王怡林

　　(光電控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471009)

       摘要：針對(duì)雙DSP共享Flash進(jìn)行程序加載引導(dǎo)的復(fù)雜問題，對(duì)基于TMS320C6414和ADSP2187的雙DSP程序加載引導(dǎo)方法進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。其中TMS320C6414作為主處理器，ADSP2187作為協(xié)處理器，共享的Flash芯片連接在TMS320C6414的EMIFB接口上，TMS320C6414通過EMFIA接口與ADSP2187的IDMA接口連接。系統(tǒng)上電后，TMS320C6414首先從Flash芯片讀出主處理程序并完成自身加載和引導(dǎo)，然后讀出協(xié)處理程序，發(fā)送給ADSP2187并協(xié)助其完成加載和引導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞：TMS320C6414；ADSP2187；共享Flash；加載；引導(dǎo)

　　中圖分類號(hào)：TP368文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.009

　　引用格式：王怡林. 雙DSP共享Flash程序加載引導(dǎo)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35（23）：31-34.

0引言

　　在紅外目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域,隨著算法復(fù)雜度的提升,運(yùn)算量增長速度非常驚人,這使傳統(tǒng)的單DSP處理系統(tǒng)難以負(fù)荷, 因而對(duì)復(fù)雜的信號(hào)處理算法進(jìn)行分塊并在硬件系統(tǒng)上采取多DSP 并行處理的方法勢(shì)在必行［1］。某信息處理平臺(tái)是某光電跟蹤裝置的核心，為滿足系統(tǒng)要求，該平臺(tái)以TMS320C6414和ADSP2187兩型DSP芯片為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)?；隗w積、成本等限制，需兩個(gè)DSP共用一片F(xiàn)lash完成程序存儲(chǔ)，并在上電時(shí)順利完成兩個(gè)DSP程序的加載和引導(dǎo)。本文針對(duì)這一要求進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種兩個(gè)DSP共享Flash的程序加載引導(dǎo)方法。

1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　TMS320C6414是TI公司推出的一款32位定點(diǎn)數(shù)字處理器，采用超長指令字結(jié)構(gòu)，一個(gè)周期可同時(shí)執(zhí)行8條指令，主頻最高達(dá)600 MHz［2］，內(nèi)部包括64個(gè)用于配置的32位寄存器，還有6個(gè)計(jì)算單元(ALU)，2個(gè)乘法器。接口方面具備2個(gè)外部存儲(chǔ)接口，3個(gè)多通道緩沖串行接口， 1個(gè)主機(jī)接口和通用I/O接口等，還具備EDMA功能。

　　ADSP2187是ADI公司的ADSP系列的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器［3］，內(nèi)含3個(gè)相互獨(dú)立的計(jì)算單元，即ALU、MAC和桶形移位器。除此之外，還有1個(gè)程序控制器(PC)，1個(gè)可編程的定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器，以及32 K×24 bit的程序存儲(chǔ)空間和32 K×16 bit的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。對(duì)外接口方面包括1個(gè)可編程的Flash I/O，2個(gè)串口，1個(gè)16 bit的內(nèi)部DMA接口以及1 B DMA接口(BDMA)。

　　基于兩個(gè)處理器的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)將Flash芯片連接在TMS320C6414上，程序的加載和引導(dǎo)由TMS320C6414主導(dǎo)完成。首先對(duì)TMS320C6414 的啟動(dòng)模式進(jìn)行配置。TMS320C6414 的啟動(dòng)模式由其上電時(shí)的EMIFB接口地址總線中的BEA［15:14］(BOOTMODE［1:0］)的連接電平?jīng)Q定, 在復(fù)位期間檢測(cè)這兩位的高低電平來決定TMS320C6414的引導(dǎo)模式。本設(shè)計(jì)將TMS320C6414的引導(dǎo)模式配置成使用默認(rèn)的8位ROM時(shí)序。TMS320C6414完成自身的程序引導(dǎo)后，通過IDMA接口向ADSP2187發(fā)送其程序并控制對(duì)方完成引導(dǎo)［4］。兩個(gè)處理器及存儲(chǔ)器連接關(guān)系如圖1所示。

　　2接口電路設(shè)計(jì)

　　要通過TMS320C6414來完成ADSP2187的程序加載和引導(dǎo)，首先要使兩者之間建立通信連接，由于兩個(gè)處理器架構(gòu)以及對(duì)外接口的不同，需要對(duì)兩個(gè)處理器的通信接口進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)，以滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。

