基于C語言和GEL語言的Flash編程新方法

摘要 以TMS320VC5402為例，探討一種綜合運用C語言、數(shù)據(jù)文件及GEL語言的Flash編程新方法。該方法完全采用C語言編寫燒寫程序，解決了指針不能訪問高端Flash的問題；把引導(dǎo)表作成數(shù)據(jù)文件，可實現(xiàn)大引導(dǎo)表的分批次加載；通過GEL程序控制C程序執(zhí)行，較好地體現(xiàn)了Flash編程的流程。
關(guān)鍵詞 TMS320VC5402 Flash 引導(dǎo)表 通用擴展語言 GEL
引言
　　在DSP應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的后期，一般需要將用戶程序?qū)戇M(jìn)Flash等非易失性存儲器，以便采用并行引導(dǎo)的方法實現(xiàn)用戶程序的自舉加載。這一步驟稱為“燒寫”；針對Flash的燒寫又稱為Flash編程。以往的編程方法大多采用匯編語言編寫程序，可讀性較差，并將引導(dǎo)表的制作也放在程序中實現(xiàn)；用戶程序一變，燒寫程序就得重新編寫，不具有通用性。參考文獻(xiàn)[1]采用C語言完成Flash讀寫，較清晰地體現(xiàn)了Flash編程的思想，但是它采用指針訪問Flash空間，不能對高端Flash（64 K字存儲空間以外）進(jìn)行訪問，且將引導(dǎo)表作成數(shù)組的方法仍顯機械。
　　這里提出的Flash編程方法完全采用C語言編寫燒寫程序，運用函數(shù)地址訪問高端Flash，借助數(shù)據(jù)文件將引導(dǎo)表加載到數(shù)據(jù)空間。GEL（General Extension Language,通用擴展語言）作為一種程序擴展語言，被廣泛用于調(diào)試及程序運行環(huán)境的定制。這里將GEL語言運用于Flash編程，可以控制C程序在數(shù)據(jù)加載完成后執(zhí)行燒寫過程，從而實現(xiàn)大引導(dǎo)表的燒寫。
1 DSP開發(fā)板及Flash存儲器
　　筆者使用的DSP開發(fā)板上有1片TMS320VC5402通用DSP芯片、1片SST39VF400A存儲芯片（Flash）、鍵盤和液晶顯示器等。其中Flash容量為256 K字（1字=16位），組織為128個扇區(qū)或8個塊。為充分發(fā)揮Flash容量大的特點，本系統(tǒng)在硬件上將Flash空間的映射設(shè)計為：在上電自舉過程中，F(xiàn)lash空間的0x04000～0x0FFFF映射到數(shù)據(jù)空間的0x4000～0xFFFF；上電自舉完成后，整個Flash空間0x00000～0x3FFFF映射到程序空間的0x80000～0xBFFFF,即映射到了TMS320VC5402的擴展程序空間，處于高地址，因此稱為“高端Flash”。由此可知，對系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)時，F(xiàn)lash總是表現(xiàn)為高端Flash。

