OMAPL138雙核處理器是由TI推出的雙核處理器，內(nèi)部包含ARM和DSP兩個(gè)內(nèi)核，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于對(duì)講機(jī)等低功耗產(chǎn)品中。目前，OMAPL138雙核處理器的自啟動(dòng)通常采用AIS轉(zhuǎn)換器和串口下載程序的方式實(shí)現(xiàn)，這種實(shí)現(xiàn)方式需要實(shí)現(xiàn)串口接收并燒寫(xiě)AIS轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換出來(lái)的應(yīng)用程序二進(jìn)制文件，整個(gè)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。本文介紹了一種基于NOR Flash自舉引導(dǎo)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)OMAPL138自啟動(dòng)的方案，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于掌握。詳細(xì)分析了OMAPL138雙核系統(tǒng)的啟動(dòng)流程和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于OMAPL138系統(tǒng)應(yīng)用具有很強(qiáng)的參考價(jià)值。
1 OMAPL138雙核系統(tǒng)NOR Flash自舉啟動(dòng)原理
    OMAPL138內(nèi)部包含ARM和DSP雙核，要實(shí)現(xiàn)OMA-PL138雙核系統(tǒng)的自舉啟動(dòng)，就需要實(shí)現(xiàn)ARM和DSP雙核啟動(dòng)。
    本設(shè)計(jì)采用ARM喚醒DSP的引導(dǎo)啟動(dòng)OMAPL138雙核系統(tǒng)，這種方式需要實(shí)現(xiàn)ARM核bootloader引導(dǎo)程序和ARM、DSP應(yīng)用程序段的燒寫(xiě)程序的編寫(xiě)。OMAPL138程序代碼段在NOR Flash中的地址映射如圖1所示，其中，bootloader代碼段存放在OMAPL138的共享內(nèi)存空間，共享內(nèi)存空間位于0x80000000起始地址處，而且bootloader程序代碼段不能超過(guò)16 KB，16 KB是NOR Flash引導(dǎo)啟動(dòng)方式自動(dòng)拷貝程序代碼段的最大范圍；ARM應(yīng)用程序代碼段和DSP應(yīng)用程序代碼段首先都存放在OMAPL138的DDR RAM空間中，DDR的起始地址為0xC0000000， ARM應(yīng)用程序和DSP應(yīng)用程序必須存放在DDR中的不同地址空間；最后，ARM中斷向量表存放在ARM_LOCAL_RAM地址空間，位于0xFFFF0000處。

    基于ARM初始化OMAPL138的bootloader主要完成以下幾項(xiàng)工作：
    (1)初始化ARM超級(jí)模式下的堆棧；
    (2)OMAPL138的初始化；
    (3)從NOR Flash中拷貝ARM和DSP的應(yīng)用程序到對(duì)應(yīng)的DDR地址空間；
    (4)喚醒DSP；
    (5)在main函數(shù)中調(diào)用跳轉(zhuǎn)到ARM應(yīng)用程序入口地址執(zhí)行程序。
    首先，bootloader初始化ARM超級(jí)模式下的堆棧，因?yàn)樵诔?jí)模式下可以訪問(wèn)OMAPL138的所有寄存器，包括特權(quán)模式下才能訪問(wèn)的寄存器，使得ARM系統(tǒng)具備初始化OMAPL138系統(tǒng)條件；其次，OMAPL138的初始化主要包含PSC電源管理模塊初始化、PLL時(shí)鐘管理模塊初始化、DDR的初始化和EMIFA初始化等，這些主要是OMAPL138的gel文件中的初始化工作；接下來(lái)就是初始化ARM超級(jí)模式下的堆棧起始地址和大小，然后就是拷貝ARM和DSP的應(yīng)用程序到對(duì)應(yīng)的DDR地址空間，這時(shí)DSP已經(jīng)具備了所有啟動(dòng)的環(huán)境，可以直接喚醒DSP；最后，在main函數(shù)中直接放一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令(*(void(*)(void))0xC0000000)()，實(shí)現(xiàn)由bootloader到ARM應(yīng)用程序的切換。至此，ARM和DSP應(yīng)用程序都實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)運(yùn)行了。
