基于CPCI總線(xiàn)的鏈路口多DSP引導方案的設計實(shí)現

前言

數字信號處理器DSP是一種具有特殊結構的微處理器，它專(zhuān)門(mén)為實(shí)現數字信號處理的各種算法而設計，因而在硬件結構上具有特殊性。TS201是ADI公司TigerSHARC系列中集成了定點(diǎn)和浮點(diǎn)計算功能的高速DSP。該處理器廣泛應用于視頻、通信市場(chǎng)和國防軍事裝備中，適合于大數據量實(shí)時(shí)處理的應用領(lǐng)域。

TigerSHARC系列DSP引導程序的加載方法非常靈活，可根據實(shí)際系統的需求靈活選用。某雷達信號處理機采用6U板形，CPCI總線(xiàn)采用歐洲卡尺寸標準，通過(guò)CPCI總線(xiàn)與主機進(jìn)行數據通信。針對該信號處理機硬件系統，本文提出一種引導方案，該方案采用CPCI總線(xiàn)向板卡傳輸引導代碼，進(jìn)而依靠FPGA通過(guò)鏈路口引導DSP自啟動(dòng)。

1 ADSP-TS201引導模式

DSP的引導就是在DSP系統復位的情況下從DSP外部存儲器裝載算法程序代碼的過(guò)程。TS201支持兩種引導模式：主引導(Master Boot)模式和從引導(S|ave Boot)模式。

在主引導模式下，TS201作為主動(dòng)方，用外部口輸出地址，讀引導方式選擇等控制信號，從EPROM或FLASH中加載代碼。在從引導模式下，TS201作為被動(dòng)方，不向外部輸出控制信號，外部主機或其他設備向TS201的主機或鏈路口傳送要加載的代碼，TS201僅啟動(dòng)若干DMA通道，并執行第一個(gè)DMA所接收的加載核。

另外，FS201還可以選擇一種“非引導”模式，或利用TS201的(仿真器)USB-ICE加載程序，這種方式可直接將程序加載到TS201內部的RAM或外部的RAM中，DSP直接從RAM中運行程序，常用于DSP的調試過(guò)程。

通過(guò)對TS201的引腳的設置，可將DSP的引導過(guò)程設置成主引導模式或從引導模式。在DSP復位期間，如果引腳為低電平，則選擇主引導模式，DSP從外部EPROM或FLASH中加載程序;若引腳為高電平，則進(jìn)入從引導模式，DSP為空閑狀態(tài)，等待主機或鏈路口加載程序。兩種引導模式都有相同的加載過(guò)程，具體步驟如下：

(1)TS201自動(dòng)啟動(dòng)一個(gè)DMA，自動(dòng)把256個(gè)字(32位)傳送到內部存儲器的地址0x00～0xFF。

(2)TS201執行上述256個(gè)字的指令(加載核)，加載核啟動(dòng)其他DMA，把后續指令和數據加載到內部和/或外部存儲器中。

(3)加載核自我覆蓋，執行DSP算法程序。

本系統引導方案采用從引導模式，通過(guò)CPCI總線(xiàn)將代碼從主機傳至FPGA中，再利用FPGA經(jīng)過(guò)鏈路口啟動(dòng)DSP。

2 某雷達信號處理機的引導設計方案

基于某雷達信號處理機硬件處理平臺，采用如圖1所示的多DSP引導設計方案。

4片DSP的算法程序代碼(.LDR文件)通過(guò)上位機軟件傳輸到FPGA中，FPGA通過(guò)與DSPA的鏈路口給DSPA加載程序。DSPA加載成功后，分別引導DSPB，DSPC，DSPD啟動(dòng)。

采用這種方式加載DSP的優(yōu)點(diǎn)：調試DSP時(shí)可以不使用JTAG仿真器;同時(shí)當DSP自啟動(dòng)時(shí)，可以不采用FLASH或E2PROM存放程序代碼，對于DSP程序的大小沒(méi)有限制，也節約了電路板的空間及其硬件設計復雜度。

采用這種方式加載DSP的難點(diǎn)：CPCI總線(xiàn)與FPGA數據傳輸無(wú)誤及FPGA與TS201鏈路口通信，這兩個(gè)難點(diǎn)在實(shí)際工程中都已經(jīng)解決。CPCI總線(xiàn)與FPGA接口可以采用PLX9656芯片完成數據傳輸，所以這種加載模式的設計是可行的。

2.1 自動(dòng)引導程序設計思路

為了設計加載(自動(dòng)引導)程序，首先必須了解ADSP-TS201的軟件設計流程，其流程圖如圖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(.DEX)是指加載引導核程序，其功能是將用戶(hù)工程所編譯成功的可執行文件(.DXE)合成一個(gè)鏈路口加載方式的輸出文件(.LDR)。該加載輸出文件用來(lái)定義加載過(guò)程中TS201的內部和外部存儲器如何被初始化。

在VisualDSP++安裝目錄的ldr子目錄下，ADI公司提供了標準加載核文件和相應的源程序(.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。

由于TS201有三種引導方式(不考慮非引導模式)，ADI公司相應地提供了三種不同的加載和文件，分另0為：TS201_prom.dxe，TS201_li-nk.dxe，TS201_host.dxe。三個(gè)程序的核心思想和功能完全一致，只是由于使用的加載端口和方式不同，在具體代碼實(shí)現上稍有差異。由于本系統采用鏈路口啟動(dòng)，同時(shí)對于DSPA，DSPB，DSPC，DSPD都采用不同的鏈路口啟動(dòng)，因此采用鏈路口加載核文件，需要對加載核文件稍作修改，滿(mǎn)足不用鏈路口啟動(dòng)的需求。

2.2 本信號處理機的復位引導設計流程

如圖1所示，4片DSP要運行的程序最終通過(guò)上位機讀取后，通過(guò)CPCI總線(xiàn)傳至FPGA，4片DSP為鏈路口引導模式。DSP復位后，DSPA從FPGA加載程序，DSPA加載完成后，再分別通過(guò)鏈路口加載DSPB，DSPC，DSPD。加載完成后，4片DSP正常執行各自的程序。

結合以上各部分的分析，可以看出要實(shí)現該信號處理機中4片DSP的正確引導，所需的工作由以下幾步組成：

(1)由DSPB要執行的程序(DSPB.dxe)，結合鏈路口的加載核程序生成DSPB的加載文件(DSPB_bin.ldr)。需要注意的是，該鏈路口加載核程序不能直接使用提供的標準鏈路口加載程序，必須將提供的鏈路口加載核文件(TS201_link.asm)中的LINK常數改為1(#define LINK 1)，即DSPB由鏈路口1引導。

(2)與(1)類(lèi)似，生成DSPC的加載文件(DSPC_bin.ldr)，只是需要把鏈路口加載核文件(TS201_link.asm)中的LINK常數改為2(#define LINK 2)，即DSPC由鏈路口2引導。同樣DSPD由鏈路口2加載，同樣生成DSPD的加載文件(DSPD_bin.ldr)。

(3)由于DSPA要通過(guò)鏈路口來(lái)對DSPB，DSPC，DSPD進(jìn)行程序引導，所以在進(jìn)行DSPA編程時(shí)，需要在程序的最開(kāi)始添加給后面所有ADSPTS2 01的引導程序。而每片ADSP-TS201的程序都由引導碼和用戶(hù)程序構成，所以在DSPA給其余DSP傳輸程序時(shí)將傳輸完整.1dr文件的數據。