圖1 Flash編程流程
2 Flash編程流程
　　用戶程序一般以可執(zhí)行COFF（公共目標(biāo)文件格式）文件格式存在（后綴名為.out），F(xiàn)lash編程所要完成的就是將此可執(zhí)行文件轉(zhuǎn)換成特定的ASCII碼引導(dǎo)表的格式，并按此格式順序?qū)戇M(jìn)Flash。Flash編程流程如圖1所示。下面僅以一個動畫顯示程序qq.out為例，介紹如何將其燒寫進(jìn)Flash。
2.1 生成引導(dǎo)表
　　通過Hex轉(zhuǎn)換工具，將用戶程序qq.out文件轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制形式的ASCII碼流文件(ASCIIHex格式文件[2])qq.asc。首先編寫一個convert.cmd命令文件。部分內(nèi)容如下：
　　qq.out/*用戶程序*/
　　-a/*轉(zhuǎn)換成ASCIIHex格式文件*/
　　-map qq.mxp/*包含引導(dǎo)表的長度等信息*/
　　-o qq.asc/*轉(zhuǎn)換成qq.asc*/
　　執(zhí)行命令行“hex500 convert.cmd”將產(chǎn)生qq.mxp和qq.asc文件。其中qq.mxp文件有這樣的信息：“CONTENTS: 00000000…0000433b”。表示qq.asc中的引導(dǎo)表長度為0x433C字，內(nèi)容大致為：“10 AA 7F FF 00 02 00 00…”。
2.2 轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)文件
　　編程將ASCIIHex格式文件qq.asc轉(zhuǎn)換成CCS（Code Composer Studio，代碼集成開發(fā)環(huán)境）支持的數(shù)據(jù)文件（后綴名為.dat）。例中的引導(dǎo)表已屬較大的表，這里將其轉(zhuǎn)換為兩個數(shù)據(jù)文件qq_dat1.dat和qq_dat2.dat，以在同一緩沖區(qū)分兩次裝載，避免因緩沖區(qū)太小而容納不了引導(dǎo)表的情況發(fā)生。
　　CCS支持的數(shù)據(jù)文件的第一行為文件頭信息，格式為：
　　幻數(shù)　　數(shù)據(jù)格式　　起始地址　　頁類型　　數(shù)據(jù)塊大小
其后是文件內(nèi)容，每行表示一個數(shù)據(jù)。其中幻數(shù)固定為“1651”，數(shù)據(jù)格式可以選擇“1”（十六進(jìn)制整型）、“2”（十進(jìn)制整型）、“3”（十進(jìn)制長整型）、“4”（十進(jìn)制浮點型）。
　　利用VC6.0編寫該轉(zhuǎn)換程序是簡單的，程序運行后產(chǎn)生的qq_dat1.dat文件將是：“1651 1 4000 1 2000 0x10AA…”。從文件頭信息可知，加載該文件可將引導(dǎo)表裝載到數(shù)據(jù)空間0x4000起始的長度為0x2000的緩沖區(qū)中。
2.3 Flash燒寫
　　利用GEL程序?qū)⒁龑?dǎo)表形成的數(shù)據(jù)文件qq_dat1.dat和qq_dat2.dat逐次裝載到數(shù)據(jù)空間，調(diào)用C程序執(zhí)行燒寫過程。
　　由于Flash空間映射到TMS320VC5402程序空間的0x80000～0xBFFFF，故實際編寫程序時使用的Flash空間的地址均需偏移0x80000。例如，F(xiàn)lash空間的0x5555地址單元實際上為0x85555。
　　正如前面所介紹的，雖然高端Flash囊括了整個Flash空間，但是對于C54x系列芯片，其C語言指針的寬度為16位，只能訪問64 K字范圍（0x0000～0xFFFF）之內(nèi)的存儲空間，而不能訪問高端Flash（0x80000~0xBFFFF）。
　　參考文獻(xiàn)[3]討論了用C語言指針不能訪問C54x系列DSP擴展程序空間的問題，提出了用函數(shù)名代替指針來訪問擴展程序空間的方法，并給出了可供C程序調(diào)用的pfunc_ext.lib庫。這一方法本質(zhì)上是將函數(shù)名代表的程序空間地址（20位）傳送到40位的累加器，進(jìn)行累加器尋址，因此使用該庫恰好可以解決指針不能訪問高端Flash的問題。庫中以下兩個函數(shù)是有用的：
int PFUNC_wordRead(PFUNC addrProg);
//讀?。〝U展）程序空間地址addrProg處的一個字
void PFUNC_wordWrite(PFUNC addrProg,int wData);
//將字wData寫到（擴展）程序空間地址addrProg處
　　為應(yīng)用pfunc_ext.lib庫，需定義一些函數(shù)，并在命令文件中為這些函數(shù)所在的自定義代碼段分配段地址，以使這些函數(shù)的函數(shù)名指向Flash特定的地址單元。例如，可以編寫一個C程序源文件，定義一個空函數(shù)FLASH_5555以指向0x85555:
#pragma CODE_SECTION(FLASH_5555,"bigpointer")
void FLASH_5555(void){}
　　Flash的其他地址可依此方法得到, pfunc_ext.lib庫的具體說明見參考文獻(xiàn)[3]。
　　下面應(yīng)用pfunc_ext.lib庫編寫了Flash擦除和編程的3個基本函數(shù)flash_erase()、flash_word_write()、flash_serial_write()，分別完成Flash擦除、字編程和連續(xù)編程。其中連續(xù)編程只是循環(huán)調(diào)用了字編程函數(shù)。擦除和字編程的流程分別如圖2和圖3所示。擦除函數(shù)的代碼如下：
//實現(xiàn)片擦除、塊擦除或扇區(qū)擦除，type定義擦除方式，addr給出扇區(qū)起始地址或塊起始地址
unsigned int flash_erase(PFUNC addr,unsigned type){
　　//執(zhí)行SST39VF400A的擦除命令序列
　　PFUNC_wordWrite(FLASH_5555,FLASH_CMD1);
　　//0xAA﹥*(0x85555)
　　…
　　PFUNC_wordWrite(addr,type);//擦除類型命令
　　…
　　}