    最后就是所有程序燒寫(xiě)的實(shí)現(xiàn)。程序燒寫(xiě)是獨(dú)立于bootloader、ARM和DSP應(yīng)用程序的一個(gè)應(yīng)用程序，主要功能是將bootloader程序、ARM應(yīng)用程序和DSP應(yīng)用程序燒寫(xiě)到NOR Flash對(duì)應(yīng)的地址空間中去。燒寫(xiě)程序代碼主要是NOR Flash讀寫(xiě)程序，代碼量不大，可以直接放在OMAPL138共享內(nèi)存中，但是不能與bootloader代碼空間重疊。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 bootloader設(shè)計(jì)
2.1.1 bootloader啟動(dòng)流程
    首先，bootloader被燒寫(xiě)到NOR Flash中起始地址位置處， OMAPL138內(nèi)部固化的一段代碼在上電之后運(yùn)行，會(huì)自動(dòng)將16 KB的NOR Flash起始地址(0x60000000)處代碼復(fù)制到OMAPL138的share RAM共享內(nèi)存起始地址處(0x80000000)，其中，0x60000000～0x60000004這32 bit存放的是系統(tǒng)固化代碼配置字，可以配置拷貝數(shù)據(jù)大小、boot啟動(dòng)方式和訪問(wèn)數(shù)據(jù)寬度，這里boot啟動(dòng)選擇拷貝數(shù)據(jù)大小為16 bit寬、Legacy NOR boot模式和16 KB數(shù)據(jù)復(fù)制寬度,在拷貝完數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到0x80000004處執(zhí)行。在0x80000004地址處存放的是一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令BL_bootload_init，使得系統(tǒng)固化的啟動(dòng)代碼在跳轉(zhuǎn)到0x80000004地址處開(kāi)始執(zhí)行的第一個(gè)指令就是跳轉(zhuǎn)到bootloader初始化地址處執(zhí)行。
    bootloader啟動(dòng)流程如圖2所示。bootloader起始地址存放的是_bootload_init。首先，該函數(shù)更改CPSR的模式控制位和中斷控制位，使ARM處于超級(jí)模式下工作，這是因?yàn)槌?jí)模式可以直接訪問(wèn)ARM的硬件資源，而且擁有與用戶模式一樣的寄存器，而用戶模式不能直接訪問(wèn)特權(quán)模式下的寄存器；其次，關(guān)閉FIQ和IRQ中斷使能，初始化超級(jí)模式的堆棧；在超級(jí)模式堆棧初始化完成之后，通過(guò)BL _OMAPL138_CPU_
Init指令跳轉(zhuǎn)到OMAPL138的系統(tǒng)初始化函數(shù)中去處理，由于在超級(jí)模式下調(diào)用該函數(shù)，所以O(shè)MAPL138_CPU_Init()可以直接訪問(wèn)OMAPL138所有的系統(tǒng)配置寄存器SYS_CFG_
Reg，OMAPL138_CPU_Init()需要完成PSC電源管理模塊初始化、PLL時(shí)鐘管理模塊初始化、DDR的初始化和EMIFA初始化等，這些初始化工作是為ARM和DSP應(yīng)用程序運(yùn)行提供基本的最小化系統(tǒng)；在OMAPL138初始化完成之后，DDR和EMIFA都已初始化，可以將NOR Flash中的ARM和DSP應(yīng)用程序拷貝到DDR中，至此，DSP應(yīng)用程序已經(jīng)存放在DDR中，并且已經(jīng)具備了DSP運(yùn)行的所有環(huán)境。接下來(lái)即可喚醒DSP。喚醒時(shí)需要往系統(tǒng)寄存器HOST1CFG中寫(xiě)入DSP喚醒初始地址，即DSP應(yīng)用程序的起始地址。DSP喚醒就相當(dāng)于對(duì)DSP做了一次軟復(fù)位，DSP在喚醒之后直接跳到復(fù)位異常地址處運(yùn)行，DSP復(fù)位異常地址存放的是_c_int00函數(shù)，該函數(shù)是DSP的系統(tǒng)庫(kù)函數(shù)，由該函數(shù)初始化DSP運(yùn)行的C語(yǔ)言環(huán)境，并跳轉(zhuǎn)到DSP主函數(shù)中運(yùn)行。至此bootloader基本工作已經(jīng)完成，可以直接通過(guò)調(diào)用函數(shù)(*(void(*)(void))0xC0000000)()跳轉(zhuǎn)到ARM應(yīng)用程序?qū)?yīng)的起始地址處開(kāi)始運(yùn)行ARM應(yīng)用程序[1-3]。

2.1.2 ARM應(yīng)用程序的初始化
