利用Flash實(shí)現DSP對多個(gè)程序有選擇的加載

關(guān)鍵詞：Flash存儲器 DSP 主機接口 Bootloader 引導表

引 言

　　在TMS320C54X系列DSP系統的開(kāi)發(fā)中，由于DSP片內只有ROM和RAM存儲器，如要將用戶(hù)代碼寫(xiě)入ROM中，必須要由DSP芯片廠(chǎng)家來(lái)完成；但這樣做用戶(hù)就不能再更改代碼，很不實(shí)用。由于RAM在DSP掉電后不能再保存數據，因此，常常利用EPROM、Flash等一些外部存儲器來(lái)存放用戶(hù)代碼。在DSP上電工作后，利用DSP提供的boot機制，再將程序下載到DSP RAM中運行。如果使用EPROM外部存儲器存放用戶(hù)代碼，需要用代碼轉換工具將用戶(hù)代碼轉換為二進(jìn)制目標文件，然后用編程器將其燒寫(xiě)進(jìn)EPROM；而如果使用Flash存儲器存放用戶(hù)代碼，則可直接使用DSP仿真器和CCS（Code Composer Studio ）仿真環(huán)境進(jìn)行在線(xiàn)編程，使用靈活方便，不再需要其它編程設備。在某一以太網(wǎng)通信系統中，我們就采用Flash存儲器來(lái)實(shí)現多份用戶(hù)代碼的有選擇加載。下面就以此系統為例介紹對TMS320VC54X DSP的一種用戶(hù)代碼加載的方法。

1 系統構架

??此通信系統基于802.3以太網(wǎng)標準，用以實(shí)現各終端之間的話(huà)音和其它數據的通信，以及實(shí)現局域網(wǎng)內終端與外界的話(huà)音和數據通信。為節約開(kāi)發(fā)成本，提高系統的可擴展性、通用性和靈活性，我們對每個(gè)網(wǎng)內終端采用同樣的硬件架構，通過(guò)使用不同的軟件代碼而使其實(shí)現不同的功能，發(fā)揮不同的作用。

??每一通信終端由2塊DSP芯片、1塊網(wǎng)卡、1塊CPLD和1塊FPGA以及Flash存儲器等器件組成可擴展的基本結構。其中，以TMS320VC5410 DSP作為主CPU，負責系統的邏輯控制和一般數據傳輸；以MS320VC5416 DSP作為從CPU，負責話(huà)音的編解碼和回聲消除、語(yǔ)音檢測等工作。2塊DSP之間通過(guò)主機接口（HPI）進(jìn)行通信。為了實(shí)現代碼的有選擇下載，可由FPGA配置一端口作為撥碼開(kāi)關(guān)，使用戶(hù)通過(guò)調節撥碼開(kāi)關(guān)，可以有選擇地下載存儲于Flash中的用戶(hù)代碼，其結構如圖1所示。

??配置撥碼開(kāi)關(guān)是為了擴充系統的功能，以實(shí)現一個(gè)硬件平臺的多種用途。我們可以將實(shí)現不同功能的多份用戶(hù)代碼都寫(xiě)入Flash存儲器中存放，通過(guò)硬件撥碼開(kāi)關(guān)的設置，選擇其中一份用戶(hù)代碼下載執行。在系統上電加載用戶(hù)代碼時(shí)，系統先從Flash下載FPGA配置程序，然后通過(guò)FPGA讀出撥碼開(kāi)關(guān)的值，再根據此值從Flash中選擇對應的5410 DSP用戶(hù)代碼加載；而5416 DSP的用戶(hù)代碼加載是在5410代碼加載完成，啟動(dòng)運行后由5410程序從Flash中讀出相應的5416代碼，再通過(guò)HPI加載到5416的，以此實(shí)現5416 DSP的代碼加載與啟動(dòng)。

2 M29W800AB Flash存儲器介紹及使用

??在此系統中，我們選用的是M29W800AB Flash存儲器，其容量為512K16位, 分為16頁(yè)，每頁(yè)32K。其中，第0頁(yè)有4個(gè)模塊：0x00~0x1fff、0x2000~0x2fff、0x3000~0x3fff、0x4000~0x7fff。其余各頁(yè)，每頁(yè)為1個(gè)模塊，共有19個(gè)模塊。

