基于DSP的外部Flash存儲(chǔ)器在線編程的軟硬件設(shè)計(jì)

引言

隨著嵌入式系統(tǒng)向體積更小、性能更高的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的DIP(雙列直插)集成電路因體積龐大、元器件I／O引腳數(shù)量受封裝限制等缺陷，已逐漸淡出人們的視線。在嵌入式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，大量采用SMT貼片元器件，既提高了性能，又節(jié)省了寶貴的空間。由于采用貼片元器件，無(wú)法將Flash存儲(chǔ)器等元器件從電路板上取下來(lái)單獨(dú)進(jìn)行編程。專用編程器的方式已經(jīng)很少采用，取而代之的是采用基于仿真器連接的JTAG接口的在線編程方式。這種在系統(tǒng)帶電編程的方式不受時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地都可進(jìn)行，且產(chǎn)品軟件版本升級(jí)容易。
在嵌入式系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)程序的脫機(jī)自動(dòng)運(yùn)行，程序往往固化在電可擦除的Flash存儲(chǔ)器中。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)的帶電脫機(jī)運(yùn)行，在線編程就成為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的必經(jīng)之路。由于在線編程涉及到硬件和軟件方面的內(nèi)容，因此要從頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的角度來(lái)考慮在線編程。硬件設(shè)計(jì)要為軟件設(shè)計(jì)作鋪墊，盡可能簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)。

本文以TI公司的DSP芯片TMS320C6711D和AMD公司的4 Mb Flash存儲(chǔ)器AM29LV400B為例來(lái)介紹兩種在線編程方式。

1 DSP與Flash存儲(chǔ)器的兩種硬件連接關(guān)系

1．1 以Ready信號(hào)作為硬件握手

帶有Ready信號(hào)的TMS320C6711D的EMIF(Exterhal Memory Interface)接口與Flash存儲(chǔ)器AM29LV400B的硬件連接如圖1所示。由于AM29LV-400B輸出的就緒信號(hào)／忙信號(hào)()為OD(漏極開(kāi)路)輸出，需要在該信號(hào)上加上拉電阻并連接到VCC。

1．2 采用無(wú)Ready硬件連接的軟件握手

不帶Ready信號(hào)的TMS320C6711D與Flash存儲(chǔ)器AM29LV400B的硬件連接如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

2．1 帶有硬件握手的軟件設(shè)計(jì)

帶有Ready信號(hào)連接的Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)序如圖3所示。Flash的就緒信號(hào)／忙信號(hào)()輸出為低電平時(shí)，表明Flash正忙，處于編程或擦除狀態(tài)。由于DSP與Flash存儲(chǔ)器采用Ready／Busy信號(hào)作為硬件握手信號(hào)，當(dāng)Ready／Busy信號(hào)為低電平時(shí)，CPU在總線時(shí)序上插入等待周期，直到Ready／Busy信號(hào)解除(為高電平)。在Ready信號(hào)為低電平期間，由于CPU處于等待狀態(tài)，程序被暫停執(zhí)行，因此不需要通過(guò)軟件來(lái)判斷Flash存儲(chǔ)器的編程或擦除狀態(tài)。

Flash擦除函數(shù)如下：

2．2 帶有軟件握手的軟件設(shè)計(jì)

Flash的就緒信號(hào)／忙信號(hào)()輸出為低電平時(shí)，表明Flash正忙，處于編程或擦除狀態(tài)，此時(shí)寫(xiě)入或讀出的數(shù)據(jù)是無(wú)效的，不是程序員需要的數(shù)據(jù)；當(dāng)該信號(hào)輸出為高電平時(shí)，表明Flash已處于就緒狀態(tài)，可對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)入或讀出數(shù)據(jù)的操作。