    ARM初始化流程如圖3所示。首先，初始化ARM的各個(gè)異常對(duì)應(yīng)的堆棧，這段代碼是ARM應(yīng)用程序的初始化代碼，一般存放在ARM應(yīng)用程序代碼段的起始地址處，這樣便于bootloader直接跳轉(zhuǎn)到ARM初始化開(kāi)始地址處執(zhí)行ARM初始化；其次，在ARM異常堆棧初始化完成之后，需要執(zhí)行LDR PC,_c_int00，這個(gè)指令是調(diào)用_c_int00函數(shù)，這是ARM的一個(gè)庫(kù)函數(shù)，完成ARM運(yùn)行時(shí)需要的C語(yǔ)言環(huán)境初始化等，并且在這個(gè)函數(shù)開(kāi)始處就直接將模式切換成用戶模式，完成了用戶模式堆棧的初始化，在這個(gè)函數(shù)最后直接跳轉(zhuǎn)到ARM的main函數(shù)中執(zhí)行ARM的實(shí)際應(yīng)用程序。ARM初始化還必須把ARM的中斷向量表初始化映射到0xFFFF0000地址處，這是OMAPL138默認(rèn)的ARM中斷向量表存放地址空間，可以通過(guò)cmd文件直接配置。至此，ARM應(yīng)用程序也開(kāi)始運(yùn)行了[4]。

2.1.3 bootloader.cmd和nor_cfg_word.asm的編寫(xiě)
    nor_cfg_word.asm文件是一個(gè)匯編文件，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)NOR Flash自動(dòng)拷貝bootloader程序大小的配置以及實(shí)現(xiàn)到bootloader初始化程序_bootload_init的跳轉(zhuǎn)。該文件直接由bootloader.cmd配置存放在0x80000000地址處，并且bootloader.cmd文件緊跟著將bootloader.asm啟動(dòng)文件的匯編代碼存放在nor_cfg_word.asm文件之后。這兩個(gè)文件被燒寫(xiě)到NOR Flash的起始地址空間，并最終通過(guò)系統(tǒng)上電啟動(dòng)自動(dòng)將nor_cfg_word.asm配置文件和bootloader.asm啟動(dòng)文件同時(shí)復(fù)制到0x80000000共享內(nèi)存share RAM并自動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行。
    如圖4所示，在nor_cfg_word.asm文件中第一個(gè)指令必須是.word 0x00000F01，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)NOR Flash自舉引導(dǎo)復(fù)制程序段的配置，選擇為16 KB復(fù)制、Legacy NOR boot和16 bit寬度訪問(wèn)，緊跟在配置字之后的是一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令BL _bootload_init，該指令存放在0x80000004地址處，因?yàn)橄到y(tǒng)上電之后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到0x80000004地址處執(zhí)行程序，即執(zhí)行BL _bootload_init，_bootload_init是bootloader.asm啟動(dòng)文件第一個(gè)指令對(duì)應(yīng)的地址，從而實(shí)現(xiàn)了到bootloader初始化程序的跳轉(zhuǎn)。

2.2 OMAPL138自舉啟動(dòng)流程
    整個(gè)OMAPL138自舉啟動(dòng)流程如圖5所示。在Nor_cfg_word中配置NOR Flash的訪問(wèn)數(shù)據(jù)寬度、訪問(wèn)模式和自動(dòng)搬運(yùn)數(shù)據(jù)塊大小，在系統(tǒng)上電之后，就會(huì)自動(dòng)讀取Nor_cfg_word配置，從NOR Flash中搬運(yùn)16 KB數(shù)據(jù)到OMAPL138的共享內(nèi)存share RAM中，然后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到share RAM的地址0x80000004中執(zhí)行。在這里存放的是bootloader代碼第一條指令B _bootload_init，然后執(zhí)行這條指令，由_bootload_init完成OMAPL138的系統(tǒng)初始化、超級(jí)模式堆棧初始化、ARM和DSP應(yīng)用程序的拷貝和喚醒DSP，整個(gè)初始化過(guò)程在ARM的超級(jí)模式下完成。bootloader最后存放一條指令直接跳轉(zhuǎn)到ARM應(yīng)用程序初始化地址處，開(kāi)始執(zhí)行ARM應(yīng)用程序。ARM應(yīng)用程序的初始化主要是初始化各種ARM異常堆棧，ARM應(yīng)用程序的初始化最后調(diào)用ARM庫(kù)函數(shù)自帶的初始化C語(yǔ)言環(huán)境函數(shù)_c_int00，并由該函數(shù)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到ARM應(yīng)用程序的主函數(shù)中執(zhí)行，整個(gè)ARM自舉啟動(dòng)完成。DSP在被bootloader喚醒之后直接跳到系統(tǒng)寄存器HOST1CFG中寫(xiě)入的地址處開(kāi)始執(zhí)行。這個(gè)DSP開(kāi)始執(zhí)行的地址處存放的是DSP自帶的庫(kù)函數(shù)_c_int00，這個(gè)函數(shù)會(huì)初始化DSP運(yùn)行所需要的環(huán)境，并跳轉(zhuǎn)到DSP應(yīng)用程序主函數(shù)中執(zhí)行DSP應(yīng)用程序。至此，OMAPL138雙核系統(tǒng)就同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行了[5-6]。

