一種使用USB對ADSP_TS101S進(jìn)行鏈路口加載的方案

ADSP_TS101S(以下簡(jiǎn)稱(chēng)TS101)是美國ADI公司推出的TigerSHARC系列數字信號處理器中一款高性能的靜態(tài)超標量處理器，它專(zhuān)為大規模信號處理任務(wù)和通信應用進(jìn)行了結構上的優(yōu)化，廣泛應用于雷達等高速實(shí)時(shí)信號處理系統。

將程序代碼加載到DSP內部程序空間時(shí)，通常采用開(kāi)發(fā)器的JTAG接口將執行文件加載到DSP內存里進(jìn)行調試；在硬件仿真完成后，又通過(guò)JTAG接口將生成的ldr文件燒寫(xiě)到與TS101相連的FLASH里固化。然而在很多情況下，使用開(kāi)發(fā)器加載或固化程序很不方便，甚至無(wú)法實(shí)現，因此需要開(kāi)發(fā)一種脫離開(kāi)發(fā)器的TS101加載方式?；谶@種需求，設計實(shí)現了基于USB總線(xiàn)的TS101鏈路口加載，只需一根USB線(xiàn)纜，即可實(shí)現TS1 01的程序在線(xiàn)重加載和固化。

1 Link Port協(xié)議

鏈路口(Link Port)是TS101的一種高速互聯(lián)接口，它的通信是通過(guò)一個(gè)8位的數據總線(xiàn)和3個(gè)控制信號進(jìn)行的，有4組LINK管腳。其中LxC LKIN和LxCLOUT是時(shí)鐘／應答輸入和輸出管腳；LxDAT[7：0]-數據輸入輸出總線(xiàn)；LxDIR是LINK的方向指示信號。Link Port的最簡(jiǎn)單的連接方式(如圖1所示)用了LxCLKIN，LxCLKOUT，和LxDAT。每個(gè)ADSP-TS101 DSP的LxCLKOUT與其它的LxCLKIN相連，兩片TigerSHARC101 DSP芯片之間用LxDAT數據總線(xiàn)相連。

Link Port的最小傳輸單位是8個(gè)時(shí)鐘周期，數據總量為4倍字長(cháng)(16字節，在時(shí)鐘的雙沿觸發(fā))。傳輸被發(fā)送端初始化，只有當接收端設置LxCLKOUT(對于發(fā)送端為L(cháng)xCLKIN)為高電平，發(fā)送才能被初始化為一次傳輸。LxCLKOUT為高電平意味著(zhù)接收端為接收模式并且接收緩沖器為空。

2 TS101的軟件設計流程及加載引導方式

TS101的軟件設計流程如圖2所示。其中，鏈接描述文件(．LDF)定義了整個(gè)系統的存儲器配置和程序中數據及代碼的具體存放位置。加載核文件(．DXE)是指加載引導核程序，其大小為32 bit，放在加載文件的起始部分，其功能是用來(lái)實(shí)現TS101的正確引導。ADI公司在其DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Visual DSP++安裝目錄的ldr子目錄下提供了標準加載核文件及相應的源程序(．ASM)和鏈接描述文件。一般可直接使用提供的標準加載核文件或對其相應的源程序進(jìn)行簡(jiǎn)單修改，重新編譯鏈接生成所需的加載核文件。加載文件是由引導加載器(elfloader)將可執行文件進(jìn)行一定的格式變化，并在起始位置附加上加載核文件生成的。

加載程序的外部設備可以直接向鏈路口緩沖寫(xiě)入數據，只要寫(xiě)入速率不超過(guò)DSP的主時(shí)鐘頻率即可。此處的外部設備采用計算機的USB總線(xiàn)。鑒于FPGA在數字電路系統設計中具有可靠性高、設計靈活、易于開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，本文采用FPGA進(jìn)行Link Port與USB的接口設計，使USB的輸出滿(mǎn)足Link Port的協(xié)議，以實(shí)現DSP的鏈路口加載。

