基于TMS320C6000 DSP及DSP／BIOS系統(tǒng)的Flash引導(dǎo)自啟動(dòng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，DSP在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且DSP的FLASH自啟動(dòng)在DSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也占有重要的地位，DSP／BIOS是TI推出的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：TMS320C6713；引導(dǎo)啟動(dòng)；DSP／BIOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

    FLASH是非易失的重復(fù)可讀寫存儲(chǔ)器，其讀寫速度較慢，常用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序，微處理器通過(guò)一定的方式將FLASH中的程序讀取到處器內(nèi)部運(yùn)行，而TI公司的C6000系列的DSP內(nèi)部沒(méi)有FLASH，故DSP的程序需要燒到外部的FLASH中，在上電后，DSP會(huì)通過(guò)二次引導(dǎo)將程序從外部的FLASH讀取到DSP內(nèi)部RAM或SDRAM中，高速執(zhí)行。TI的C6000 DSP支持3種引導(dǎo)模式：主機(jī)引導(dǎo)、仿真引導(dǎo)及EMIF引導(dǎo)，其中最常用的是EMIF引導(dǎo)(即片上BootLoader引導(dǎo))。在此引導(dǎo)模式下，位于外部存儲(chǔ)空間CE1的FLASH中的1kB代碼通過(guò)EDMA被拷貝到片內(nèi)RAM地址0處。然而，大多數(shù)的DSP程序并不僅限于1 kB代碼，因此需要開發(fā)用戶引導(dǎo)程序?qū)⑵螧ootLoader沒(méi)有拷貝的代碼拷貝到DSP的片內(nèi)RAM。此用戶引導(dǎo)程序即稱為二級(jí)BootLoader。由于DSP／BIOS操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，當(dāng)使用DSP／BIOS時(shí)，需要將系統(tǒng)和BootLoader很好的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)DSP／  BIOS系統(tǒng)的自啟動(dòng)。

1 DSP自啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    在TMS320C6713上電之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)外部配置，從EMIF的CE1的存儲(chǔ)空間搬取1 kB代碼，這些代碼別搬到DSP的內(nèi)部RAM地址0處執(zhí)行，這1KB的代碼就應(yīng)該存放DSP的BootLoader啟動(dòng)代碼。它只是一個(gè)拷貝程序，只負(fù)責(zé)將FLASH中的應(yīng)用程序代碼復(fù)制到DSP內(nèi)部RAM或者SDR AM中，以便執(zhí)行。BootLoader代碼應(yīng)該存放在DSP內(nèi)部RAM的開始1 kB中，應(yīng)用程序代碼緊跟這1 kB的啟動(dòng)代碼之后，而且BootLoader代碼應(yīng)該和應(yīng)用程序代碼一起燒寫到FLASH中，BootLoader代碼應(yīng)該同樣處于FIASH的前1 kB空問(wèn)中。DSP上電復(fù)位之后，首先以默認(rèn)時(shí)序從FLASH中讀取前1 kB的BootLoader代碼到DSP內(nèi)部RAM中，然后從地址0處執(zhí)行BootLoader代碼，將應(yīng)用程序代碼從FLASH中讀取到內(nèi)部RAM或SDRAM中，當(dāng)拷貝完應(yīng)用程序代碼后，DSP跳到c_int00()復(fù)位中斷去執(zhí)行，執(zhí)行應(yīng)用程序，從而完成了整個(gè)DSP的FLASH引導(dǎo)自啟動(dòng)。
    對(duì)程序代碼的FLASH燒寫用一另外的燒寫工程進(jìn)行，該燒寫工程要根據(jù)芯片手冊(cè)編寫對(duì)FLASH的擦除和編程函數(shù)，將程序代碼燒寫到FIASH中。由于同時(shí)要將兩個(gè)工程通過(guò)硬件仿真器Load至DSP內(nèi)部或SDRAM，故需要修改燒寫工程的CMD文件，使其各種段不和含有BootLoader代碼的用戶工程相互沖突，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)FLASH的自啟動(dòng)。

2 DSP／BIOS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)介紹及其引導(dǎo)設(shè)計(jì)
    TI推出的一系列的DSP，其性能不斷提高，C6000系列的最高運(yùn)行時(shí)鐘和運(yùn)算能力可以達(dá)到8800MIPS。如何充分發(fā)揮DSP的這種性能優(yōu)勢(shì)，對(duì)軟件就提出了很高的要求。首先為了降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)性能，就要求DSP硬件實(shí)現(xiàn)的功能軟件化，其次為了產(chǎn)品的維護(hù)和升級(jí)，要求軟件盡可能地模塊化，使用高語(yǔ)言如C來(lái)編程，有統(tǒng)一的接口API。所有這些新的要求，都需要使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與一般意義上的操作系統(tǒng)(如Windows，Unix等)的主要差別就在于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了一種機(jī)制，使得運(yùn)行于其上的應(yīng)用程序都能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求。
    引導(dǎo)一個(gè)DSP／BIOS應(yīng)用系統(tǒng)的過(guò)程可以分為以下幾步，引導(dǎo)流程如圖1：

