DSP56362的雙引導裝載方法研究與實(shí)現

關(guān)鍵詞：DSP56362；Bootstrap；雙引導模式；命令字序列

１　引言

在脫機運行的ＤＳＰ系統中，用戶(hù)代碼往往都需要在上電后自動(dòng)裝載運行。目前，大多數的ＤＳＰ內部都有固化的引導裝載（Ｂｏｏｔｌｏａｄ）程序，它能在系統加電時(shí)，自動(dòng)將一段存儲在外部非易失性存儲器中的程序代碼移植到內部的高速存儲器單元中去執行。采用這種方式，既可利用外部的存儲單元來(lái)擴展ＤＳＰ本身有限的ＲＯＭ資源，又充分發(fā)揮了ＤＳＰ內部資源的效能。

因為用戶(hù)代碼在一段時(shí)間內是相對固定的，所以可以將其固化在非易失性存貯器中。而如果將代碼掩膜到ＤＳＰ內部ＲＯＭ中去?一方面要受到容量以及價(jià)格的限制，另一方面，系統代碼升級也不是很靈活方便。ＦＬＡＳＨ是一種高密度、非易失性的電可擦寫(xiě)存儲器，其單位存儲比特的價(jià)格比傳統的ＥＰＲＯＭ要低，十分適合低功耗、小尺寸和高性能的脫機系統。此外，除了可以采用專(zhuān)用的硬件編程器把程序代碼燒入ＦＬＡＳＨ中之外，也可以直接利用ＤＳＰ通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現。本文論述的正是如何通過(guò)ＤＳＰ軟件編程來(lái)實(shí)現對ＦＬＡＳＨ的讀寫(xiě)操作，同時(shí)介紹了系統雙引導裝載方案的實(shí)現方法。

２　系統描述

本系統是基于ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司ＤＳＰ５６３６２芯片構建的數字音效處理系統中的一部分，整個(gè)數字音效處理系統的系統框圖如圖１所示。

ＤＳＰ５６３６２是一款２４位通用定點(diǎn)數字信號處理器。它采用高性能單時(shí)鐘指令周期的ＤＳＰ５６３００內核和Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｓｙｍｐｈｏｎｙ ＤＳＰ的音頻處理性能相結合的方法來(lái)實(shí)現?具有運算速度快（１００ＭＩＰＳ）?精度高（２４ｂｉｔ），外設接口豐富（具有增強型串行音頻接口ＥＳＡＩ、并行主機接口ＨＩ０８、串行主機接口ＳＨＩ、數字音頻接口ＤＡＸ等），價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適用于音頻處理。其２４位的處理精度配合２０位的Ａ／Ｄ（ＰＣＭ１８００）和２４位的Ｄ／Ａ?ＰＣＭ１７４４?使得整個(gè)系統具有很高的動(dòng)態(tài)范圍（９６ｄＢ以上）。它高達１００ＭＩＰＳ的運算速度保證了算法處理的實(shí)時(shí)性。其增強型串行音頻接口ＥＳＡＩ可以很方便地與音頻Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ直接通過(guò)Ｉ２Ｓ協(xié)議進(jìn)行連接。通過(guò)８ｂｉｔ的并行主機接口ＨＩ０８可以方便地與負責鍵盤(pán)控制和ＬＥＤ顯示的單片機８９Ｃ５１進(jìn)行通信。

ＦＬＡＳＨ選用ＳＳＴ公司的３９ＬＶ０１０?其存儲容量為１２８ｋ８ｂｉｔ，采用３．３Ｖ供電，讀寫(xiě)周期為７０ｎｓ，支持塊擦除與字節編程，是一款高性?xún)r(jià)比存儲芯片。

ＤＳＰ與外部ＦＬＡＳＨ的連接示意圖如圖２所示。圖中，ＤＳＰ的ＡＡ１腳和ＦＬＡＳＨ的片選信號腳ＣＥ相連。

ＤＳＰ５６３６２的４個(gè)地址屬性寄存器ＡＡＲ[３～０]是２４位讀寫(xiě)寄存器，它們的值可用于控制ＤＳＰ芯片的ＡＡ[３～０]引腳的狀態(tài)，當某個(gè)ＡＡＲ寄存器中的基址與外部訪(fǎng)問(wèn)指令存取范圍相匹配時(shí)，由這個(gè)ＡＡＲ定義的相應地址空間(Ｘ數據、Ｙ數據或程序)將被相應的ＡＡ線(xiàn)選通。在本系統中，正是把ＤＳＰ的ＡＡ１作為ＦＬＡＳＨ的片選線(xiàn)。ＡＡ１腳相應的ＡＡＲ１寄存器的值設為０ｘＤ００８１１Ｈ，當訪(fǎng)問(wèn)地址的高８位為１１０１００００時(shí)，外部ＦＬＡＳＨ被選通。

