基于計算機串口DSP程序加載的實現(xiàn)

概述

在嵌入式系統(tǒng)DSP軟件的開發(fā)過程中，比較通用的方法是利用廠商提供的仿真器通過DSP上的JTAG端口對DSP軟件進行在線調(diào)試與加載。該方法在軟件調(diào)試階段非常方便，但是在復雜的嵌入式系統(tǒng)中，DSP系統(tǒng)可能只是整個系統(tǒng)的一部分。完成系統(tǒng)對接后，DSP分系統(tǒng)與整個系統(tǒng)配合工作，一旦出現(xiàn)問題，就需要將DSP分系統(tǒng)與整個系統(tǒng)分離，露出JTAG端口后才能實現(xiàn)軟件的調(diào)試與加載。

本文提供了一種利用計算機串口實現(xiàn)DSP軟件加載的方法，并實現(xiàn)了它的軟硬件系統(tǒng)。該方法在DSP分系統(tǒng)階段利用JTAG仿真器進行程序加載與調(diào)試，將支持串口加載的DSP程序嵌入DSP應用軟件中。完成整個復雜系統(tǒng)后，就可以通過串口傳輸線利用計算機對DSP系統(tǒng)進行加載，而無需再將DSP系統(tǒng)分離。該系統(tǒng)已經(jīng)在實際運用中取得了良好的效果。

計算機串口加載系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。該系統(tǒng)通過PC的串行端口，經(jīng)傳輸線將加載文件發(fā)送給DSP，DSP收到加載文件之后，將其燒寫入FLASH，系統(tǒng)下電重啟后，DSP運行BootLoader程序，加載文件就從FLAH加載到了DSP中。本文將從DSP與計算機串口通信的實現(xiàn)、DSP對FLASH的燒寫以及加載文件的生成三個方面，對該串口加載技術進行詳細論述。其中DSP采用了TI公司的TMS320C6201（以下簡稱6201）DSP。

DSP與PC串口通信的實現(xiàn)

PC機串口采用通用異步接收器/發(fā)送器（UART）標準，支持RS232通信協(xié)議。UART標準是比較成熟的串行數(shù)據(jù)交換協(xié)議，因為它是異步方式的，所以通信鏈路不需要發(fā)送時鐘信號。UART傳輸協(xié)議含有用來幫助同步接收器接收數(shù)據(jù)的起始位和停止位。數(shù)據(jù)序列中一個高電平到低電平的轉(zhuǎn)變標志著傳送的開始。在開始位后，數(shù)據(jù)位首先從LSB串行發(fā)送。奇偶校驗位是可選的，這取決于UART的格式。每幀數(shù)據(jù)都以停止位結(jié)束（通常為邏輯高電平）。

6201是高性能的數(shù)字信號處理器，它并不支持異步的UART通信。通常進行串口通信時使用它的多通道緩沖串口McBSP(Multichannel Buffered Serial Port)，這種串口模塊由C2000系列以及C5000系列DSP的標準串口發(fā)展而來，是一種同步串行接口，不支持UART標準。為了實現(xiàn)與UART的通信，需要在硬件和軟件方面進行調(diào)整。

硬件連接

本系統(tǒng)的硬件連接如圖2所示。6201的McBSP的數(shù)據(jù)輸入和幀同步輸入都與UART的發(fā)送數(shù)據(jù)線相連，這是因為UART的串行數(shù)據(jù)線既有數(shù)據(jù)信息，又有幀信息，而此時UART的接收數(shù)據(jù)線與McBSP的輸出數(shù)據(jù)線相連。本系統(tǒng)為了提高數(shù)據(jù)傳輸距離、增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，采用RS422協(xié)議方式傳輸數(shù)據(jù)，即McBSP和PC在發(fā)送端利用轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)為RS422信號傳輸，在接收端將信號轉(zhuǎn)為RS232格式接收。

軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)需要PC與DSP共同配合完成，因此軟件分為PC部分和DSP部分。PC部分主要負責將加載文件傳輸給DSP，即主要完成與DSP的通信功能；DSP部分軟件主要負責接收加載文件并將加載文件燒寫入FLASH中，編程的重點在于實現(xiàn)McBSP的異步傳輸功能。

PC部分編程

本系統(tǒng)PC部分程序主要在Visual C++ 6.0環(huán)境下開發(fā)。串口初始化參數(shù)、傳輸數(shù)據(jù)地址、各項操作指令等信息傳遞給程序，程序?qū)κ盏降母鞣N信息進行相應處理，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)由PC到DSP的發(fā)送。

對串口各項屬性的初始化以及串口數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收等操作，主要利用現(xiàn)有控件MSComm來實現(xiàn)。MSComm控件是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件，通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應用程序提供串行通信功能。它在串口編程時非常方便，實際上是調(diào)用了Windows的API函數(shù)，但程序員不必再了解復雜的API函數(shù)就可控制串行通信。通信的過程實際上是對屬性的操作和對控件事件的響應。

