TMS320VC5402的并行引導裝載方案的研究與設計

摘要：介紹了TMS320VC5402并行Bootloader的原理，分析了設計過(guò)程中需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題并提出了解決問(wèn)題的可靠的電路方案，設計的電路具有良好的可擴展性。關(guān)鍵詞：TMS320VC5402 Bootloader CPLD EPROM TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱(chēng)C5402）是德州儀器公司1999年10月推出的性?xún)r(jià)比極高的定點(diǎn)數字信號處理器（DSP）。與TMS32054X系列的其它芯片相比，C5402以其獨有的高性能、低功耗和低價(jià)格特性，使得一推出就受到業(yè)內用戶(hù)的歡迎。它大多應用在如機頂盒（STB）、數字無(wú)線(xiàn)通信等要求能脫機運行的內嵌式系統中。但它的內部結構和片內掩模的引導裝載(Bootloader)程序與C54X系列的其它DSP處理器有較大差異。C5402為脫機運行提供了五種啟動(dòng)裝載模式：HPI端口啟動(dòng)模式、標準串口啟動(dòng)模式、I/O口啟動(dòng)模式、串口EEPROM啟動(dòng)模式和并行啟動(dòng)方式。對于以C5402為核心的獨立系統中，并口加載方案被認為是最佳的。因為前三種方案只適用于由其它處理器為C5402提供運行代碼的多處理器系統中，后兩種方案雖然都可以適應以C5402為核心的獨立系統，但是串口EEPROM啟動(dòng)模式中只支持價(jià)格偏高的SPI端口EEPROM，而并口啟動(dòng)模式卻可以采用EPROM，而且并行EPROM和FLASH種類(lèi)很多，有的價(jià)格較低，因而可以充分體現系統的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。 基于實(shí)踐經(jīng)驗，本文詳細介紹并行Bootloader的實(shí)現方法和方案設計重點(diǎn)，并介紹一種方便可靠的可擴展EPROM Bootloader方案。1 C5402的Bootloader原理 C5402的Bootloader在系統加電時(shí)把外部源程序傳送到內部存儲器或內部程序空間。它允許程序被存放在外部慢速的存儲器中，并調到高速的存儲器中運行。這可大大減小C5402內部RAM掩模的需要，降低電路設計的成本。C5402的內部ROM中有固化好的加載程序。如果DSP的MP/MC管腳接低，在DSP加電RESET時(shí)，程序就從內部ROM的FF80H地址開(kāi)始行運行。在FF80H處，有一條跳轉到BOOT程序的指令，執行內部固化好的BOOT程序。BOOT程序在運行搬移程序之前，首先進(jìn)行初始化，工作包括關(guān)閉中斷、將內部RAM映射在程序/數據空間，以及為訪(fǎng)問(wèn)數據和程序空間設置的七個(gè)軟件等待等；然后根據設計完成不同方式下程序的搬移。C5402共有上面講述的5種加載方式。這里只討論并口加載方案的設計，其流程如圖1所示。 在判斷前幾種加載方式無(wú)效后，Bootloader從I/O空間0FFFFH處讀取一個(gè)16位的程序起始地址。然后根據這個(gè)地址從外部數據區讀入一個(gè)字，判斷是否為10AAH。如果是，就采用16位的搬移方式；否則，就判斷讀入的字的低位字節和下一個(gè)地址讀入的字的低字節組成的16位字。如果是08AAH，就采用8位并行加載方式；否則，就在外部數據空間的0FFFFH讀取一個(gè)16位的程序起始地址，然后重復上面的檢測方法。本文采用在外部數據空間0FFFFH處存放程序起始地址的方案。 2 方案設計中需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題 C5402并口Bootlader需要將映射在數據區的程序由慢速的EPROM搬到快速的RAM中運行，其設計主要需要考慮三個(gè)方面的問(wèn)題。 