概述
? 在嵌入式系統(tǒng)DSP軟件的開發(fā)過程中,比較通用的方法是利用廠商提供的仿真器通過DSP上的JTAG端口對DSP軟件進(jìn)行在線調(diào)試與加載" title="加載">加載。該方法在軟件調(diào)試階段非常方便,但是在復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)中,DSP系統(tǒng)可能只是整個系統(tǒng)的一部分。完成系統(tǒng)對接后,DSP分系統(tǒng)與整個系統(tǒng)配合工作,一旦出現(xiàn)問題,就需要將DSP分系統(tǒng)與整個系統(tǒng)分離,露出JTAG端口后才能實(shí)現(xiàn)軟件的調(diào)試與加載。
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? 本文提供了一種利用計算機(jī)串口" title="串口">串口實(shí)現(xiàn)DSP軟件加載的方法,并實(shí)現(xiàn)了它的軟硬件系統(tǒng)。該方法在DSP分系統(tǒng)階段利用JTAG仿真器進(jìn)行程序加載與調(diào)試,將支持串口加載的DSP程序嵌入DSP應(yīng)用軟件中。完成整個復(fù)雜系統(tǒng)后,就可以通過串口傳輸線利用計算機(jī)對DSP系統(tǒng)進(jìn)行加載,而無需再將DSP系統(tǒng)分離。該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好的效果。
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? 計算機(jī)串口加載系統(tǒng)基本框圖如圖1所示。該系統(tǒng)通過PC的串行端口,經(jīng)傳輸線將加載文件發(fā)送給DSP,DSP收到加載文件之后,將其燒寫" title="燒寫">燒寫入FLASH,系統(tǒng)下電重啟后,DSP運(yùn)行BootLoader程序,加載文件就從FLAH加載到了DSP中。本文將從DSP與計算機(jī)串口通信的實(shí)現(xiàn)、DSP對FLASH的燒寫以及加載文件的生成三個方面,對該串口加載技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。其中DSP采用了TI公司的TMS320C6201(以下簡稱6201)DSP。
DSP與PC串口通信的實(shí)現(xiàn)
?? PC機(jī)串口采用通用異步接收器/發(fā)送器(UART)標(biāo)準(zhǔn),支持RS232通信協(xié)議。UART標(biāo)準(zhǔn)是比較成熟的串行數(shù)據(jù)交換協(xié)議,因?yàn)樗钱惒椒绞降?,所以通信鏈路不需要發(fā)送時鐘信號。UART傳輸協(xié)議含有用來幫助同步接收器接收數(shù)據(jù)" title="接收數(shù)據(jù)">接收數(shù)據(jù)的起始位和停止位。數(shù)據(jù)序列中一個高電平到低電平的轉(zhuǎn)變標(biāo)志著傳送的開始。在開始位后,數(shù)據(jù)位首先從LSB串行發(fā)送。奇偶校驗(yàn)位是可選的,這取決于UART的格式。每幀數(shù)據(jù)都以停止位結(jié)束(通常為邏輯高電平)。
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?? 6201是高性能的數(shù)字信號處理器,它并不支持異步的UART通信。通常進(jìn)行串口通信時使用它的多通道緩沖串口McBSP(Multichannel Buffered Serial Port),這種串口模塊由C2000系列以及C5000系列DSP的標(biāo)準(zhǔn)串口發(fā)展而來,是一種同步串行接口,不支持UART標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)與UART的通信,需要在硬件和軟件方面進(jìn)行調(diào)整。
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硬件連接
? 本系統(tǒng)的硬件連接如圖2所示。6201的McBSP的數(shù)據(jù)輸入和幀同步輸入都與UART的發(fā)送數(shù)據(jù)線相連,這是因?yàn)閁ART的串行數(shù)據(jù)線既有數(shù)據(jù)信息,又有幀信息,而此時UART的接收數(shù)據(jù)線與McBSP的輸出數(shù)據(jù)線相連。本系統(tǒng)為了提高數(shù)據(jù)傳輸距離、增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,采用RS422協(xié)議方式傳輸數(shù)據(jù),即McBSP和PC在發(fā)送端利用轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)為RS422信號傳輸,在接收端將信號轉(zhuǎn)為RS232格式接收。
軟件實(shí)現(xiàn)
?? 本系統(tǒng)需要PC與DSP共同配合完成,因此軟件分為PC部分和DSP部分。PC部分主要負(fù)責(zé)將加載文件傳輸給DSP,即主要完成與DSP的通信功能;DSP部分軟件主要負(fù)責(zé)接收加載文件并將加載文件燒寫入FLASH中,編程的重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)McBSP的異步傳輸功能。
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PC部分編程
?? 本系統(tǒng)PC部分程序主要在Visual C++ 6.0環(huán)境下開發(fā)。串口初始化參數(shù)、傳輸數(shù)據(jù)地址、各項操作指令等信息傳遞給程序,程序?qū)κ盏降母鞣N信息進(jìn)行相應(yīng)處理,最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由PC到DSP的發(fā)送。
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?? 對串口各項屬性的初始化以及串口數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收等操作,主要利用現(xiàn)有控件MSComm來實(shí)現(xiàn)。MSComm控件是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX控件,通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù),為應(yīng)用程序" title="應(yīng)用程序">應(yīng)用程序提供串行通信功能。它在串口編程時非常方便,實(shí)際上是調(diào)用了Windows的API函數(shù),但程序員不必再了解復(fù)雜的API函數(shù)就可控制串行通信。通信的過程實(shí)際上是對屬性的操作和對控件事件的響應(yīng)。
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?? MSComm控件在VC中包含26個屬性。其中重要的屬性有:CommPort為設(shè)置并返回連接的串行端口號;Settings為設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位;PortOpen為返回通信端口的狀態(tài)或打開關(guān)閉端口;Input為返回并刪除接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)流;Output為往傳輸緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)流(文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù))等。通過對屬性的操作就可以完成串行口的初始化設(shè)置、查詢及通信。
