引導(dǎo)技術(shù)
所謂二次引導(dǎo)，就是通過(guò)DSP內(nèi)部ROM固化的Bootloader引導(dǎo)用戶自行編寫一個(gè)引導(dǎo)程序，其功能和ROM固化的Bootloader相同，再通過(guò)此引導(dǎo)程序加載系統(tǒng)最終運(yùn)行的程序代碼，并在加載結(jié)束后，把PC值置為新的程序入口地址。在用戶編寫的引導(dǎo)程序中控制GIPO4和GPIO6，即可實(shí)現(xiàn)64 KB地址空間尋址。具體實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示。

3.3 數(shù)據(jù)燒寫程序設(shè)計(jì)
Flash的數(shù)據(jù)可直接讀取，但對(duì)Flash的編程和擦除操作則需要通過(guò)一系列命令才能進(jìn)行。AT49LV1024的寫操作只能將1變成0，而0變成1必須通過(guò)擦除操作進(jìn)行。所以每次寫Flash之前必須進(jìn)行片擦除，使存儲(chǔ)單元值變成0xFFFF，才能進(jìn)行編程。

擦除命令需要6個(gè)周期，操作命令如表2所示。
編程命令需要4個(gè)周期，操作命令如表3所示。

編程和擦除操作都需要一定周期的時(shí)間(AT49LV1024的單字編程時(shí)間是20μ8，整片擦除時(shí)間是10 s)，用戶可以通過(guò)查詢標(biāo)志數(shù)據(jù)線DQ6和DQ7確定編程或擦除是否完畢。當(dāng)器件正處于編程或擦除狀態(tài)時(shí)，連續(xù)讀任意單元的值，DQ6的值將一直在0、1之間交替變化，當(dāng)編程或擦除結(jié)束時(shí)，讀DQ6則得到一個(gè)恒定值。本文即通過(guò)此方法判斷操作是否結(jié)束。

根據(jù)Flash的編程和擦除命令，編寫了相應(yīng)的C語(yǔ)言程序，其中SetGPIO46Addr(Addr)子程序的作用是根據(jù)所傳遞的Addr值配置相應(yīng)的GPIO4和GPIO6即高兩位地址的值。
3.3.1 片擦除程序

3.3.2 單字編程程序

3.3.3 編程和擦除結(jié)束確認(rèn)程序

3.4 程序的燒寫實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)在CCS仿真環(huán)境下對(duì)Flash進(jìn)行在線編程。先建立一個(gè)Flash的燒寫工程，并在工程中將要燒寫進(jìn)Flash的引導(dǎo)表文件通過(guò)CCS的LOADDATA功能直接加載進(jìn)DSP的內(nèi)存，根據(jù)加載的首地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，在仿真環(huán)境下燒進(jìn)Flash中。值得注意的是，程序加載的內(nèi)存空間不能與Flash的燒寫程序重疊，否則燒寫失敗。
需要補(bǔ)充的是，經(jīng)hex55.exe文件轉(zhuǎn)化后的hex格式的引導(dǎo)表文件是不能直接導(dǎo)入CCS中的。CCS只支持將特別規(guī)定的DAT格式文件通過(guò)LOADDATA導(dǎo)入內(nèi)存，所以在導(dǎo)入之前必須先將引導(dǎo)表轉(zhuǎn)化成DAT格式文件，這個(gè)工作可以由VC編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化程序?qū)崿F(xiàn)。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文闡述了一種針對(duì)TMS320VC55x系列DSP簡(jiǎn)單有效的Flash燒寫方法，并提出了程序自舉引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法，包括大程序二次引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法。本文討論的引導(dǎo)方法包括硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)程序，已在筆者的實(shí)際開發(fā)CMOS圖像采集項(xiàng)目中使用并成功運(yùn)行。