基于TMS320C6701 DSP自動(dòng)加載研究

0 引 言

在許多DSP應用系統中，都需要DSP芯片能夠在加電后自動(dòng)從外部設備加載程序，也就是引導(Boot-load)。TI公司的TMS320C6000系列芯片有三種引導方式可供選擇，分別是不加載、ROM加載和主機加載，詳細工作流程如下：

不加載：CPU直接從地址0處開(kāi)始執行代碼。如果該處內存是SDRAM，那么CPU會(huì )先掛起，等待SDRAM的初始化完成。

ROM加載：位于外部CE1空間的ROM中的代碼首先通過(guò)DMA／EDMA被搬入地址0處。加載過(guò)程在復位信號撤銷(xiāo)后開(kāi)始，此時(shí)CPU內部保持復位狀態(tài)，由DMA／EDMA執行一個(gè)單幀的數據塊傳輸。對于C620x／C670x，DMA從CE1空間中拷貝64 KB數據到地址0處。傳輸完成后，CPU退出復位狀態(tài)，開(kāi)始執行地址0處的指令。對于C62x／C67x，用戶(hù)還可以指定外部加載ROM的存儲寬度，EMIF會(huì )自動(dòng)把相鄰的8 b／16 b數據合成32 b的指令。

主機加載：也就是HPI加載。CPU停留在復位狀態(tài)，芯片其余部分保持正常狀態(tài)。引導過(guò)程中，外部主機通過(guò)主機接口初始化CPU的存儲空間。主機完成所有的初始化工作后，向接口控制寄存器的DSPINT位寫(xiě)1，結束引導過(guò)程。此時(shí)CPU退出復位狀態(tài)，開(kāi)始執行地址0處的指令。

1 ROM加載的實(shí)現

究竟使用哪種引導方式取決于芯片引導模式設置，而引導模式由BOOTMODE[4：0]管腳確定。系統加電后，RESET信號有效，DSP芯片復位，在RESET信號上升沿處鎖存BOOTMODE[4：0]管腳上的設置值，以此決定DSP芯片內存映射方式、地址0處的內存類(lèi)型以及復位后芯片的引導模式。本例中C6701的BOOTMODE值設為01101，即8 b ROM加載。

ROM加載是工程中最常見(jiàn)的加載方式，這種方式可以把程序代碼段和數據段保存在ROM，FLASH等非易失存儲器中，加載過(guò)程完全由DSP自動(dòng)完成，在實(shí)際應用中十分方便。ROM加載的具體步驟如下。

1．1 分配存儲空間，生成目標文件(．out)

TI代碼產(chǎn)生工具產(chǎn)生的目標文件是一種模塊化的文件格式——COFF格式。程序中的代碼和數據在COFF文件中是以段的形式組織的。對于C語(yǔ)言文件，編譯器生成的代碼段名為．text。全局變量和靜態(tài)變量分配在．bss段中，而局部變量或寄存器變量分配到．stack段或使用寄存器。在DSP的配置文件中必須將這些代碼段正確地分配到C6701的地址空間中去。
在TI提供的DSP軟件開(kāi)發(fā)平臺Code Composer Studio(CCS)中，編寫(xiě)DSP系統的工作程序，并對DSP芯片的內存空間、EMIF接口等進(jìn)行正確的配置后，程序編譯通過(guò)，CCS就會(huì )自動(dòng)產(chǎn)生目標(后綴為．out)文件，這種．out文件即為COFF格式的。

在ROM加載模式下，復位后C6701將通過(guò)DMA方式將FLASH中的前64 KB數據搬運到DSP的片內程序RAM執行，因此,必須將前面編譯好的工作程序的代碼段燒寫(xiě)到FLASH地址空間中的前64 KB，而數據段則應該燒寫(xiě)在FLASH首地址64 KB以后。這就需要在DSP芯片的內存段管理中，將數據段的加載地址(Load Address)配置為CE1空間FLASH上的指定地址，以保證DSP在復位后能正確地從FLASH上的不同地址讀取代碼和數據(見(jiàn)圖1)。