通過(guò)設置ＤＳＰ的總線(xiàn)控制寄存器ＢＣＲ，可以設置訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器時(shí)插入的等待狀態(tài)的個(gè)數。在本系統中，ＦＬＡＳＨ的存取周期為７０ｎｓ，為了保證ＦＬＡＳＨ的正確讀寫(xiě)，一般要插入３２個(gè)等待狀態(tài)。

３?。模樱校担叮常叮驳囊龑н^(guò)程

在ＤＳＰ５６３６２內部的０ｘＦＦ００００Ｈ－０ｘＦＦ００ＢＦＨ地址范圍內有Ｍｏｔｏｒｏｌａ定制的２４位１９２字的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ＲＯＭ。該ＲＯＭ內的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序可以通過(guò)用戶(hù)設置的ＤＳＰ引導模式信號線(xiàn)，將用戶(hù)程序從外部的８位ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、 ＳＨＩ接口或者ＨＤＩ接口引導到ＤＳＰ內部的高速ＲＡＭ中全速運行。

當ＤＳＰ５６３６２硬件復位后，它將首先采樣外部的ＭＯＤＡ、ＭＯＤＢ、ＭＯＤＣ和ＭＯＤＤ信號線(xiàn)，并將它們的狀態(tài)寫(xiě)入工作模式寄存器ＯＭＲ?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｒｅｇ-ｉｓｔｅｒ?的ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ和ＭＤ位，然后使程序指針指向０ｘＦＦ００００Ｈ去執行Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序，Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序通過(guò)對ＯＭＲ的ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ和ＭＤ位進(jìn)行判斷來(lái)決定選擇哪種引導模式。主要的引導模式如表１所列。

表1 DSP56362 Bootstrap的引導模式

在本系統中，由于程序保存在外部的ＦＬＡＳＨ里，所以采用的引導模式為第一種?即從字節存儲器引導。在這種模式下?Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ程序將從地址０ｘＤ０００００Ｈ處開(kāi)始加載外部數據，并采用以下數據格式從外部接口下載用戶(hù)的系統程序：

（１） 最開(kāi)始的３個(gè)字節用于定義系統程序的總字數（２４位）。

（２） 接著(zhù)的３個(gè)字節用于定義系統程序下載到ＤＳＰ５６３６２程序存儲器的目的地址。

（３） 其余是用戶(hù)的系統程序（每個(gè)２４位的字由三個(gè)字節組成），這些程序將存儲在ＤＳＰ程序存儲器內連續的地址空間里。

Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序要求系統程序在外部ＦＬＡＳＨ中以地位字節（ＬＳＢ）在前的順序排列每個(gè)２４位字的３個(gè)字節。ＤＳＰ的引導程序一旦完成數據的下載，將馬上跳轉到內部程序存儲器的起始目的地址開(kāi)始運行用戶(hù)的系統程序。

４　雙引導裝載方法

４．１ ＤＳＰ５６３６２的片內內存分配

ＤＳＰ５６３６２采用增強型哈佛結構，片內空間可分為程序空間、Ｘ數據空間、Ｙ數據空間，每個(gè)空間都有一套獨立的２４位地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)。在缺省情況下，ＤＳＰ片內的ＲＡＭ分配情況為：３ｋＢ程序ＲＡＭ、５．５ｋＢ Ｘ數據ＲＡＭ和５．５ｋＢ Ｙ數據ＲＡＭ。通過(guò)設置內存切換模式（ＭＳ＝１）可以將２ｋＢ的Ｙ數據ＲＡＭ映射到程序ＲＡＭ中，此時(shí)的片內ＲＡＭ分配為：５ｋＢ程序ＲＡＭ、５．５ｋＢ Ｘ數據ＲＡＭ和３．５ｋＢ Ｙ數據ＲＡＭ?？紤]到本系統對程序空間的需求量較大，而數據ＲＡＭ相對較多，且系統對內部數據ＲＡＭ的需求并不是很大，因此，將ＤＳＰ設置成內存切換模式比較好。ＤＳＰ５６３６２在內存切換模式下（ＭＳ＝１）的內存映像圖如圖３所示。