3 USB總線(xiàn)及其與Link Port的接口

采用FPGA實(shí)現基于USB總線(xiàn)的TS101的Link Port加載結構框圖如圖3所示。


3．1 Link Port發(fā)送模塊

ADI公司網(wǎng)站上有推薦的實(shí)現TS101的Link Port收發(fā)協(xié)議的VHDL代碼，但是比較復雜，鑒于本文只需要使用Link Port的發(fā)送功能，且無(wú)需緩沖，故根據圖1所示的最小Link Port配置編寫(xiě)代碼，實(shí)現Link Port發(fā)送功能?；贔PGA的TS101的Link Port發(fā)送模塊結構框圖如圖4所示。

圖4 中的FIFO負責對輸出數據進(jìn)行緩沖，當輸入數據的速率高于Link Port時(shí)鐘的頻率時(shí)，Link Port的數據可以先存在FIFO數據中，當存入一定數量以后，再以L(fǎng)ink Port的時(shí)鐘把數據讀出。當輸入數據的速率低于Link Port的時(shí)鐘數率的時(shí)候，Link Port的數據同樣可以先存在FIFO中，當存入整數倍的4字數據量后，再以L(fǎng)ink Port的時(shí)鐘的數率發(fā)送出去。

圖4中的控制模塊是Link Port發(fā)送模塊的關(guān)鍵模塊，主要負責產(chǎn)生讀FIFO的讀使能信號和Link Port的發(fā)送時(shí)鐘根據Link Port發(fā)送的時(shí)序特點(diǎn)，使用狀態(tài)機來(lái)實(shí)現數據流的控制。當Link Port沒(méi)有工作時(shí)，保持等待狀態(tài)。需要傳輸數據時(shí)，首先檢查L(cháng)xCLKIN是否為高電平，若是，則說(shuō)明接收端為接收模式并且接收緩沖器為空，可以初始化一次發(fā)送，否則要等待。開(kāi)始傳輸數據時(shí)，數據首先被寫(xiě)入FIFO中，當判斷到FIFO的輸出信號EMPTY為高時(shí)，將處于默認高電平的LxCLKOUT信號拉低，在經(jīng)過(guò)6個(gè)時(shí)鐘周期的低電平后(在此期間檢測LxCLKIN是否一直為高電平)，LxCLKOUT拉高形成第一個(gè)LINK時(shí)鐘上升沿，這個(gè)時(shí)候應該在數據線(xiàn)上產(chǎn)生FIFO內的第一個(gè)輸出數據。LxCLKOUT下一周期拉低，第2個(gè)數據輸出，這樣經(jīng)過(guò)16個(gè)時(shí)鐘周期以后表示一次4字傳輸完畢。然后檢測FIFO中剩余的數據FIFO_RDATA_COUNT，若大于4則繼續上面的傳輸操作，否則，說(shuō)明FIFO中只剩最后一個(gè)4字，這次傳輸LxCLKOUT的最后一個(gè)時(shí)鐘上升沿產(chǎn)生以后，不再變低，一直保持高電平。然后，把本模塊中的所有臨時(shí)寄存器和FIFO復位。在產(chǎn)生完足夠長(cháng)度脈沖長(cháng)度的清零信號后狀態(tài)機重新進(jìn)入等待狀態(tài)。

3．2 USB接口模塊

USB接口模塊采用FPGA控制USB協(xié)議解析芯片來(lái)實(shí)現。其實(shí)現框圖如圖5所示。

本方案中，USB2．0協(xié)議解析芯片選用CYPRESS公司的CY7C68013A，它將一個(gè)USB外設所需的所有功能集成在一塊芯片上。芯片提供了3種傳輸數據的方式，文中選擇從FIFO(SlaveFIFO)模式。在SlaveFIFO模式下，8051微控制器不在數據的傳輸通路上，只負責設備的初始化和相應主機的控制傳輸請求，高速大批量的數據傳輸通過(guò)外部的主控者通過(guò)SlaveFIFO接口直接將數據填充到FX2LP的端點(diǎn)中(或者從里面讀出)，然后由硬件控制將數據傳輸給主機。

Slave FIFO的讀寫(xiě)方式有兩種：同步讀寫(xiě)以IFCLK為時(shí)鐘，IFCLK可以外部輸入，也可以使用內部的30 MHz或者48 MHz時(shí)鐘；異步讀寫(xiě)時(shí)IFCLK信號無(wú)效，只需要提供讀寫(xiě)信號即可進(jìn)行數據讀寫(xiě)。本文選擇同步讀寫(xiě)。