利用CCS自帶的DSP／BIOS配置工具，可以在類(lèi)似Windows Explorer的窗口界面下直觀(guān)方便地初始化DSP芯片的數據結構并設置不同的參數，而不需要再單獨編寫(xiě)連接命令文件(link command file，后綴為．cmd)。保存該配置文件時(shí)，配置工具自動(dòng)生成匹配當前配置的匯編源文件和頭文件以及一個(gè)鏈接命令文件。當構建(Build)應用程序時(shí)，這些文件都會(huì )自動(dòng)被鏈接進(jìn)應用程序。在CCS中打開(kāi)DSP／BIOS中的．cdb文件，操作System下的MEM(Memory Section Manag-er)模塊就可以對DSP存儲器映射空間進(jìn)行配置，并可以設置程序編譯后生成的代碼段、數據段是如何分配到這些存儲器空間的。這對ROM加載能否成功至關(guān)重要，要實(shí)現ROM加載必須把一些關(guān)鍵的代碼和數據段裝在系統的ROM中，但上電后仍在較快的DSP片內RAM中運行。這需要在DSP的內存映射空間上先劃分出外部FLASH的起始地址和長(cháng)度(如圖2中的ED-FLASH段)，并將CCS編譯產(chǎn)生的各個(gè)段的運行地址(Run Address)和加載地址(Load Address)分配到合適的存儲空間。需要特別注意的是，數據及代碼初始化段的加載地址必需放在FLASH空間上(如圖3)，只讀的段都可以放在FLASH上，非初始化段只需要分配運行地址。

下面是用DSP／BIOS配置工具在DSP內存空間中劃分好的各段開(kāi)始地址及長(cháng)度，其中EDFLASH就是外部FLASH上用于二次加載的地址空間。代碼則存放在FLASH的首地址，也就是0x1400000。

1．2 轉換文件格式，得到燒寫(xiě)文件(．h)

程序編譯好后輸出的是COFF格式的．out文件，這種文件無(wú)法直接寫(xiě)進(jìn)FLASH，所以只能將其轉換為其他FLASH支持的格式。一般來(lái)說(shuō)，對FLASH燒寫(xiě)的傳統方法是通過(guò)CCS自帶的格式轉換器hex6x把．out文件轉換為FLASH可識別的十六進(jìn)制格式(如Motorola-S、ASCII-Hex等)，再用專(zhuān)門(mén)的編程器將其燒寫(xiě)到FLASH芯片中保存。該方法的實(shí)現需要使用專(zhuān)門(mén)的FLASH燒寫(xiě)器，實(shí)際應用中較為不便，本工程中，在CCS環(huán)境下，通過(guò)JTAG口，完全由DSP控制對FLASH進(jìn)行燒寫(xiě)和擦除，實(shí)現了對外部FLASH的在線(xiàn)編程。
由于燒寫(xiě)是在CCS程序中實(shí)現，所以首先要把．out格式的目標文件轉換為工程中可包含的．h文件。根據前面提到的方法，需要把工作程序編譯后得到的代碼段和數據段分別寫(xiě)進(jìn)FLASH中的不同地址，這就需要將COFF文件中的代碼段和數據段分別提取出來(lái)。具體做法是：使用CCS中“FiIe-Data-Save分別把代碼段和數據段保存為dat文件(code．dat和data．dat)，代碼段和數據段的具體起始地址及長(cháng)度可以參考程序連接后自動(dòng)生成的連接過(guò)程結果說(shuō)明文件(后綴為．map，其中記錄了段的各種詳細信息，從中還可以知道各段的地址分配是否正確)。雖然保存下來(lái)的代碼段和數據段都是．dat格式，但其內容已經(jīng)是我們所需要的DSP工作需要的底層機器碼，所以只需要將其作為一個(gè)數組的內容，再給數組加上合適的類(lèi)型定義，就可以直接將其格式改為能在CCS工程中直接調用的．h文件(code．h和data．h)。這樣也就巧妙地解決了格式轉換問(wèn)題。

1．3 燒寫(xiě)FLASH

有了．h格式的燒寫(xiě)文件，下面就只需要再編寫(xiě)一個(gè)用于擦除和燒寫(xiě)FLASFI的DSP工作程序，由DSP控制并通過(guò)JTAG線(xiàn)操作FLASH芯片，燒寫(xiě)和擦除時(shí)要按照FLASH芯片手冊中的要求先向指定地址寫(xiě)入指定關(guān)鍵字。注意代碼和數據應分別寫(xiě)入FLASH中相應的存儲地址。以上三步完成后，DSP就可以在重新加電時(shí)實(shí)現自動(dòng)引導：首先從地址0x1400000處搬移64 KB初始化程序到片內運行，然后再從地址0x1410000處加載剩余的代碼和數據。

2 結 語(yǔ)

實(shí)際工程中的應用證明了上述方法可以使TMS320C6701在脫離上位機的情況下實(shí)現上電后自動(dòng)加載運行，并且穩定可靠，操作方便，使用JTAG線(xiàn)和仿真器就可完成所有操作。該方法只要對一些存儲空間的配置稍作修改即可用于C6000系列其他DSP芯片的自動(dòng)加載。另外，本文思路也可推廣到其他DSP芯片的自動(dòng)加載設計中。