    1．引導(dǎo)時(shí)的DSP／BIOS的存儲(chǔ)器的配置
    2．構(gòu)建自己的DSP／BIOS系統(tǒng)應(yīng)用
    3．編寫B(tài)ootLoader引導(dǎo)代碼
    4．把應(yīng)用程序燒寫到FLASH中
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3 硬件設(shè)計(jì)
    TMS320C6713與FLASH存儲(chǔ)芯片AM29LV800B的連接是通過(guò)DSP的外部存儲(chǔ)器接口EMIF。EMIF可以和各種存儲(chǔ)器無(wú)縫連接，并實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)吞吐能力。C6713的EMIF工作時(shí)鐘最高可達(dá)100MHz。外部FLASH引導(dǎo)時(shí)由DSP的CE1空間引導(dǎo)的，將FLASH的地址映射到DSP的0x90000000地址處，硬件上需要將DSP的CE1和FLASH的片選相連接，同時(shí)地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，以及控制信號(hào)AOE、AWE相連接，F(xiàn)LASH工作在16位模式。同時(shí)程序可能需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，這就需要在DSP上連接SDRAM。將SDRAM連接在DSP的EMIF接口的CE0空間，SDRAM被映射到DSP的0x80000000地址處，DSP通過(guò)訪問(wèn)不同的訪問(wèn)空間來(lái)訪問(wèn)不同的外設(shè)。只要配置好C6713的EMIF接口寄存器，就可以正常訪問(wèn)FLASH和SDRAM了。系統(tǒng)用到的SDRAM型號(hào)為MT48LC2M32BTG。
    系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示。

4 軟件設(shè)計(jì)
4．1 BootLoader引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)
    C6713在上電復(fù)位的時(shí)候，會(huì)根據(jù)外部引腳HD4、HD3的狀態(tài)以默認(rèn)的時(shí)序從外部讀取1 kB的代碼到DSP內(nèi)部RAM，而大部分的程序都會(huì)超過(guò)1 kB，因此這DSP自動(dòng)讀取的1 kB代碼被設(shè)計(jì)成BootLoader引導(dǎo)程序，讀取應(yīng)用程序代碼到DSP內(nèi)，讀取完應(yīng)用程序代碼后跳轉(zhuǎn)到主函數(shù)處執(zhí)行。
    TI給出的參考文檔中列出了匯編語(yǔ)言寫的引導(dǎo)代碼，匯編代碼晦澀難懂，因此我們給出自己編寫的C與語(yǔ)言引導(dǎo)代碼，如下：
   
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    DSP／BIOS會(huì)根據(jù)配置自動(dòng)生成CMD文件，指明各個(gè)段的存放位置，上述代碼自定義的boot段，應(yīng)位于DSP內(nèi)部的地址0-0x3FF處，燒寫FLASH時(shí)，將其燒寫到FLASH的地址0-0x3FF空間中。其中的IRAM CODE SIZE和SDRAM CODE SIZE宏，表明程序在DSP內(nèi)部RAM和SDRAM中的程序大小，可由CCS編譯產(chǎn)生的map文件中得到。在啟動(dòng)的時(shí)候，BootLoader代碼就會(huì)首先被加載DSP內(nèi)部并運(yùn)行，讀取應(yīng)用程序到DSP和SDRAM內(nèi)部，并跳轉(zhuǎn)到主函數(shù)處執(zhí)行，調(diào)度DSP／BIOS的運(yùn)行。
    部分CMD文件如下：
   
4．2 FLASH燒寫工程程序設(shè)計(jì)
    用戶的含有BootLoader代碼的應(yīng)用程序編寫完成，并編譯、調(diào)試無(wú)誤后，會(huì)生成out文件，將其燒寫到FLASH中就可實(shí)現(xiàn)FLASH的自動(dòng)引
導(dǎo)。燒寫的方法也多種多樣，有經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成bin文件的、有用FlashBurn工具燒寫的、FLASH編程器實(shí)現(xiàn)的，我們采用自己編寫燒寫代碼的方式
實(shí)現(xiàn)。
    燒寫工程基本要實(shí)現(xiàn)的就是對(duì)FLASH的擦除和編程，這些子函數(shù)的編寫參照芯片手冊(cè)并配合正確的時(shí)序都可以正確的實(shí)現(xiàn)，這里主要講述如何應(yīng)用子函數(shù)燒寫用戶應(yīng)用程序。
    由于同時(shí)要將兩個(gè)不同的工程裝載到系統(tǒng)中，因此兩個(gè)工程的各種段是不能交叉的，對(duì)稱對(duì)于燒寫工程的cmd文件可如下編寫，將其放在DSP內(nèi)部RAM的最后部分：
    MEMORY
    {
    FLASH：origin=0x90000000,len=0x100000
    SRAM：origin=0x0002D000,len=0x3000
    }
    SRAM指明了燒寫工程的所有代碼和端要放在DSP內(nèi)部RAM從0x0002D000開始，并占據(jù)0x3000的長(zhǎng)度，這主要就是為了避免和用戶應(yīng)用程序存放空間相互沖突，這點(diǎn)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
    燒寫工程要將之前通過(guò)仿真器下載到DSP或者SDRAM中的程序和數(shù)據(jù)燒寫到FLASH中，部分代碼如下：
   
   

5 結(jié)束語(yǔ)
    在電子信心技術(shù)日益發(fā)展的今天，DSP以及TI針對(duì)其DSP推出的DSP／BIOS系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的得到應(yīng)用，通過(guò)外部FLASH對(duì)DSP進(jìn)行穩(wěn)定可靠的引導(dǎo)啟動(dòng)也顯得尤為重要。本文設(shè)計(jì)的DSP自引導(dǎo)系統(tǒng)在實(shí)際工程中得到了驗(yàn)證，可以穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)DSP／BIOS系統(tǒng)的引導(dǎo)，對(duì)于不同的應(yīng)用工程，只需根據(jù)map文件修改簡(jiǎn)單的參數(shù)即可，而且對(duì)于非DSP／BIOS系統(tǒng)的裸機(jī)程序也可用該方法引導(dǎo)。