引言
DSP具有高速的計(jì)算能力與豐富的外設(shè)接口，被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。很多基于DSP的嵌入式系統(tǒng)被配置于苛刻的環(huán)境或偏遠(yuǎn)地區(qū)，當(dāng)需要軟件升級或程序更新時，人員無法進(jìn)入或很難到達(dá)相應(yīng)環(huán)境中，必須采用遠(yuǎn)程加載技術(shù)來完成升級和更新。以太網(wǎng)具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高的優(yōu)點(diǎn)，是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧己幂d體，目前主流的DSP芯片均可擴(kuò)展以太網(wǎng)接口。本文結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)，以TI公司的DSP芯片為例對DSP遠(yuǎn)程加載技術(shù)進(jìn)行了研究。
DSP遠(yuǎn)程加載的核心思想包括3個方面：
① DSP能夠收發(fā)遠(yuǎn)程控制端數(shù)據(jù)；
② DSP能夠更新存放用戶程序的Flash區(qū)域；
③ DSP能夠獲取用戶配置選擇是否需要遠(yuǎn)程加載。
基于上述3點(diǎn)，本文對DSP網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)、DSP與Flash接口及驅(qū)動技術(shù)、遠(yuǎn)程加載配置技術(shù)進(jìn)行了研究。
1 遠(yuǎn)程加載的硬件基礎(chǔ)
1.1 DSP以太網(wǎng)接口技術(shù)
（1） 通過專用接口芯片擴(kuò)展以太網(wǎng)接口
在TI公司早期的DSP中，如C5000、C6201、C6701等系列，芯片內(nèi)部沒有集成專用的以太網(wǎng)控制器，無法直接與以太網(wǎng)進(jìn)行通信，必須通過DSP的EMIF（外部存儲接口）與專用接口芯片連接來擴(kuò)展以太網(wǎng)。這些專用芯片有CP2200、MC9S12NE6等。圖1給出了TMS320C5410與CP2200的接口示意圖[1]。
圖1 TMS320C5410與CP2200的接口示意圖
（2） 通過片內(nèi)專用接口擴(kuò)展以太網(wǎng)接口
隨著DSP制造工藝的提高，很多DSP芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了以太網(wǎng)控制器，如DM642、C6455、C6416等，只需要外接物理層芯片（如RTL8019AS、82540EM等）即可擴(kuò)展以太網(wǎng)接口。圖2給出了DSP通過片內(nèi)專用接口直接擴(kuò)展以太網(wǎng)示意圖。
圖2 DSP通過片內(nèi)專用接口直接擴(kuò)展以太網(wǎng)示意圖
1.2 可編程Flash芯片
TI公司的高速DSP（C5000、C6000系列）均沒有片上非易失性存儲器，必須將程序保存在外部非易失性存儲器中。通常采用可編程Flash存儲器對DSP程序進(jìn)行存儲和加載，常用的Flash芯片有Intel公司的E28Fxx系列和AMD公司的AM29xx系列。圖3給出了DSP與Flash的典型接口電路[2]。
圖3 DSP與Flash的典型接口電路
1.3 遠(yuǎn)程運(yùn)行模式配置
DSP在上電后，需要明確知道當(dāng)前是處于程序更新模式還是處于程序正常運(yùn)行模式，這就需要采用外部硬件控制電路，對DSP的加載進(jìn)行配置，
圖4 遠(yuǎn)程DSP配置加載模式電路示例
圖4給出了一種遠(yuǎn)程DSP配置加載模式電路的示例。
用戶通過遠(yuǎn)程配置DSP的GPIO接口為高電平或低電平來告知加載程序是否執(zhí)行遠(yuǎn)程加載，在實(shí)際應(yīng)用中具體實(shí)現(xiàn)可由用戶自己定義。
2 遠(yuǎn)程加載的軟件基礎(chǔ)
2.1 NDK簡介
在DSP上直接編寫網(wǎng)絡(luò)接口程序非常復(fù)雜，為了屏蔽底層細(xì)節(jié)，使用戶可以將資源重點(diǎn)投入到應(yīng)用程序的開發(fā)中，TI公司提供了網(wǎng)絡(luò)開發(fā)套件NDK( Network Developer’s Kit)。NDK提供了從DSP底層驅(qū)動到TCP/IP" target="_blank">IP協(xié)議的整體解決方案，支持常規(guī)的TCP/IP服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)DSP以太網(wǎng)擴(kuò)展的重要支撐工具。圖5給出了NDK的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[3]。
圖5 NDK系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.2 Flash驅(qū)動程序
Flash芯片需要專用的指令對其進(jìn)行操作，主要指令包括擦除、讀、寫、復(fù)位等，根據(jù)這些操作指令就可以設(shè)計(jì)Flash驅(qū)動程序，圖6給出了C6000系列的DSP對AM29F040進(jìn)行編程的流程[4]。其中EMIF_Base_Addr為DSP外部存儲接口地址；Prog_addr為目標(biāo)Flash編程地址；Prog_data為目標(biāo)Flash編程數(shù)據(jù)。
圖6 Flash編程流程
3 基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程加載方法
3.1 遠(yuǎn)程加載流程
圖7給出了典型的DSP加載方式以及程序在Flash中的存儲方式，二次加載程序直接將用戶程序加載到DSP中，無需額外處理[5]。
圖7 典型的DSP加載方式
采用圖7中所示方式無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程加載，可以對典型加載方式進(jìn)行擴(kuò)展，增加網(wǎng)絡(luò)接口功能，更改Flash存儲方式，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程加載。DSP遠(yuǎn)程加載方式如圖8所示。
