DSP+FLASH引導裝載系統的設計與實(shí)現

　　在一些脫機運行的DSP系統中，用戶(hù)代碼需要在加電后自動(dòng)裝載運行。DSP系統的引導裝載（Bootload）是指在系統加電時(shí)，DSP將一段存儲在外部的非易失性存儲器的代碼移植到內部的高速存儲器單元中去執行。這樣既利用了外部的存儲單元擴展DSP本身有限的ROM資源，又充分發(fā)揮了DSP內部資源的效能。盡管用戶(hù)代碼在一段時(shí)間相對是固定的，但是如果直接將其掩膜到內部ROM中去的話(huà)，一方面受容量以及價(jià)格的限制，另一方面則在系統代碼級上顯得不是很靈活方便。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫(xiě)存儲器，而且單位存儲比特的價(jià)格比傳統的EPROM要低，十分適合于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統。除了可以采用專(zhuān)用的硬件編程器把代碼灌入FLASH中之外，也可以利用現成的DSP通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現同樣的功能。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，并介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的系統引導裝載方案的實(shí)現。

　　1 系統描述

　　本系統由DSP（TMS320VC5410）及外部的FLASH（M29W400T）以及相關(guān)的電源管理單元等構成。DSP與FLASH的連接如圖1所示。DSP與FLASH是主從關(guān)系，由DSP的相關(guān)輸出管腳控制FLASH的擦除和讀寫(xiě)。其中，A0～D15為數據線(xiàn)，/MSTRB為存儲選通信號，R/W是讀寫(xiě)脈沖信號，/OE和/WE分別為讀使能和寫(xiě)使能，/CE為片使能，/BYTE為8位或16位數據模式選擇（圖中接高電壓為16位模式）。FLASH用于存放引導程序段和用戶(hù)代碼，由DSP軟件編程來(lái)寫(xiě)入。當系統脫機加電時(shí)，DSP首先從外部FLASH指定的引導程序段的起始位置處開(kāi)始執行引導裝載。所謂引導裝載，就是將原先存儲在FLASH中的用戶(hù)代碼移植到DSP內部的高速執行執行，然后將程序指針設置為用戶(hù)代碼的起始地址。這樣，接下來(lái)就可以利用DSP資源高速執行用戶(hù)代碼了。

　　2 DSP對FLASH的操作

　　2.1 DSP及FLASH簡(jiǎn)介

　　TMS320VC5410是TI公司的C54x系列的定點(diǎn)DSP，具有低功耗和高速度，常用于便攜式系統開(kāi)發(fā)。其內部在座資源包括256Kb的可掩膜RO鳳及可高速運行的128Kb的DARAM和896Kb的SARAM。ROM中固化了TI提供引導裝載代碼，方案采用自編的引導程序。 ST公司的M29W400系列的FLASH容量為4Mb，分為11個(gè)不同大小的塊結構，支持8位或16位操作模式。通過(guò)特殊的命令字序列可以對每一塊獨立進(jìn)行擦除和讀寫(xiě)。與以往的FLASH相比，它由外部單電壓供電，無(wú)需額外提供高電壓即可實(shí)現擦除及寫(xiě)入，因而在系統設計上無(wú)需考慮特殊的電平匹配。本方案采用16位模式。

　　2.2 地址映射方式

　　由于用DSP操作FLASH，必然涉及到FLASH的實(shí)際地址在DSP中的映射方式。TMS320VC5410的地址空間如圖2所示，包括數據空間和程序空間，具體的映射方式由DSP內部的一些寄存器決定。它使用頁(yè)面擴展機制，最多可以尋址8192Kb的程序空間。假設FLASH的起始地址0x0000和DSP的起始地址0x0000重合，那么FLASH中只有對應于DSP外部空間的那部分地址，才是DSP可見(jiàn)的。比如，本方案中采用微處理器模式（MP=1）且OVLY=1時(shí)，則DSP第0頁(yè)程序空間中可見(jiàn)的FLASH的地址范圍為0x8000～0xFFFF。 在擦除或讀寫(xiě)FLASH之前，必須先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。而整個(gè)FLASH地址空間并非和FSP的地址空間一一對應，所以需要考慮地址的重映射。 現以對FLASH寫(xiě)入為例。未考慮地址重映射時(shí)，命令字序列如下所示： Flash Write(0x5555L,0x00AA);//1st cycle Flash Write(0x2AAAL,0x0055);//2nd cycle Flash Write(0x5555L,0x00A0);//Program command Flash Write(myaddress,mydata);//put mydata into myaddress 由圖2可知，當MP=1和OVLY=1時(shí)，FLASH地址0x5555L和0x2AAAL在DSP中位于外部空間之外，是不可見(jiàn)的。這樣DSP執行上述語(yǔ)句時(shí)，根本沒(méi)有對FLASH進(jìn)行相應的操作，從而導致即使FLASH地址myaddress是DSP可見(jiàn)的，也無(wú)法實(shí)現數據寫(xiě)入的功能。 仔細分析FLASH的命令字序可知，前三句命令字序列中真正起作用的地址位是A0～A14，而高地址位A15～A17可以是任意值。于是考慮加一個(gè)偏移量0x8000，使得重映射后的FLASH地址在DSP中是可見(jiàn)的。修改后的代碼如下所示： #define OFFSET 0x8000 Flash Write ((0x5555L+OFFSET),0x00AA);//1st cycle Flash Write((0x2AAAL+OFFSET),0x0055);//2 nd cycle Flash Write((0x5555L+OFFSET),0x00A0);//Program command Flash Write((myaddress,mydata);//put mydata into myaddress 這樣，在DSP中就可以對外部FLASH進(jìn)行寫(xiě)入操作了，前提是FLASH地址myaddress在DSP中可見(jiàn)。擦除和讀操作也要對照圖2作類(lèi)似的地址重映射，不一一累述。

