介紹TMS320VC5509的二次引導加載方法

引 言

嵌入式系統是“控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operatiON of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。目前國內一個(gè)普遍被認同的定義是：以應用為中心、以計算機技術(shù)為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統，對功能、對可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統。

在嵌入式系統中，微處理器的運行程序通常保存在其內部或外部非易失性存儲器（如EPROM、EEPROM或Flash）中。對中低速的微處理器來(lái)說(shuō)，系統運行時(shí)程序可直接從非易失性存儲器讀取并解釋執行；對高速微處理器來(lái)說(shuō)，非易失性存儲器的讀取速度較低，不能滿(mǎn)足系統運行時(shí)程序代碼直接讀取的要求，需采用引導加載（Boot-load）方式將程序代碼從低速非易失性存儲器中加載到高速的存儲器（如SRAM或DRAM）中，系統運行時(shí)直接從高速存儲器中讀取程序代碼，實(shí)現系統的高速運行。微處理器用一片或少數幾片大規模集成電路組成的中央處理器。這些電路執行控制部件和算術(shù)邏輯部件的功能。微處理器與傳統的中央處理器相比，具有體積小，重量輕和容易模塊化等優(yōu)點(diǎn)。微處理器的基本組成部分有：寄存器堆、運算器、時(shí)序控制電路，以及數據和地址總線(xiàn)。微處理器能完成取指令、執行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是微型計算機的運算控制部分。它可與存儲器和外圍電路芯片組成微型計算機。

1 DSP上電加載分析

TMS320VC5509（簡(jiǎn)稱(chēng)“5509”）是TI公司的一款高性能、低功耗的定點(diǎn)數字信號處理芯片。5509片內具有128K字高速靜態(tài)RAM，內部只讀ROM中固化了引導加載程序（Bootloader）。5509引導表格式如圖1所示。

從引導表的格式可以看出，引導加載程序首先讀入雙字程序入口地址，然后讀入需要修改的寄存器數，接著(zhù)是寄存器地址以及賦值，再讀入段字節數、段起始地址以及段內容，引導表以讀入雙字的O值為結束，讀完引導表后跳轉到加載程序入口執行。

下面分別針對固化引導程序中的并行加載方式（16位）以及串行加載方式（16位SPI接口EEPROM），來(lái)分析DSP上電加載可能遇到的問(wèn)題。

對16位并行加載方式，默認從片外擴展地址0x200000（5509對應片選引腳輸出為CEl）開(kāi)始讀入引導表，由于TQFP封裝的5509內部24根地址線(xiàn)只引出了14根，因此并行加載方式只能尋址外部214=16K字存儲空間，對超過(guò)16K字長(cháng)的引導表，引導程序無(wú)法加載。

對16位SPI接口的EEPROM串行加載方式，5509默認利用其同步串口0（McBSP0）來(lái)模擬SPI接口，引導程序固定收發(fā)時(shí)鐘為DSP時(shí)鐘頻率的244分頻。由于引導加載過(guò)程中，5509時(shí)鐘頻率等于外部晶振頻率，因此對于24MHz時(shí)鐘頻率，加載頻率約為100kHz，對于一段僅10K字長(cháng)的引導程序，完成加載需要244×lO×103×16／24×106≈1.63s。

針對以上兩種加載方式存在的問(wèn)題，提出了利用二次引導加載方式來(lái)解決的辦法。

二次引導加載是采用引導加載的原理，在上電復位時(shí)，DSP內部固化的引導程序將一個(gè)自編的引導程序加載到片內，然后通過(guò)二次引導加載程序將最終需要執行的程序加載到DSP中，從而實(shí)現更加靈活的程序加載。

2 并行方式下的二次加載設計

針對16位并行加載方式中存在的加載程序容量有限的問(wèn)題，并行二次加載方案中利用DSP的GPIO口來(lái)擴展地址線(xiàn)，解決大于16K字程序的加載問(wèn)題。這里使用兩片鐵電存儲器FM18L08（32K×8位）作為32K字外擴程序存儲器，55509地址線(xiàn)A[l3：1]與鐵電存儲器地址線(xiàn)A[12：0]相連，擴展5509的通用I／O口GPIO[7：6]，用作高位地址線(xiàn)與鐵電存儲器地址線(xiàn)A[14：1 3]相連。在二次引導加載程序中，利用軟件控制GPIO[7：6]輸出高低電平，來(lái)達到控制高位地址線(xiàn)的目的，電路如圖2所示。General Purpose Input Output （通用輸入/輸出）簡(jiǎn)稱(chēng)為GPIO，或總線(xiàn)擴展器，利用工業(yè)標準I2C、SMBus?或SPI?接口簡(jiǎn)化了I/O口的擴展。當微控制器或芯片組沒(méi)有足夠的I/O端口，或當系統需要采用遠端串行通信或控制時(shí)，GPIO產(chǎn)品能夠提供額外的控制和監視功能。每個(gè)GPIO端口可通過(guò)軟件分別配置成輸入或輸出。Maxim的GPIO產(chǎn)品線(xiàn)包括8端口至28端口的GPIO，提供推挽式輸出或漏極開(kāi)路輸出。提供微型3mm x 3mm QFN封裝。

在程序加載過(guò)程中，由于并行二次引導加載程序對引導表的讀入方式與固化引導程序相同（不同的地方，只是在于如何尋址大于16K字程序地址），因此省略了流程圖中具體讀引導表的步驟。

在二次加載程序中，加載開(kāi)始之后，首先設置GPIO[7：6]為00h，讀入第1頁(yè)數據。如果程序在計數到8K之后仍未讀完，則對GPIO[7：6]修改翻頁(yè)，進(jìn)行下一個(gè)8K的讀入。

并行二次加載程序流程如圖3所示。

3 串行方式下的二次加載設計

針對串行加載存在的加載速度低的問(wèn)題，采用二次加載方案，自行設定同步串口時(shí)鐘分頻倍數，以較快的速度完成程序的加載。加載的速度，就只受到外部SPI接口的EERPOM速度限制。通用SPI接口EEPROM（如Atmel公司的AT25256）速度一般均可達到1Mbps以上。下面以外接12MHz晶振為例，DSP內部2倍頻之后，同步串口0時(shí)鐘按照12分頻，串行加載電路如圖4所示。

串行二次加載程序中，初始化部分對DSP及其同步串口O相應控制器進(jìn)行設置，使SPI接口時(shí)鐘工作在2MHz。然后采用與DSP固化引導程序相同的方式，利用GPIO4以及同步串口O模擬SPI接口對EEPROM進(jìn)行順序讀入。讀完之后，跳轉到程序入口執行。

程序流程如圖5所示。

4 結論

二次加載方法克服了5509固化引導加載程序的弊端，可以根據不同的條件，實(shí)現比較靈活的加載方式。二次引導加載程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，代碼簡(jiǎn)單短小。經(jīng)實(shí)際驗證，以上兩種二次引導加載方式均能成功加載。

以上介紹的二次加載方法不僅可用在5509DSP中，同樣也可以利用在其他類(lèi)似的高速微處理器系統引導加載方案中，實(shí)現靈活的程序加載。對高速DSP采集系統的設計應用有比較好的實(shí)際借鑒價(jià)值。