圖8 DSP遠(yuǎn)程加載方式
圖8所示的遠(yuǎn)程加載步驟如下：
① 上電后DSP運(yùn)行二次加載程序；
② DSP讀取外部控制電路狀態(tài)，判斷是否處于程序更新模式；
③ 如果是更新模式，跳轉(zhuǎn)到第4步，否則跳轉(zhuǎn)到第5步；
④ DSP從Flash中加載網(wǎng)絡(luò)接口程序到DSP片內(nèi)并運(yùn)行，通過網(wǎng)絡(luò)接口接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)燒寫到用戶程序區(qū)域完成軟件的更新。
⑤ DSP加載Flash中用戶程序到DSP片內(nèi)，正常運(yùn)行程序。
為了配合遠(yuǎn)程加載流程，需要對圖7所示的Flash存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展，在圖8中同時給出了用于遠(yuǎn)程加載的Flash存儲結(jié)構(gòu)。與圖7中的典型Flash存儲結(jié)構(gòu)相比，遠(yuǎn)程加載的Flash存儲結(jié)構(gòu)在二次加載程序和用戶程序之間增加了網(wǎng)絡(luò)加載程序，該區(qū)域僅對二次加載程序可見，用于存放遠(yuǎn)程加載程序。當(dāng)需要遠(yuǎn)程加載時，二次加載程序就調(diào)用網(wǎng)絡(luò)加載程序，采用DSP遠(yuǎn)程加載方式；當(dāng)無需遠(yuǎn)程加載時，二次加載程序直接調(diào)用用戶程序，采用典型的DSP加載方式。
在設(shè)計(jì)存儲結(jié)構(gòu)時需要注意兩點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)加載程序是不能被改變的，必須使用固定大小的存儲區(qū)域；網(wǎng)絡(luò)加載程序區(qū)域應(yīng)放在用戶程序區(qū)域前，便于用戶程序的擴(kuò)展。
3.2 網(wǎng)絡(luò)加載程序設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)加載程序運(yùn)行流程是遠(yuǎn)程加載的核心部分，如圖9所示。
圖9 網(wǎng)絡(luò)加載程序運(yùn)行流程
網(wǎng)絡(luò)加載程序運(yùn)行流程主要包括：
① 加載NDK網(wǎng)絡(luò)硬件驅(qū)動，配置DSP片上硬件以太網(wǎng)控制器，包括網(wǎng)絡(luò)速率、單雙工傳輸方式以及MAC地址配置等。
② 啟動TCP/IP服務(wù)。實(shí)現(xiàn)配置DSP的網(wǎng)絡(luò)IP地址、綁定TCP通信端口、開始接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)等功能。
③ 接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)。從以太網(wǎng)接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)正確性和完整性校驗(yàn)，將遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，當(dāng)緩存區(qū)滿后啟動Flash更新程序。
④ Flash程序更新。Flash首先擦除當(dāng)前用戶區(qū)域，然后將數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)燒寫到用戶區(qū)域中。
⑤ 判斷遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)是否接收完成，如果未完成，跳轉(zhuǎn)到步驟③；如果完成，進(jìn)行步驟⑥。
⑥ 完成數(shù)據(jù)更新后，跳轉(zhuǎn)到二次加載程序，重新加載用戶程序。
需要注意的是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)加載程序完成用戶程序更新后，遠(yuǎn)程控制端必須及時將DSP加載模式切換到直接加載用戶程序模式。
結(jié)語
本文研究了基于網(wǎng)絡(luò)的DSP遠(yuǎn)程加載技術(shù)，介紹了遠(yuǎn)程加載需要的硬件基礎(chǔ)和軟件基礎(chǔ)，并給出了典型設(shè)計(jì)；然后從遠(yuǎn)程加載流程、Flash存儲模型設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)接口流程設(shè)計(jì)三個方面研究了具體的遠(yuǎn)程加載方法。本文提出的方法不僅能夠解決基于DSP的遠(yuǎn)程嵌入式系統(tǒng)的加載問題，同時為基于其他處理器的遠(yuǎn)程加載提供了思路，具有較好的工程價值和廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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[2] TI .TMS320C6000 EMIF to External Flash Memory[EB/OL].[201112].http://www.ti.com/lit/an/spra568a/ spra568a.pdf.
[3] TI.TMS320C6000 TCP/IP Network Developers KitUsers Guide[EB/OL].[201112].http:// www.ti.com/ lit/ug/spru523g/spru523g.pdf.
[4] AMD. Am29F040 Datasheet[EB/OL].[201112].http://www.spansion.com/Support/Datasheets/AM29F040B_EOL_21445e8.pdf.
[5] 左顥睿. C6000系列DSP Flash二次加載技術(shù)研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2011(7)．
左顥睿(工程師),主要研究領(lǐng)域?yàn)椴⑿杏?jì)算和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。