　　2.3 擦除和讀寫(xiě)過(guò)程描述

　　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。擦除和寫(xiě)操作之前都要執行相應的命令字序列，而讀操作則可以直接進(jìn)行。而且要寫(xiě)入的數據部分應為引導程序段以及用戶(hù)代碼是經(jīng)過(guò)編譯、連接后的目標代碼，且為FLASH可識別的HEX格式。

　　3 引導裝載模型設計

　　3.1 引導裝載原理

　　加電前，DSP設置為微處理器模式（MP=1）。加電后，DSP首先執行0xFF80處的中斷向量表起始處的跳轉命令，轉向0xF800處的引導程序段并實(shí)現代碼移植功能。完畢后，再次跳轉到移植后的用戶(hù)程序段的起始地址并執行之。

　　3.2 邏輯功能分塊

　　引導裝載系統包括引導程序段、用戶(hù)程序段、中斷向量表和連接命令文件四部分。引導程序段負責將用戶(hù)程序段和中斷向量表裝載到目標地址，用戶(hù)程序段是實(shí)現用戶(hù)系統功能的核心代碼，中斷向量表包括加電后的跳轉處理和中斷服務(wù)程序的入口，連接命令文件則是分配各個(gè)程序段在DSP地址空間中的位置。

　　3.3 具體代碼實(shí)現

　　引導程序段（load.asm）如下： .def load_start .sect "load_prg" load_start: ssbx intm ;關(guān)中斷 rsbx sxm ；符號擴展模式設置為0 ld #0,dp ;定義數據頁(yè)指針為0 nop nop nop ld #0ff80h,a ;移植中斷向量表，0xff80為中斷向量表的舊起始地址 stm #VECT_NEW,ar1 ;VECT_NEW表示中斷向量表的新起始地址 rpt #(VECT_LEN-1) ;VECT_LEN表示中斷向量表的長(cháng)度 reada *ar1+ nop ld #MAIN_OLD,a ；移植用戶(hù)程序段，MAIN_OLD表示用戶(hù)程序段的舊起始地址 stm #MAIN_NEW,ar1 ；MAIN_NEW表示用戶(hù)程序段的新起始地址 rpt #(MAIN_LEN-1) ;MAIN_LEN表示用戶(hù)程序段的長(cháng)度 reada *ar1+ endboot: orm #020h,@1dh ；設置OVLY=1，使得內部RAM同時(shí)映射到DSP數據和程序空間 ld #MAIN_NEW,a bacc a ；程序指針指向用戶(hù)程序段的的起始地址 .end 用戶(hù)程序段（main.asm）如下： .def main_start .sect "main_prg" main_start: USER_PRG ;此處添加用戶(hù)程序段 .end 中斷向量表（vect.asm）如下： .mmregs .ref main_start .ref load_start .def reset .def nmi .sect ".vectors" reset: bd load_start ；加電后，跳轉到自啟程序段起始地址 stm #200,sp nmi:rete ；此表中只包含NMI中斷入口，也可以類(lèi)似添加其它中斷入口 nop nop nop .end 連接命令文件（boot.cmd）的配置如下： vect.obj main.obj load.obj -o boot.out SECTIONS { main_prg： load=MAIN_OLD,run=MAIN_NEW vectors: load=0ff80h,run=VECT_NEW load_prg: load=0f800h }

　　4 寫(xiě)入目標代碼

　　上述引導程序經(jīng)過(guò)CCS編譯及連接后，生成的目標文件boot.out是DSP能夠識別的COFF格式。但是FLASH不支持這種模式，所以不能直接寫(xiě)入FLASH中。CCS自帶有多種HEX類(lèi)型的轉換程序，比如常見(jiàn)的有Intel格式等。但是不同的HEX類(lèi)型有不同的格式和頭尾開(kāi)銷(xiāo)，比如Intel格式中除了數據之外還有起始符、字節個(gè)數、起始地址、類(lèi)型以及校驗位等各種信息，并非純粹數據的HEX格式表示。了解了Intel格式的文件結構之后，就可以從中提取出需要寫(xiě)入FLASH中的代碼的HEX格式有相應的地址，即對應上面提到的mydata和myaddress。然后就可以利用上面的方法，用DSP將引導系統各個(gè)部分的代碼脫機運行前寫(xiě)入FLASH。

　　5 簡(jiǎn)單測試實(shí)例

　　利用上述方法，使得系統在脫機狀態(tài)下實(shí)現引導裝載，并且從DSP的XF端口輸出均勻脈沖波形。直接修改用戶(hù)程序段可用如下的代碼取代用戶(hù)程序段中的USER_PRG。 loop:rsbx xf nop ssbx xf nop b loop 經(jīng)過(guò)編譯、連接、格式轉換以及寫(xiě)入FLASH之后，系統就可以實(shí)際脫機運行了。加電一段時(shí)間后，可以通過(guò)示波器測量得到XF端口的均勻脈沖波形，證明引導裝載成功。