４．２ 直接使用Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序的問(wèn)題

ＤＳＰ的內存切換模式需要通過(guò)軟件指令對ＯＭＲ寄存器進(jìn)行設置來(lái)實(shí)現。由于只有在該指令執行后才能生效，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)矛盾。因為若在系統程序開(kāi)始時(shí)將ＤＳＰ設置為內存切換模式，那么，往往希望ＤＳＰ能裝載５ｋＢ的程序指令，但是，ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序是在系統復位后立即執行的，此時(shí)ＤＳＰ處于缺?。ǎ停樱剑埃顟B(tài)，程序ＲＡＭ只有３ｋＢ，如果此時(shí)外部的指令代碼的大小超過(guò)了這個(gè)限制，引導程序就不能把它們加載進(jìn)去，而當這條設置指令生效時(shí)，雖然ＤＳＰ的程序空間又增加了２ｋＢ，但是引導程序已經(jīng)結束，因而這２ｋＢ的程序空間實(shí)際上沒(méi)有被利用。

另外，從ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ程序流程可以看出，這個(gè)引導程序只能將系統的程序代碼數據加載到ＤＳＰ內部的程序ＲＡＭ，而不能將數據加載到ＤＳＰ內部的Ｘ數據ＲＡＭ、Ｙ數據ＲＡＭ，這樣，那些需要在數據區內定義常數的程序將無(wú)法正常運行。

４．３ 雙引導模式

為了解決以上問(wèn)題，本文提出了一種雙引導模式。具體思路是：在系統程序的開(kāi)始處，設計一個(gè)用戶(hù)自己的引導模塊，用這個(gè)模塊先對ＤＳＰ內部的ＯＭＲ寄存器進(jìn)行相應的內存切換設置，以使ＤＳＰ內部的程序ＲＡＭ擴大為５ｋＢ。然后參照ＤＳＰ的Ｂｏｏｔ-ｓｔｒａｐ引導程序分別對系統的Ｘ、Ｙ及Ｐ區的數據進(jìn)行加載。同時(shí)在將程序燒錄到ＦＬＡＳＨ時(shí)采用地址隔離的方式將引導模塊與系統程序分開(kāi)存放，引導模塊作為一段獨立的程序放在首地址為０ｘＤ０００００Ｈ的存儲區。于是，對于ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序來(lái)說(shuō)，它需要引導的不是整個(gè)系統程序，而僅僅是這個(gè)引導模塊，另外加載完這個(gè)模塊后就立即跳轉到內部程序ＲＡＭ中執行，此時(shí)引導模塊已獲得ＣＰＵ控制權，它在完成內存切換后將繼續引導系統程序的其他部分。采用這種兩次引導的方法，不但使Ｘ、Ｙ區的數據可以按照程序的要求進(jìn)行初始化，而且ＤＳＰ的程序指令空間可以預先設置成５ｋＢ，從而非常巧妙地達到了系統的要求。該雙引導模式的引導模塊程序流程如圖４所示。

５?。疲粒蹋樱鹊牟脸妥x寫(xiě)

為了使系統能夠脫機運行，應當把系統程序燒錄到外部ＦＬＡＳＨ中去。除了可以用專(zhuān)用的編程器把代碼燒入ＦＬＡＳＨ中外，還可以用軟件編程的方法由ＤＳＰ來(lái)實(shí)現同樣的功能。本系統正是采用這種軟件編程的方法實(shí)現對ＦＬＡＳＨ的擦除和讀寫(xiě)。

５．１ 地址映射

利用ＤＳＰ擦除和讀寫(xiě)ＦＬＡＳＨ必然會(huì )牽涉到ＦＬＡＳＨ中的地址在ＤＳＰ中的映射方式。ＤＳＰ５６３６２的內存映像圖已在圖３中給出。本系統采用的是１２８ｋＢ的ＦＬＡＳＨ，其地址范圍為：０ｘ００００００Ｈ～０ｘ１ＦＦＦＦＨ。假設ＦＬＡＳＨ的起始地址０ｘ００００Ｈ和ＤＳＰ的起始地址０ｘ００００００Ｈ重合，那么ＦＬＡＳＨ中只有對應于ＤＳＰ外部空間的那部分地址空間才是ＤＳＰ可見(jiàn)的。為了使ＤＳＰ能夠訪(fǎng)問(wèn)全部的外部ＦＬＡＳＨ空間，設計時(shí)必須進(jìn)行地址重映射。

本系統實(shí)際用到的ＦＬＡＳＨ的存儲容量不足６４ｋＢ，也就是說(shuō)，當訪(fǎng)問(wèn)外部ＦＬＡＳＨ時(shí)，真正起作用的地址線(xiàn)是Ａ０～Ａ１５，而高位地址線(xiàn)Ａ２３～Ａ１６可以為任意值。因此，可以考慮給訪(fǎng)問(wèn)地址加一個(gè)偏移量０ｘＤ０００００Ｈ，以將ＦＬＡＳＨ的地址空間映射到ＤＳＰ內部Ｘ數據ＲＡＭ中，映射后的地址范圍是：０ｘＤ０００００Ｈ～０ｘＤ０ＦＦＦＦＨ。重映射后的ＦＬＡＳＨ地址空間落在Ｘ數據ＲＡＭ的外部保留區內，這在ＤＳＰ中是可見(jiàn)的。