MSComm控件在VC中包含26個屬性。其中重要的屬性有：CommPort為設置并返回連接的串行端口號；Settings為設置并返回波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位；PortOpen為返回通信端口的狀態(tài)或打開關閉端口；Input為返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流；Output為往傳輸緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)流（文本數(shù)據(jù)或二進制數(shù)據(jù)）等。通過對屬性的操作就可以完成串行口的初始化設置、查詢及通信。

因為本系統(tǒng)主要用于DSP的文件加載，因此對實時性的要求并沒有DSP應用程序高，在考慮通信協(xié)議時，主要以保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性為主要出發(fā)點。通信時，PC首先發(fā)送通信開始標識符，然后等待應答。在收到正確應答信號后，首先發(fā)送數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)長度等信息，然后再開始發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送時以單個字符為單位，一次發(fā)送一個字符，然后等待DSP將接收到的字符回傳，收到回傳字符后與原發(fā)送字符比較，確認一致后再進行下一個字符的發(fā)送。

在具體實現(xiàn)中，由于文件數(shù)據(jù)量大，經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)送錯誤的情況，并導致發(fā)送程序中斷，因此對該流程進行了改進。發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)不符時并未馬上返回錯誤信息結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送，而是將該數(shù)據(jù)重復發(fā)送，在10次內(nèi)如果發(fā)送成功則繼續(xù)發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù)，如果超過10次則返回錯誤信息，結(jié)束發(fā)送。

DSP程序設計

DSP軟件分為兩部分，一部分是實現(xiàn)該DSP主要功能的應用程序部分，一部分是支持該串口加載系統(tǒng)的DSP程序。

在實際應用中，DSP應用軟件為一個無限循環(huán)，支持該串口加載系統(tǒng)的DSP程序作為軟件的一部分嵌入在無限循環(huán)中。正常情況下，DSP運行實現(xiàn)該DSP主要功能的應用程序部分，當McBSP的接收數(shù)據(jù)中斷服務程序收到PC傳來的連接信號后，則觸發(fā)主程序進入串口加載程序。整個過程如圖3所示。

6201使用McBSP內(nèi)部的采樣時鐘，McBSP可以配置成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)模式。實際操作中UART的1bit對應于McBSP的8bit字，因此DSP發(fā)送數(shù)據(jù)時軟件必須將1bit擴展成要發(fā)送的8bit，同樣，接收數(shù)據(jù)時也要將接收到的每個8bit字壓縮成lbit。這就要求設置采樣速率發(fā)生器產(chǎn)生一個內(nèi)部串行時鐘是串行波特率的8倍。每個UART字都以一個下降沿開始，這個下降沿可以用作幀同步輸入。數(shù)據(jù)線和幀同步信號都連接到UART的輸出上就可以得到這一信號（詳見硬件連接部分）。

本系統(tǒng)以8N1(8個數(shù)據(jù)位，沒有奇偶校驗位，1個停止位)的格式從UART接收和發(fā)送1bit。對6201相應寄存器進行配置，將發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分為兩部分：第一部分包含9個8bit的字，是開始位和8個數(shù)據(jù)位；第二部分包含1個8bit的字，是停止位。假設DSP發(fā)送或接收一個字符a，它的ASCII碼為0x00111001，在內(nèi)存中的存儲形式如圖4所示。在接收到之后要對其進行解碼處理，去掉起始位和停止位并將其進行壓縮；在發(fā)送時要將各位進行擴展并加上起始位和停止位。

加載文件燒寫

加載文件燒寫部分程序也在DSP上運行，主要完成的功能是將收到的加載文件燒寫入FLASH指定位置中。系統(tǒng)下電重啟后，新寫入FLASH的加載文件被加載入DSP，從而實現(xiàn)了DSP的串行加載。

對于FLASH的燒寫，應根據(jù)所選FLASH芯片型號，按照手冊要求先對特定地址寫入控制字符，然后再進行相應的燒寫或擦出操作。

加載文件的生成

用戶編寫的應用軟件經(jīng)過匯編、鏈接等操作后生成后綴名為.out的文件，該文件為TI公司的COFF格式的二進制目標文件，可以通過JTAG仿真器直接加載運行。但是對于串口傳輸以及FLASH燒寫等操作來說，需要將其轉(zhuǎn)化為16進制字符串形式的文本文件。

運行TI公司提供的hex6x.exe可完成上述操作，TI公司還提供了一系列的命令選項來選擇生成16進制文件的格式。在具體操作中，可以將文件名、命令選項等操作全部集成在后綴為.cmd的文件中，然后運行hex6x.exe對該后綴為.cmd的文件進行操作，即可生成所需要的16進制文件。

結(jié)論

TMS320C6000系列DSP的多通道緩沖串口McBSP是一個同步串口，因此不能與通用異步接收/發(fā)送器直接連接。但是，通過對DSP相關控制寄存器的簡單調(diào)整，在軟件控制下，UART與TMS320C6000之間的通信成為可能，該通信功能的實現(xiàn)也是所設計的串口加載系統(tǒng)的難點和重點。本論文對此串口加載系統(tǒng)硬件接口和必要的軟件部分做了詳細介紹，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、通信線少、高速可靠，已經(jīng)在實際運用中取得了良好效果。

發(fā)布者：小宇