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?? 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)主要用于DSP的文件加載,因此對實(shí)時性的要求并沒有DSP應(yīng)用程序高,在考慮通信協(xié)議時,主要以保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性為主要出發(fā)點(diǎn)。通信時,PC首先發(fā)送通信開始標(biāo)識符,然后等待應(yīng)答。在收到正確應(yīng)答信號后,首先發(fā)送數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)長度等信息,然后再開始發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送時以單個字符為單位,一次發(fā)送一個字符,然后等待DSP將接收到的字符回傳,收到回傳字符后與原發(fā)送字符比較,確認(rèn)一致后再進(jìn)行下一個字符的發(fā)送。
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? 在具體實(shí)現(xiàn)中,由于文件數(shù)據(jù)量大,經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)送錯誤的情況,并導(dǎo)致發(fā)送程序中斷,因此對該流程進(jìn)行了改進(jìn)。發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)不符時并未馬上返回錯誤信息結(jié)束數(shù)據(jù)發(fā)送,而是將該數(shù)據(jù)重復(fù)發(fā)送,在10次內(nèi)如果發(fā)送成功則繼續(xù)發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù),如果超過10次則返回錯誤信息,結(jié)束發(fā)送。
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DSP程序設(shè)計
?? DSP軟件分為兩部分,一部分是實(shí)現(xiàn)該DSP主要功能的應(yīng)用程序部分,一部分是支持該串口加載系統(tǒng)的DSP程序。
在實(shí)際應(yīng)用中,DSP應(yīng)用軟件為一個無限循環(huán),支持該串口加載系統(tǒng)的DSP程序作為軟件的一部分嵌入在無限循環(huán)中。正常情況下,DSP運(yùn)行實(shí)現(xiàn)該DSP主要功能的應(yīng)用程序部分,當(dāng)McBSP的接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)程序收到PC傳來的連接信號后,則觸發(fā)主程序進(jìn)入串口加載程序。整個過程如圖3所示。
? 6201使用McBSP內(nèi)部的采樣時鐘,McBSP可以配置成接收和發(fā)送數(shù)據(jù)模式。實(shí)際操作中UART的1bit對應(yīng)于McBSP的8bit字,因此DSP發(fā)送數(shù)據(jù)時軟件必須將1bit擴(kuò)展成要發(fā)送的8bit,同樣,接收數(shù)據(jù)時也要將接收到的每個8bit字壓縮成lbit。這就要求設(shè)置采樣速率發(fā)生器產(chǎn)生一個內(nèi)部串行時鐘是串行波特率的8倍。每個UART字都以一個下降沿開始,這個下降沿可以用作幀同步輸入。數(shù)據(jù)線和幀同步信號都連接到UART的輸出上就可以得到這一信號(詳見硬件連接部分)。
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? 本系統(tǒng)以8N1(8個數(shù)據(jù)位,沒有奇偶校驗(yàn)位,1個停止位)的格式從UART接收和發(fā)送1bit。對6201相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置,將發(fā)送和接收數(shù)據(jù)分為兩部分:第一部分包含9個8bit的字,是開始位和8個數(shù)據(jù)位;第二部分包含1個8bit的字,是停止位。假設(shè)DSP發(fā)送或接收一個字符a,它的ASCII碼為0x00111001,在內(nèi)存中的存儲形式如圖4所示。在接收到之后要對其進(jìn)行解碼處理,去掉起始位和停止位并將其進(jìn)行壓縮;在發(fā)送時要將各位進(jìn)行擴(kuò)展并加上起始位和停止位。
加載文件燒寫
? 加載文件燒寫部分程序也在DSP上運(yùn)行,主要完成的功能是將收到的加載文件燒寫入FLASH指定位置中。系統(tǒng)下電重啟后,新寫入FLASH的加載文件被加載入DSP,從而實(shí)現(xiàn)了DSP的串行加載。
對于FLASH的燒寫,應(yīng)根據(jù)所選FLASH芯片型號,按照手冊要求先對特定地址寫入控制字符,然后再進(jìn)行相應(yīng)的燒寫或擦出操作。
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加載文件的生成
?? 用戶編寫的應(yīng)用軟件經(jīng)過匯編、鏈接等操作后生成后綴名為.out的文件,該文件為TI公司的COFF格式的二進(jìn)制目標(biāo)文件,可以通過JTAG仿真器直接加載運(yùn)行。但是對于串口傳輸以及FLASH燒寫等操作來說,需要將其轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制字符串形式的文本文件。
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?? 運(yùn)行TI公司提供的hex6x.exe可完成上述操作,TI公司還提供了一系列的命令選項來選擇生成16進(jìn)制文件的格式。在具體操作中,可以將文件名、命令選項等操作全部集成在后綴為.cmd的文件中,然后運(yùn)行hex6x.exe對該后綴為.cmd的文件進(jìn)行操作,即可生成所需要的16進(jìn)制文件。
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結(jié)論
? TMS320C6000系列DSP的多通道緩沖串口McBSP是一個同步串口,因此不能與通用異步接收/發(fā)送器直接連接。但是,通過對DSP相關(guān)控制寄存器的簡單調(diào)整,在軟件控制下,UART與TMS320C6000之間的通信成為可能,該通信功能的實(shí)現(xiàn)也是所設(shè)計的串口加載系統(tǒng)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。本論文對此串口加載系統(tǒng)硬件接口和必要的軟件部分做了詳細(xì)介紹,該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單、通信線少、高速可靠,已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)用中取得了良好效果。