FPGA采用Xilinx公司的XC3S1000。FPGA在其內部建立2個(gè)雙口RAM，來(lái)緩存收發(fā)數據；并與協(xié)議解析芯片的各控制信號相連，實(shí)現對其的讀寫(xiě)控制。文中僅使用這個(gè)芯片的接收邏輯實(shí)現加載文件的USB總線(xiàn)傳輸，發(fā)送邏輯只用來(lái)做輔助調試和狀態(tài)監測。

3．3 LINK口發(fā)送模塊與USB接口模塊之間的接口

USB接口除用于加載TS101外，還可用于TS101正常工作時(shí)與PC機的數據傳輸，故對于不同意義的下行信息，需要根據其功能做不同處理。

上位機向FX2LP發(fā)送數據時(shí)，是通過(guò)將需要發(fā)送的數據打包(每包的大小由固件程序決定)，每隔固定一段時(shí)間向下發(fā)送一包實(shí)現的。在這里，每包數據包含512個(gè)字節，其中前8個(gè)字節用來(lái)當幀頭，后504個(gè)為需要下傳的數據?？赏ㄟ^(guò)幀頭的不同來(lái)區分下行信息的不同意義。其具體含義如表1所示。

FPGA輪詢(xún)每包數據的幀頭，如果是TS101與PC機交互數據，則送到雙口RAM中；如果是TS101加載數據，則送到LINK口發(fā)送模塊中；如果是／BMS拉高(低)指令，則通過(guò)相應的管腳拉高(低)／BMS；如果是復位TS101指令，則通知復位邏輯對TS101進(jìn)行復位，同時(shí)復位數據緩沖FIF O。
在實(shí)現基于USB總線(xiàn)的TS101的LINK加載時(shí)，上位機將DSP加載文件(．ldr文件)打包后，通過(guò)USB線(xiàn)纜向FX2LP發(fā)送。．ldr文件的大小不一定為504字節的整倍數，因此最后一包數最后可能有很多0。必須把這些0去掉，否則可能在加載TS101時(shí)導致其死機。為解決該問(wèn)題，在幀頭定義中，用幀頭2來(lái)區分是否為最后一包數，如果不是最后一包數，上位機打包時(shí)，幀頭2賦為01F8(即504)，如果是最后一包數，則把將有效數據長(cháng)度賦給幀頭2。FPGA不斷將TS101加載數據送到LINK口發(fā)送模塊中，當發(fā)現是最后一包數據時(shí)，讀取有效數據的長(cháng)度，并啟動(dòng)一個(gè)計數器，當計到該長(cháng)度時(shí)，讓FIFO讀使能失效，則只有ldr文件的有效數據被加載到TS101中。

4 TS101程序在線(xiàn)重加載和固化的實(shí)現

首先通過(guò)上位機發(fā)送／BMS拉高指令，讓FPGA將TS101的／BMS管腳拉高，然后發(fā)送復位TS101指令，復位TS101和FIFO；之后，發(fā)送／BMS拉低指令，讓FPGA將TS101的／BMS管腳拉低，最后，將ldr文件打包為T(mén)S101加載數據包并向下發(fā)送。發(fā)送完畢后，TS101即可運行該程序。
若要實(shí)現TS101程序的固化，則可將要燒寫(xiě)的程序生成為ASCII格式的ldr文件，轉化為．dat格式，通過(guò)include指令編譯到EPROM(FLASH)的燒寫(xiě)程序中，生成為L(cháng)ink加載ldr文件，通過(guò)USB總線(xiàn)進(jìn)行加載。燒寫(xiě)完成后，可通過(guò)閃燈或通過(guò)USB總線(xiàn)上傳狀態(tài)信息來(lái)指示燒寫(xiě)結果。

5 結束語(yǔ)

文中提出的基于USB的TS101鏈路口加載方法成功應用于某雷達信號處理平臺的程序加載，其功能驗證是通過(guò)使用本方法加載各種DSP應用程序并進(jìn)行功能測試來(lái)完成的。使用該方案能穩定可靠的實(shí)現TS101程序的重加載，并且能對與之相連的FLASH芯片AT29LV040A進(jìn)行成功燒寫(xiě)。