由于DSP與Flash存儲(chǔ)器的接口采用軟件握手，在對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程或擦除時(shí)，DSP的總線周期中不會(huì)由硬件自動(dòng)插入等待周期，如果此時(shí)仍采用2．1節(jié)的Flash編程函數(shù)對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，則會(huì)得到錯(cuò)誤的編程結(jié)果。編程結(jié)束后會(huì)發(fā)現(xiàn)Flash存儲(chǔ)器中有一部分內(nèi)容仍然是0xFFFF，處于編程前的狀態(tài)。雖然對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行了編程操作，但由于Flash存儲(chǔ)器上一次編程操作還未完成，本次的編程操作無(wú)效，數(shù)據(jù)根本寫(xiě)不進(jìn)Flash存儲(chǔ)器。在CCS3．1中用“View／Memery”功能查看Flash存儲(chǔ)器，就會(huì)發(fā)現(xiàn)Flash存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)等間隔地出現(xiàn)編程正確和編程不正確的現(xiàn)象。筆者在自己設(shè)計(jì)的TMS320C6711D-250嵌入式模塊(帶有AM29LV400B Flash存儲(chǔ)器)上，通過(guò)斷開(kāi)DSP與Flash存儲(chǔ)器的硬件Ready信號(hào)進(jìn)行編程測(cè)試，無(wú)等待狀態(tài)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，有等待狀態(tài)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

可見(jiàn)，在沒(méi)有硬件握手的情況下，需要通過(guò)軟件來(lái)判斷當(dāng)前Flash存儲(chǔ)器編程或擦除的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行編程操作。如果Flash存儲(chǔ)器正處于編程或擦除過(guò)程中，則無(wú)法繼續(xù)對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，需等到Flash存儲(chǔ)器上一次數(shù)據(jù)編程(寫(xiě)入)完成時(shí)才能進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)編程(寫(xiě)入)。否則，會(huì)得到錯(cuò)誤的編程結(jié)果，造成編程后數(shù)據(jù)校驗(yàn)失敗。

大多數(shù)Flash存儲(chǔ)器都提供了一個(gè)或幾個(gè)狀態(tài)位來(lái)表示當(dāng)前Flash存儲(chǔ)器編程或擦除的狀態(tài)，大多支持通過(guò)其數(shù)據(jù)總線D7數(shù)據(jù)位的狀態(tài)來(lái)判斷Flash存儲(chǔ)器當(dāng)前編程或擦除的狀態(tài)。這是大多數(shù)Flash存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦的編程輪詢算法，但經(jīng)過(guò)筆者測(cè)試，這種算法比較繁瑣，會(huì)造成部分編程內(nèi)容不正確，可采用將編程數(shù)據(jù)讀出、與寫(xiě)入數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的簡(jiǎn)單方法，實(shí)現(xiàn)軟件等待狀態(tài)的插入。

說(shuō)明：TMS320C6711D與AM29LV400B Flash存儲(chǔ)器采用16位數(shù)據(jù)連接，DSP EMIF CEl存儲(chǔ)器空間初始化為32位總線寬度(CEl端口連接16位Flash存儲(chǔ)器)，讀取／寫(xiě)入Flash存儲(chǔ)器的32位數(shù)據(jù)中高16位無(wú)效。
帶有軟握手的Flash存儲(chǔ)器編程函數(shù)如下：

3 兩種在線編程方式的區(qū)別

在硬件上加入硬件握手的Flash存儲(chǔ)器在線編程方式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，在應(yīng)用中只須考慮擦除和編程，而無(wú)須考慮Flash存儲(chǔ)器的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)Flash存儲(chǔ)器正處于擦除和編程狀態(tài)而未完成時(shí)，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器產(chǎn)生的忙信號(hào)通過(guò)Flash存儲(chǔ)器與DSP之間的硬件連接直接送入DSP，由DSP硬件在其總線訪問(wèn)周期中自動(dòng)插入等待周期，暫停DSP處理器的執(zhí)行；當(dāng)Flash擦除和編程狀態(tài)完成時(shí)，由Flash存儲(chǔ)器產(chǎn)生的就緒信號(hào)通過(guò)Flash存儲(chǔ)器與DSP之間的直接硬件連接將就緒信號(hào)送入DSP，解除DSP的等待狀態(tài)，繼續(xù)程序的執(zhí)行。而采用軟件握手的Flash在線編程方式需要程序員在軟件中判斷Flash存儲(chǔ)器的當(dāng)前狀態(tài)。只有當(dāng)Flash存儲(chǔ)器擦除過(guò)程完成時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行編程；當(dāng)Flash存儲(chǔ)器的一次編程(數(shù)據(jù)寫(xiě)入)過(guò)程完成時(shí)，才能進(jìn)行下一次的編程(數(shù)據(jù)寫(xiě)入)。軟件設(shè)計(jì)繁瑣，且要經(jīng)過(guò)多次調(diào)試。