圖2 擦除流程

圖3 字編程流程
　　有了這些基本函數(shù)，就可以在主函數(shù)中完成Flash的燒寫。下面的主函數(shù)實現(xiàn)將引導(dǎo)表燒寫進(jìn)Flash。
void main(){
　　…
　　asm("erase:");//擦除0x80000~0x97FFF,塊擦除
　　for(i=0;i<3;i++)
　　flag=flash_erase((PFUNC)i,FLASH_BLOCK_ERASE);
　　asm("program1:");//連續(xù)編程
　　flag=flash_serial_write(FLASH_BASE,MEM_BASE,usercode_length1);//FLASH_BASE指向0x84000
　　asm("program2:");//連續(xù)編程
　　…
　　asm("program_bootaddr:");//字編程
　　flag=flash_write_word(FLASH_FFFF,0x4000);
}
　　例中采用了塊擦除的方式。MEM_BASE是多次加載引導(dǎo)表的緩沖區(qū)起始地址，為與數(shù)據(jù)文件qq_dat1.dat中文件頭對應(yīng)，應(yīng)保證MEM_BASE指向0x4000。其方法類似于上述函數(shù)名的地址分配（使用#pragma DATA_SECTION偽指令）。最后完成字編程，使Bootloader上電時得以在數(shù)據(jù)空間的0xFFFF處讀取引導(dǎo)表在數(shù)據(jù)空間的起始地址，例中為0x4000。
　　為使主函數(shù)正確執(zhí)行，需借GEL語言的運行調(diào)試功能，由此設(shè)計的GEL程序真正體現(xiàn)了Flash燒寫的流程。GEL程序流程如圖4所示，部分代碼如下：
menuitem "PROGRAMMING";
hotmenu FlashFiring(){…
　　GEL_Load("ProgramFlash.out");//加載C燒寫程序
　　…
　　if(flag){
　　GEL_Load("qq_dat1.dat");//加載數(shù)據(jù)文件
　　GEL_Go(program1); //執(zhí)行連續(xù)編程
　　…
　　GEL_Load("qq_dat2.dat");//加載數(shù)據(jù)文件
　　GEL_Go(program2); //執(zhí)行連續(xù)編程…
}
　　}

圖4 GEL程序流程
　　GEL程序在C程序每次執(zhí)行前設(shè)定正確的環(huán)境變量并初始化緩沖區(qū)。例如，數(shù)據(jù)文件的長度usercode_length1就是需要根據(jù)實際的數(shù)據(jù)文件長度進(jìn)行設(shè)定的環(huán)境變量；而在進(jìn)行連續(xù)編程之前，需要GEL程序重新加載MEM_BASE緩沖區(qū)。
3 運行結(jié)果
　　在CCS環(huán)境下選擇File/Load GEL,裝載以上GEL程序，選擇GEL/ PROGRAMMING/FlashFiring,即可實現(xiàn)Flash燒寫。拔掉仿真器，給系統(tǒng)重新上電，可以看到液晶顯示器上QQ企鵝的動畫。
4 結(jié)論
　　通過函數(shù)地址可以進(jìn)行Flash的全空間訪問；采用C語言編寫Flash擦除和編程函數(shù)，增強了程序的可讀性；將引導(dǎo)表作成多個數(shù)據(jù)文件，一方面適于大引導(dǎo)表的加載，另一方面使Flash編程算法與編程數(shù)據(jù)完全分離，提高了算法的通用性；僅在GEL程序中修改參數(shù)即可實現(xiàn)另一用戶程序的燒寫，體現(xiàn)了方法的靈活性。
參考文獻(xiàn)
[1] 張勇.C/C++語言硬件程序設(shè)計——基于TMS320C5000系列DSP[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003（5）:206-230.
[2] Texas Instruments. TMS320C54x Assembly Language Tools User's Guide. SPRUF102,200-210.
[3] David M Alter. Using C to Access Data Stored in Program Memory on the TMS320C54x DSP[R]. SPRA177A, Texas Instruments Application Report,2005-08.
[4] 北京合眾達(dá)電子技術(shù)有限公司. SEED——MMI5402用戶指南. 2004-06.
王海濤（碩士），主要研究方向為機器視覺、焊接自動控制；
張文明（教授），主要研究方向為焊接自動控制；
王濱（教授），主要研究方向為機器視覺。