??對Flash的操作要靠寫(xiě)入一系列特定的地址和數據序列來(lái)完成。在每次對Flash寫(xiě)入之前，要對其原來(lái)的內容進(jìn)行擦除。Flash的擦除包括塊擦除和芯片擦除兩種。塊擦除是對一個(gè)模塊進(jìn)行擦除，芯片擦除是擦除整個(gè)Flash的內容。因此，對Flash的操作，是以模塊為基本單元的。對Flash的操作由指令決定，其必須滿(mǎn)足Flash的時(shí)序要求，每條指令需要1～6個(gè)不等的指令周期。主要操作指令包括讀數據指令、編程指令、復位指令、自動(dòng)選擇指令和擦除指令。每個(gè)指令周期由一個(gè)命令構成，每個(gè)命令代碼所執行的任務(wù)如表1所列。

表1 Flash的命令說(shuō)明

??下面以M29W800AB Flash的塊擦除指令為例，具體說(shuō)明Flash的操作時(shí)序：塊擦除指令需要6個(gè)總線(xiàn)周期，先以2個(gè)解鎖周期開(kāi)始，然后是1個(gè)擦除建立周期，接下來(lái)又是2個(gè)解鎖周期，最后是1個(gè)擦除確認周期，其指令時(shí)序如表2所列。

表2 Flash擦除指令說(shuō)明

??其C語(yǔ)言程序設計代碼如下：

#define flash ((volatile unsigned int*)0x8000)

Block_Erase(ADDR){

flash[0x5555] = 0x00AA;

wait(1000);

flash[0x2AAA] = 0x0055;

wait(1000);

flash[0x5555] = 0x0080;

wait(1000);

flash[0x5555] = 0x00AA;

wait(1000);

flash[0x2AAA] = 0x0055;

wait(1000);

flash[ADDR] = 0x0030;

}

??需要注意的是，Flash相對于DSP來(lái)說(shuō)是慢速設備，編程時(shí)，對Flash的訪(fǎng)問(wèn)需要有足夠的延時(shí)等待。對其它指令這里就不一一介紹了。要了解更多內容，可參考具體的Flash存儲器手冊。

3 引導裝載

??TMS320VC5410和TMS320VC5416片內ROM中固化有TI公司的引導裝載(Bootloader)程序，用于在上電復位時(shí)把用戶(hù)代碼從外部存儲器引導到片內RAM中運行。引導程序是在一些片內固化的一個(gè)程序，它負責上電時(shí)初始化存儲器。換句話(huà)說(shuō)，它將程序從非易失性存儲器（如Flash存儲器）中調入系統的存儲器中。其提供的片內引導模式有： HPI（主機接口）引導、并行EPROM引導、并行I/O引導和串行口引導等。下面先介紹這兩塊芯片的上電引導過(guò)程。

??DSP上電復位后，先檢測其MP/MC引腳，如果MP/MC＝“0”，表示使用片內ROM引導。此時(shí)，DSP從0xFF80處開(kāi)始執行TI的片內引導程序。進(jìn)入引導程序后，HINT引腳變?yōu)榈碗娖?，然后開(kāi)始檢測INT2是否為低電平（有效）。如有效，則進(jìn)入HPI引導方式；否則，檢測INT3引腳。如有INT3請求中斷，則進(jìn)入串行引導方式；否則，就進(jìn)入并行引導方式。在本系統中，我們采用TI公司提供的Bootlooder程序進(jìn)行引導裝載，為此，應將MP/MC引腳接低電平。引導程序流程如圖2所示。