2.3 NOR Flash燒寫(xiě)代碼工程設(shè)計(jì)
    在bootloader代碼、ARM和DSP應(yīng)用程序代碼下載到對(duì)應(yīng)的地址空間之后，這些代碼必須燒寫(xiě)到NOR Flash指定地址空間。其中，配置代碼段和bootloader必須存放在NOR Flash起始地址處，這些工作由燒寫(xiě)代碼工程完成。在OMAPL138的共享內(nèi)存share RAM中，bootloader和配置代碼段占用16 KB空間，剩下的代碼空間可以作為燒寫(xiě)代碼工程使用空間，這樣就可以使得燒寫(xiě)代碼完全獨(dú)立于其他已經(jīng)燒寫(xiě)在內(nèi)存中的代碼。在整個(gè)代碼燒寫(xiě)過(guò)程中，下載到OMAPL138內(nèi)存中的bootloader、ARM和DSP應(yīng)用程序都不能運(yùn)行，因?yàn)閎ootloader代碼中有對(duì)DDR的重新初始化過(guò)程，這個(gè)過(guò)程使得系統(tǒng)脫離了OMAPL138的gel文件初始化，而燒寫(xiě)程序代碼是依賴gel文件的初始化環(huán)境運(yùn)行的。所以，為了避免代碼運(yùn)行過(guò)程中對(duì)燒寫(xiě)代碼工程的影響，需要燒寫(xiě)的代碼在下載后不可運(yùn)行，燒寫(xiě)代碼過(guò)程不能斷電，在燒寫(xiě)完成之后，掉電再開(kāi)始重新上電，燒寫(xiě)的bootloader即開(kāi)始自舉引導(dǎo)啟動(dòng)OMAL138。
3 仿真結(jié)果與分析
    仿真結(jié)果如圖6所示。首先，ARM和DSP應(yīng)用程序中都初始化了串口UART2，用來(lái)打印ARM與DSP雙核通信信息，然后ARM應(yīng)用程序通過(guò)配置系統(tǒng)寄存器CHIPSIG中的SYSCFG_CHIPINT3向DSP發(fā)送系統(tǒng)中斷。DSP應(yīng)用程序通過(guò)配置系統(tǒng)寄存器CHIPSIG中的SYSCFG_CHIPINT1向ARM發(fā)送系統(tǒng)中斷，在ARM和DSP雙方通信的各自中斷處理程序中，都首先通過(guò)串口UART2打印接收到的中斷信息，然后延時(shí)一段時(shí)間，以使ARM和DSP雙核不會(huì)同時(shí)占用UART2資源，在延時(shí)之后各自都會(huì)向?qū)Ψ桨l(fā)送中斷。圖5中輸出的信息就是在硬件板燒寫(xiě)完程序后上電串口UART2輸出的打印信息。由于ARM和DSP雙核不斷地向?qū)Ψ桨l(fā)送中斷，因此不斷地向串口輸出信息，仿真結(jié)果中發(fā)送字節(jié)數(shù)為0，接收字節(jié)數(shù)為158 437，這是接收的雙核通信輸出信息，整個(gè)仿真結(jié)果可靠，充分證明了OMAPL138雙核系統(tǒng)被成功引導(dǎo)啟動(dòng)。

    針對(duì)傳統(tǒng)的基于AIS和串口實(shí)現(xiàn)OMAPL138雙核系統(tǒng)自啟動(dòng)處理復(fù)雜的問(wèn)題，提出了基于NOF Flash的bootloader二次引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)OMAPL138雙核自啟動(dòng)的方案。在該方案中，分析了基于ARM核的bootloader實(shí)現(xiàn)流程和處理內(nèi)容，解決了bootloader中ARM核系統(tǒng)的初始化，并基于ARM核實(shí)現(xiàn)了OMAPL138系統(tǒng)的初始化以及ARM和DSP應(yīng)用程序的復(fù)制，最終通過(guò)ARM核喚醒了DSP核，并成功跳轉(zhuǎn)到ARM應(yīng)用程序中執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了OMAPL138的雙核運(yùn)行。整個(gè)方案實(shí)現(xiàn)了bootloader、ARM和DSP應(yīng)用程序及燒寫(xiě)所有程序代碼工程都相互獨(dú)立運(yùn)行、互不干擾，針對(duì)每個(gè)工程項(xiàng)目的cmd文件進(jìn)行了詳細(xì)分析和介紹，對(duì)于整個(gè)bootloader啟動(dòng)流程做了詳細(xì)的說(shuō)明，整個(gè)過(guò)程清晰、可靠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案可以實(shí)現(xiàn)OMAPL138的自舉啟動(dòng)。
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