　　TMS320C6414的對(duì)外通信接口主要有兩個(gè)EMIF接口、兩個(gè)McBSP接口、一個(gè)HPI接口以及通用I/O等其他接口。ADSP2187主要的對(duì)外數(shù)據(jù)通信接口是IDMA接口，且可通過IDMA完成程序加載和引導(dǎo)。根據(jù)這兩個(gè)處理器接口的特點(diǎn)，基于EMIFA接口和IDMA接口來進(jìn)行兩個(gè)處理器的數(shù)據(jù)通信接口電路設(shè)計(jì)。

　　EMIF接口全稱為外部存儲(chǔ)器接口(External Memory Interface)，是C6000系列DSP主要的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口，最高數(shù)據(jù)吞吐率可達(dá)1 200 MB/s?？梢耘c目前幾乎所有的存儲(chǔ)器類型直接連接，包括SBSRAM、SDRAM、SRAM、FIFO等以及其他可以共享內(nèi)部存儲(chǔ)空間的設(shè)備。

　　相比C6000系列其他DSP型號(hào)，TMS320C6414的EMIFA接口具有以下特點(diǎn)：

　　（1)總線寬度達(dá)64 bit。

　?。?)接口時(shí)鐘可以基于其輸入時(shí)鐘在片內(nèi)產(chǎn)生，有3種方案：1/6×CPU時(shí)鐘、1/4×CPU時(shí)鐘和外部輸入時(shí)鐘。

　?。?)具有一個(gè)可編程同步存儲(chǔ)器控制器。

　?。?)具備PDT信號(hào)，可支持外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　ADSP2187的IDMA接口實(shí)質(zhì)上是一個(gè)并行的I/O接口，當(dāng)ADSP2187作為從機(jī)時(shí)，主機(jī)可通過該接口讀/寫ADSP2187內(nèi)部的存儲(chǔ)器和寄存器。IDMA接口具有復(fù)用的16 bit數(shù)據(jù)/地址總線，支持對(duì)其內(nèi)部16 bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和24 bit程序存儲(chǔ)器的訪問，對(duì)IDMA的訪問是完全異步的。

　　IDMA接口的控制信號(hào)包括選擇信號(hào)(IS#)、讀取信號(hào)(IRD#)、寫入信號(hào)(IWR#)和地址鎖存信號(hào)(IAL#)。當(dāng)選擇信號(hào)和地址鎖存信號(hào)有效時(shí)，ADSP2187將總線上的數(shù)據(jù)當(dāng)做地址寫入IDMA控制寄存器，當(dāng)選擇信號(hào)和讀取信號(hào)有效時(shí)，ADSP2187將控制寄存器內(nèi)地址所指存儲(chǔ)單元的內(nèi)容輸出到總線上，此過程構(gòu)成一個(gè)完整的IDMA接口讀取操作。寫入操作和讀取操作的地址傳輸方式一致，完成地址傳輸后，將選擇信號(hào)和寫入信號(hào)置為有效，待寫入數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，ADSP2187將總線上的數(shù)據(jù)寫入IDMA控制寄存器內(nèi)地址所指存儲(chǔ)單元。

　　本設(shè)計(jì)將EMIFA的CE2空間設(shè)成16 bit異步接口，數(shù)據(jù)總線ED15:0與IDMA總線IAD15:0對(duì)應(yīng)連接，EMIFA地址總線EA6和EA7求異或后再與片選信號(hào)CE2求或后作為IDMA接口的選擇信號(hào)(IS#)，EA6求非后與EA7、CE2以及EMIFA的讀取信號(hào)ARW共4個(gè)信號(hào)一起求與作為IDMA接口的讀取信號(hào)(IRD#)輸入， EA6求非后與EA7、CE2以及EMIFA寫入信號(hào)AWE共4個(gè)信號(hào)一起求作為IDMA接口的寫入信號(hào)(IWR#)輸入， EA7和EA6求非、ARE非、AEW非、CE2非共5個(gè)信號(hào)求與后作為地址鎖存信號(hào)(IAL#)輸入。CPLD具有編程靈活等優(yōu)點(diǎn)［5］，本設(shè)計(jì)中采用CPLD完成譯碼。ADSP2187的IDMA接口輸入信號(hào)運(yùn)算關(guān)系如下：