2.1 速度匹配問(wèn)題 C5402的工作頻率可以達到100MHz。一般的并口EPROM是無(wú)法可靠工作的，如何使C5402順利裝載而又能使C5402達到最高的工作效率是要考慮的一個(gè)重點(diǎn)。 2.2 3.3V和5V混合邏輯設計 C5402的外圍工作電壓為3.3V，而它的外圍器件包括EPROM一般工作在5V，必須為DSP和外圍芯片設計一個(gè)安全可靠的接口。2.3 高效協(xié)調地利用空間 如何高效方便地利用存儲空間和I/O端口，例如重新利用并口EPROM在bootloader時(shí)占用的數據空間、如何協(xié)調外設和地址分配等都是需要考慮的問(wèn)題。 3 系統硬件電路設計 圖2為一種具有良好擴展性的C5402的Bootloader方案設計原理圖。 圖中，DVDD為3.3V供電。C5402的時(shí)鐘輸入為20MHz，此時(shí)系統工作頻率就是CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3組合產(chǎn)生的倍頻系數和輸入時(shí)鐘的乘積。C5402的工作頻率可達到100MHz。雖然C5402在RESET時(shí)自動(dòng)插入7個(gè)軟件延時(shí)，但這只能滿(mǎn)足較貴的速度不低于70ns的EPROM接口，而一般的EPROM無(wú)法可靠工作。為了解決速度匹配問(wèn)題，利用了C5402的倍頻可以由硬件和軟件兩種方式設置的特性。在系統加電時(shí)將C5402的倍頻選擇為2，即將CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3分別設置為1、0、0，讓DSP工作在40MHz的頻率，等加載完成之后再通過(guò)軟件將C5402的工作頻率調高到100MHz，使C5402達到最大的工作效率。實(shí)驗證明這是可行而且可靠的。 C5402的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)掛有兩個(gè)164245，它是TI公司生產(chǎn)的3.3V和5V雙向收發(fā)器，個(gè)164245可以看作兩個(gè)8位收發(fā)器或一個(gè)16位收發(fā)器。它由3.3V和5V雙電源供電，收發(fā)的方向由兩個(gè)方向控制端管腳（DIR）控制。它串在地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)上，既可為DSP提供驅動(dòng)5V數字電路的能力，也可為DSP提供5V信號讀入的保護。對于地址總線(xiàn)，只是輸出信號，所以將同地址總線(xiàn)相接的164245的DIR信號接高，使其只完成從3.3V到5V的轉換。使用164245，總線(xiàn)就可以為擴展的多個(gè)外設提供可靠的接口，解決了3.3V和5V混合邏輯設計問(wèn)題。 EPM7032用來(lái)提供整個(gè)系統需要的組合邏輯。它屬于MAX7000系列，是Altera公司的基于第二代MAX結構的CPLD，可提供多達5000個(gè)可用門(mén)和在系統編程。其引腳到引腳延時(shí)快達5ns?？梢匀菁{各種各樣的獨立的組合邏輯和時(shí)序邏輯功能。所有的驅動(dòng)器均能配置在3.3V和5.5V電壓下工作，允許用于混合電壓系統中。EPM7032為Bootloader提供的內部組合邏輯電路如圖3所示。 EPROM采用NS公司或ST公司的27C256。EPM7032的ROMCE接EPROM的CE管腳，使其映射在DSP的C000H-FFFFH的數據空間。DIR控制16245的轉發(fā)方向。EPM7032共有36個(gè)I/O引腳可供編程使用，剩余的管腳可以用來(lái)接入PS、IS等管腳，方便系統擴展存儲空間和外設。它同時(shí)方便了系統的調試，修改時(shí)只需重新編程，不用修改硬件電路，且延時(shí)非常小?？梢苑奖愕赝瓿蓞f(xié)調外設和存儲空間的工作。 對于如何在Bootloader后釋放EPROM占用的數據空間，可以通過(guò)軟件可設置管腳XF解決，只需簡(jiǎn)單修改內部邏輯電路，如圖4所示。