3.1 HPI模式實(shí)現TMS320VC5416的程序加載

??按以上設計，5416DSP的程序加載采用HPI（主機接口）模式。對于HPI引導模式，必須將HINT和INT2引腳連接在一起，以保證Bootloader程序能檢測到INT2有效。當檢測其為低電平時(shí)，進(jìn)入HPI引導方式。主處理器5410啟動(dòng)運行后，5410程序從Flash中下載5416程序，通過(guò)5410與5416之間的HPI寫(xiě)入5416 RAM。在將程序寫(xiě)入5416時(shí)，要按照5416程序的cmd文件配置，將從Flash中讀出的代碼寫(xiě)入5416程序空間的代碼段。寫(xiě)完代碼后，還應將5416代碼的起始地址寫(xiě)入5416的0x7f單元，將0寫(xiě)入0x7e單元，起始地址可在CCS仿真環(huán)境中編譯5416代碼后看出，此時(shí)PC所指向的位置就是代碼的起始地址。這是因為，當5416進(jìn)入HPI引導方式后，Boodloader程序開(kāi)始檢測0x7f單元的內容（0x7e和0x7f兩單元內容在Boodloader程序開(kāi)始執行時(shí)就清零）。當檢測到其內容不為零時(shí)，即將0x7e的內容賦給XPC，將0x7f的內容賦給PC，程序跳轉到PC所指向位置執行用戶(hù)代碼。這樣就實(shí)現了從片5416的程序加載啟動(dòng)。圖3是HPI模式加載用戶(hù)代碼的流程。

3.2 并行加載模式實(shí)現TMS320VC5410的程序加載

??5410主處理器的用戶(hù)代碼加載采用并行模式加載。在本系統中，有多份5410用戶(hù)代碼存儲于Flash中。系統上電后，先要從Flash中下載FPGA配置代碼，然后讀出撥碼開(kāi)關(guān)的值，再選擇相應的用戶(hù)代碼下載，完成后，跳轉到用戶(hù)代碼的入口地址開(kāi)始執行用戶(hù)代碼。為此，需要設計一啟動(dòng)程序以實(shí)現以上功能。啟動(dòng)程序的內容包括下載FPGA配置代碼，讀拔碼開(kāi)關(guān)值，并根據此值選擇下載相應的5410用戶(hù)代碼到其cmd文件配置的相應程序空間。完成后，跳轉到用戶(hù)代碼起始地址。代碼的起始地址通過(guò)CCS仿真環(huán)境編譯后獲得，啟動(dòng)程序的下載運行，則要依靠TI的片內引導程序，采用16位并行模式引導加載，需要構建引導表。所謂引導表就是引導程序要調入的代碼。引導表中除了包括源代碼之外，還包含一些附加信息。這些信息指導引導程序的具體執行過(guò)程。因此，可以說(shuō)引導表是由程序代碼和一些附加信息組成的一種數據結構。在這里，我們需要用啟動(dòng)程序構建引導表，并將引導表也寫(xiě)入Flash中。

??在此系統中，Flash存儲器映射為DSP的0x8000～0xffff數據空間。對Flash操作時(shí)，首先要選擇頁(yè)，每一頁(yè)都對應為DSP的0x8000～0xffff地址的數據空間。需要注意：除了將引導表寫(xiě)入Flash外，還應將引導表的起始地址（對于DSP處理器而言的地址，如果在Flash中為0，則對DSP即為0x8000）寫(xiě)入Flash第一頁(yè)的最后一個(gè)單元（0x7fff單元），即DSP存儲空間的0xFFFFh單元。

??引導程序進(jìn)入并行加載模式后，將查詢(xún)數據空間的0xFFFFh單元，直到讀入一個(gè)有效的地址數據。此數據為用戶(hù)引導表的入口地址。這時(shí)，引導程序就跳轉到Flash中的用戶(hù)引導表開(kāi)始執行。需要注意的是，對于不同型號和廠(chǎng)家的Flash，其引導表的格式和內容是不同的。下面就M29W800AB Flash引導表的格式及我們所配置的內容說(shuō)明如下：

??程序根據引導表的內容將用戶(hù)代碼下載到指定的程序空間中，并將指定的程序入口地址值賦給PC，使程序從此處開(kāi)始執行，從而完成5410 DSP的引導啟動(dòng)。并行引導流程如圖4所示。

??在系統的實(shí)際調試過(guò)程中，通過(guò)HPI加載5416代碼時(shí)，要注意5410和5416的時(shí)鐘要匹配。一般來(lái)說(shuō)，要求從片時(shí)鐘為主片時(shí)鐘的1.25倍以上。在此系統中，系統基準時(shí)鐘為8MHz，5410啟動(dòng)時(shí)鐘設為8MHz，5416設為10倍頻80MHz。

??本系統最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現了一機多用，擴展了系統的功能，增強了系統的靈活性和通用性，在實(shí)際應用中已取得了良好的效果。