　　在TMS320C6414看來，ADSP2187控制寄存器的映射地址是0xA000 00A0，數(shù)據(jù)寄存器的映射地址是0xA000 0050。

　　值得說明的是，僅僅完成相關(guān)信號(hào)的譯碼和地址映射還不夠，還需要對(duì)EMIFA和IDMA進(jìn)行時(shí)序匹配。對(duì)于IDMA來說，有短周期和長周期兩種讀/寫方式選擇，后者需要主機(jī)檢測(cè)IACK信號(hào)的狀態(tài)來判斷IDMA是否準(zhǔn)備好。本設(shè)計(jì)選用短周期讀/寫操作，其寫入操作的時(shí)序圖如圖2所示。

　　本設(shè)計(jì)中，EMIFA時(shí)鐘設(shè)置為1/6×CPU時(shí)鐘，CPU時(shí)鐘為480 MHz，則EMIFA時(shí)鐘為120 MHz。EMIFA接口CE2空間的時(shí)序由寄存器CE2CTL控制，主要包括建立時(shí)間、處罰時(shí)間、保持時(shí)間三項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，三項(xiàng)參數(shù)均以時(shí)鐘周期數(shù)來表示。

　　根據(jù)圖2中IDMA接口的時(shí)序要求，建立時(shí)間、觸發(fā)時(shí)間和保持時(shí)間的總和應(yīng)大于tIWP，換算后3項(xiàng)參數(shù)的和應(yīng)大于等于2，同時(shí)保持時(shí)間應(yīng)大于tIDH，將CE2CTL相應(yīng)參數(shù)設(shè)為1即可。

　　TMS320C6414向ADSP2187寫入數(shù)據(jù)的流程為：先向地址0xA000 00A0寫存儲(chǔ)地址，然后向0xA000 0050寫入待寫數(shù)據(jù)即可完成寫操作。讀操作的時(shí)序匹配方法和流程與寫操作相似，不再詳述。

　　3TMS320C6414加載引導(dǎo)方法

　　當(dāng)光電跟蹤裝置上電后，TMS320C6414 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，完成復(fù)位后, 其只能先將1 KB大小的程序代碼自動(dòng)加載到內(nèi)部RAM。通常情況下，光電跟蹤裝置的信息處理程序規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 KB，為了完成整個(gè)程序的加載和引導(dǎo)，必須編寫一段程序搬移代碼來將整個(gè)信息處理程序搬運(yùn)到內(nèi)部RAM，并且搬移低代碼的大小不能超過1 KB，按照TMS320C6414用戶手冊(cè)的要求，須用匯編語言完成，搬移程序在完成了信息處理程序的搬運(yùn)后，須將PC指針指向信息處理程序的入口，自此信息處理程序才能開始運(yùn)行，進(jìn)而完成目標(biāo)識(shí)別和跟蹤任務(wù)。完整的搬移程序的代碼及注釋如下：

　　…………;

　　//相關(guān)寄存器初始化工作結(jié)束

　　S_R .setb4

　　D_R .seta4

　　//將程序長度、RAM首地址、Flash首地址的存儲(chǔ)首地址拷貝進(jìn)寄存器A3

　　mvklcopy_table, A3

　　mvkhcopy_table, A3

　　//程序加載開始

　　copy_section_top:

　　ldw *A3++, B0//將程序長度加載到B0

　　ldw *A3++, A4//將運(yùn)行首地址加載A4

　　ldw *A3++, B4//將程序在Flash中的首地址加載到B4

　　nop 2

　?。?b0］bcopy_done//判斷拷貝是否完成

　　nop5

　　shr B0,2,B1//將B0除以4后加載到B1

　　//開始進(jìn)行程序加載

　　copy_loop:

　　ldw*S_R++,B5

　　|| mvB1, A1//待拷貝長度加載進(jìn)A1

　　|| subB1, 1, B1//長度減1

　　//將程序從Flash讀入B5

　?。跙1］ldw*S_R++,B5

　　||［B1］subB1, 1, B1

　　//將B5中的程序加載到RAM中

　　stw B5,*D_R++

　　||sub A1, 1, A1

　　［A1］stwB5,*D_R++

　　||［A1］subA1, 1, A1

　?。跙1］bcopy_loop//判斷是否完成加載

　　nop5

　　//跳轉(zhuǎn)到開始處進(jìn)行下一段的加載

　　bcopy_section_top

　　nop5

　　//加載完成，對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行設(shè)置

　　copy_done:

　　mvkl0x01840000,A4

　　mvkl0x0300,B4

　　mvkh0x01840000,A4

　　mvkh0x0300,B4

　　stw B4,*A4

　　nop 5

　　mvkl .S2 _c_int00, B0

　　mvkh .S2 _c_int00, B0

　　B.S2 B0

　　nop 5

　　//各段長度、RAM首地址、Flash首地址設(shè)置

　　copy_table:

　　; .text//代碼段長度

　　.word 0x00029220

　　.word 0x00000400

　　.word 0x64010400

　　; .cinit//變量段

　　.word 0x00002dcc

　　.word 0x000460e0

　　.word 0x64039620

　　.word 0x0//所有段結(jié)束標(biāo)志

4ADSP2187加載引導(dǎo)方法

　　ADSP2187支持從片外ROM和IDMA接口引導(dǎo)兩種方式，非常方便用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要［6］。本文所述信息處理機(jī)采用從IDMA接口引導(dǎo)的方式實(shí)現(xiàn)預(yù)處理程序的加載引導(dǎo)，ADSP2187上電后，從IDMA接口接收主處理器TMS320C6414傳輸?shù)某绦虿?zhí)行。

　　ADSP2187函數(shù)根據(jù)在存儲(chǔ)器中所處的位置分為函數(shù)段、數(shù)據(jù)段，函數(shù)段和數(shù)據(jù)段又根據(jù)所處的OVERLAY頁面再分為不同的段［7］。每段前3個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)示了該段的數(shù)據(jù)長度、該段在存儲(chǔ)區(qū)域的首地址和該段所處的頁面。該段數(shù)據(jù)處于函數(shù)區(qū)還是數(shù)據(jù)區(qū)由首地址的14位標(biāo)示。

　　TMS320C6414首先對(duì)ADSP2187進(jìn)行復(fù)位操作，然后從Flash中讀取該段數(shù)據(jù)的函數(shù)區(qū)字節(jié)數(shù)、函數(shù)區(qū)首地址和函數(shù)段所處的頁面，再從Flash中搬移1 B，通過IDMA口寫到ADSP2187的函數(shù)區(qū)，寫完后再從該函數(shù)區(qū)地址讀出數(shù)據(jù)并與所寫的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果不相等則重新寫該地址和校對(duì)，循環(huán)TryCycle次退出；如果相等，則進(jìn)行下一個(gè)字節(jié)的傳輸，直到該段數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)紸DSP2187中。同樣地，TMS320C6414再把其余數(shù)據(jù)通過IDMA口傳輸?shù)紸DSP2187中，最后在ADSP2187的0地址寫數(shù)啟動(dòng)ADSP2187運(yùn)行，并以此判斷整個(gè)循環(huán)的結(jié)束。因?yàn)锳DSP2187函數(shù)區(qū)數(shù)據(jù)為24 bit，因此對(duì)函數(shù)區(qū)數(shù)據(jù)讀寫時(shí)需要同時(shí)讀取2 B數(shù)據(jù)。

　　對(duì)ADSP2187芯片IDMA接口的讀寫，通過對(duì)IDMA的控制寄存器和OVERLAY寄存器的操作來實(shí)現(xiàn)。寄存器各位定義如圖3、圖4所示。

　　對(duì)ADSP2187IDMA口的操作需要先對(duì)IDMA口控制寄存器和OVERLAY寄存器進(jìn)行配置，說明需要讀取的數(shù)據(jù)是程序區(qū)還是數(shù)據(jù)區(qū)、在哪個(gè)頁面中、地址為多少，然后對(duì)總線進(jìn)行讀寫操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ADSP2187內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)的讀寫。

　　得益于接口電路的作用，TMS320C6414可以通過對(duì)地址0x03200000的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)IDMA控制寄存器和OVERLAY寄存器的配置，當(dāng)寫到該地址的數(shù)據(jù)最高位為1時(shí),對(duì)OVERLAY寄存器進(jìn)行操作，為0時(shí)則對(duì)控制寄存器進(jìn)行操作；可以通過對(duì)地址0x03100000的讀寫實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)總線的讀寫。ADSP2187的程序加載引導(dǎo)邏輯流程如圖5所示。

5結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了TMS320C6414和ADSP2187兩個(gè)DSP芯片共享Flash的程序引導(dǎo)加載，該設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于某光電跟蹤裝置上，較好地完成了信息處理程序的加載和引導(dǎo)，工作穩(wěn)定可靠。本文設(shè)計(jì)方法為將來其他多DSP共享Flash的信息處理機(jī)設(shè)計(jì)提供了參考，有著重要的實(shí)際意義。

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