RESET時(shí)，XF被置高，使EPROM能夠映射在數據空間。RESET完成之后，可用軟件設置XF為低，使CE輸出的片選無(wú)效，從而讓EPROM讓出數據空間。4 系統軟件設計 4.1 測試程序設計 由于Bootloader需要完成的是系統的脫機運行，因此可用一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的測試程序驗證硬件是否已經(jīng)協(xié)調工作。下面是一個(gè)可行的方法，通過(guò)設置XF的電平高低，讓XF輸出不同頻率的方波，或者在XF管腳外接一個(gè)發(fā)光二極管，就可以直觀(guān)的看到系統有沒(méi)有協(xié)調工作。 test:nop rsbx,1,13 /*將XF管腳置為低電平*/ call delay /*調用延時(shí)子程序*/ ssbx 1,13 /*將XF管腳置為高電平*/ call delay /*調用延時(shí)子程序*/ b test /*循環(huán)運行*/ 4.2 系統設置程序 加載完成之后，需要半DSP的頻率調高，使DSP能高效運行。實(shí)際上就是用軟件改變DSP內部的PLL來(lái)改變倍頻系數。因為PLL是模擬的，在它鎖定之前需要一定的鎖定時(shí)間，在鎖定時(shí)間內DSP不能使用PLL模式，必須把它調整到DIV模式。下面就是方案系統設置部分的子程序。 .mmregs vCLKMD:.set 0x4007 /*5倍頻的CLKMD值*/ .global sinitCLKMD .sect "initCLKMD" sinitCLKMD: cmpm CLKMD,#0x1007 /*測試DSP是否工作在2倍頻*/ nop bc lretest,ntc stm #0h,CLKMD /*將CLKMD寄存器設置為二分頻，即關(guān)閉倍頻電路*/ test: ldm 58h,A /*下面程序讀取CLKMD的PLLSTAUS值 AND #0001h,A 如果PLLSTAUS值為0，則DIV狀態(tài) Bc test,aneq 設置成功。為1，等待再檢測*/ Stm #vCLKMD,CLKMD /*將CLKMD設置為5倍頻，DSP工作在100MHz/ Rpt #256 /*等待C5402工作頻率穩定*/ Nop EinitCLKMD: Ret .end5 將軟件裝入EPROM 要使在系統調試的程序能夠脫機裝載，需要hex500.exe把*.out文件轉化為*.hex。一個(gè)名稱(chēng)為main的轉換文件（CMD文件）例子如下： syw.out /*syw.out是在系統調試生成的out格式的文件名。*/ -i /*-i選項決定了輸出文件的格式*/ -memwidth 8 /*-memwidth選項決定產(chǎn)生的數據的位寬度，根據使用的EPROM具體情況設定，這里選8。如果采用16位的EPROM則應該為16*/ -romwidth 8 /*-romwidth選項決定于存儲數據的EPROM的位寬度*/ -boot /*-boot選項用來(lái)說(shuō)明產(chǎn)生一個(gè)boot表示*/ -bootorg 0xc000 /*-bootorg選項說(shuō)明加載信息在DSP數據空間中的起始位置*/ -e 0080h /*-e選項時(shí)程序中斷向量的入口點(diǎn)*/ -o syw.hex /*-o產(chǎn)生的文件的文件名。*/ 在DOS環(huán)境下執行Hex500 main.cmd就可以完成轉換。對應上面的地址分配，在燒錄時(shí)同時(shí)在EPROM的7FFEH和7FFFH處燒處C000H的值。 6 方案性能分析 從上面的分析可以看出，方案實(shí)現方便可靠。但是采用外部并行BOOT方式時(shí)，BOOT的尋址區是在數據區，因而最大的范圍是3FFF～FFFFH，共48KPB。而采用8位的EPROM，最大的程序代碼長(cháng)度僅為24K字。如果程序超過(guò)了48K字，只能采用另外的替代方法。這是在一些電路方案論證時(shí)需要考慮的問(wèn)題。