５．２ 擦除和讀寫(xiě)過(guò)程

在ＤＳＰ將數據寫(xiě)入ＦＬＡＳＨ之前，先要刪除數據所在塊，然后才能重新寫(xiě)入。在擦除和寫(xiě)操作之前都要執行相應的命令字序列，即在指定的ＦＬＡＳＨ地址處寫(xiě)入指定的指令代碼，而讀操作則可以直接進(jìn)行。ＦＬＡＳＨ的擦除和寫(xiě)入流程圖分別如圖５、圖６所示。在本系統中，由于采用了雙引導模式，所以首先要將引導程序寫(xiě)入ＦＬＡＳＨ，然后再分別將用戶(hù)程序的Ｐ區數據、Ｘ區數據、Ｙ區數據寫(xiě)入ＦＬＡＳＨ。

在利用ＤＳＰ軟件編程進(jìn)行燒錄時(shí)，可以從目標文件中提取出將要寫(xiě)入ＦＬＡＳＨ的數據，然后將這些數據打包成一個(gè)ａｓｍ文件，再在燒錄程序中將這個(gè)ａｓｍ文件包含進(jìn)來(lái)。接著(zhù)對燒錄程序進(jìn)行編譯、鏈接，以產(chǎn)生一個(gè)目標文件。最后，通過(guò)ＪＴＡＧ口將目標文件下載到ＤＳＰ中運行，這樣，ＤＳＰ就會(huì )通過(guò)其外部數據線(xiàn)將打包好的ａｓｍ文件中的數據寫(xiě)入ＦＬＡＳＨ。在本系統中，引導程序和用戶(hù)程序將分４次燒入ＦＬＡＳＨ?為此要分別將引導程序、用戶(hù)程序Ｐ區數據、用戶(hù)程序Ｘ區數據、用戶(hù)程序Ｙ區數據打包成ａｓｍ文件。打包一個(gè)ａｓｍ文件的具體步驟如下：

（１）調用ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司提供的ＡＳＭ５６３００和ＤＳＰＬＮＫ程序對源文件進(jìn)行編譯、鏈接，以產(chǎn)生一個(gè)ｃｌｄ格式的目標文件。

（２）調用ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司提供的ＳＲＥＣ程序將ｃｌｄ格式的目標文件轉換成ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司的Ｓ－ＲＥＣＯＲＤ文件格式，可將目標文件中的Ｐ區數據、Ｘ區數據、Ｙ區數據提取出來(lái)并生成３個(gè)文件，其后綴分別為ｐ、ｘ、ｙ。

（３）調用Ｓｒｅｃ２ｂｉｎ程序將Ｓ－ＲＥＣＯＲＤ格式的文件轉換成ＢＩＮＡＲＹ格式的文件。

（４）調用Ｂｉｎ２ａｓｍ程序將ＢＩＮＡＲＹ格式的文件轉換成ａｓｍ文件。這個(gè)ａｓｍ文件由一系列的數據定義指令組成，定義的數據依次為系統程序總字節數、系統程序起始地址、系統程序對應的十六進(jìn)制操作碼，其數據結構如圖７所示。

為了驗證上面方法是否能將引導程序和用戶(hù)程序的各部分代碼成功寫(xiě)入到ＦＬＡＳＨ中，筆者編寫(xiě)了一個(gè)測試程序作為用戶(hù)程序，該測試程序的功能是將ＡＤ輸入的音頻信號不經(jīng)任何處理直接輸出。實(shí)驗證明：系統脫機運行時(shí)能夠正確地運行測試程序，從而說(shuō)明了系統引導裝載和ＦＬＡＳＨ燒錄的成功。

６　結束語(yǔ)

采用雙引導裝載方式可以克服Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序不能加載Ｘ區數據和Ｙ區數據的缺點(diǎn)，還可以在系統程序運行前將ＤＳＰ設置為內存切換模式，同時(shí)，采用軟件編程方法可以在沒(méi)有專(zhuān)用編程器的條件下，方便、可靠地實(shí)現對ＦＬＡＳＨ的擦除和讀寫(xiě)。該方案具有一定的實(shí)用性和參考價(jià)值，也能夠用于其它ＤＳＰ系統。