??? 摘 要： 提出了一種巧妙實(shí)現(xiàn)DSP并行自舉" title="自舉">自舉的方法，即采用“兩次下載法”,利用DSP自身對(duì)FLASH編程，以實(shí)現(xiàn)DSP的并行自舉" title="并行自舉">并行自舉。這種在系統(tǒng)編程" title="在系統(tǒng)編程">在系統(tǒng)編程的DSP自舉實(shí)現(xiàn)方式無(wú)需文件轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單靈活。以TI公司的TMS320VC5416和閃爍存儲(chǔ)器SST39VF200為例，介紹了該方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
??? 關(guān)鍵詞： DSP? TMS320VC5416? FLASH SST39VF200? 并行自舉
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??? 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)今的高速DSP內(nèi)部不再基于FLASH結(jié)構(gòu)，而是采用存取速度更快的RAM結(jié)構(gòu)。DSP掉電后其內(nèi)部RAM中的程序和數(shù)據(jù)將全部丟失，所以在脫離仿真器的環(huán)境中，DSP芯片每次上電后必須自舉，將外部存儲(chǔ)區(qū)的執(zhí)行代碼通過(guò)某種方式搬移到內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)，并自動(dòng)執(zhí)行。目前應(yīng)用非常廣泛的是TI公司的5000系列DSP，常用的自舉方式有并行自舉、串行自舉、主機(jī)接口（HPI）自舉和I/O自舉。HPI自舉需要有一個(gè)主機(jī)（如單片機(jī)）進(jìn)行干預(yù)，雖然可以通過(guò)這個(gè)主機(jī)對(duì)DSP內(nèi)部工作情況進(jìn)行監(jiān)控，但電路復(fù)雜、成本高；串口自舉代碼加載" title="加載">加載速度慢；I/O自舉僅占用一個(gè)端口地址，代碼加載速度快，但一般的外部存儲(chǔ)器都需要接口芯片來(lái)滿足DSP的自舉時(shí)序，故電路復(fù)雜，成本高；并行自舉加載速度快，雖然需要占用DSP數(shù)據(jù)區(qū)的部分地址，但無(wú)需增加其它接口芯片，電路簡(jiǎn)單。因此在TI公司的5000系列DSP中，并行自舉得到了廣泛的應(yīng)用。
??? 將可執(zhí)行代碼燒錄到外部存儲(chǔ)器，傳統(tǒng)的做法是通過(guò)編程器" title="編程器">編程器完成。先利用CCS軟件中的hex500.exe文件將要寫入的*.out文件轉(zhuǎn)換成編程器能夠識(shí)別的*.hex文件格式，再用編程器將轉(zhuǎn)換后的*.hex文件燒錄到外部EEROM中。然而，隨著芯片制造工藝的不斷提高，芯片集成度越來(lái)越高，存儲(chǔ)器正向小型化、貼片式的方向發(fā)展，很多貼片封裝的存儲(chǔ)器很難用編程器編程，更不可能頻繁插拔。與傳統(tǒng)的EEROM相比，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器具有支持在線擦寫且擦寫次數(shù)多、速度快、功耗低、容量大、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。目前有很多FLASH芯片采用3.3V單電源供電，與DSP連接時(shí)無(wú)需采用電平轉(zhuǎn)換芯片，因此電路連接簡(jiǎn)單。在系統(tǒng)編程，利用系統(tǒng)本身的DSP直接對(duì)外掛的FLASH存儲(chǔ)器編程，節(jié)省了編程器的費(fèi)用和開(kāi)發(fā)時(shí)間、使得DSP執(zhí)行代碼可以在線更新。
??? 這里，在可執(zhí)行代碼的FLASH燒錄方面，不再采用hex500.exe文件對(duì)*.out文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而是巧妙地采用“兩次下載法”，利用DSP對(duì)FLASH的寫操作將可執(zhí)行代碼直接寫到外掛FLASH中去。
??? 本文以一片TMS320VC5416外掛一片SST69VF200 FLASH存儲(chǔ)器為例，介紹如何通過(guò)DSP對(duì)FLASH在系統(tǒng)編程，以實(shí)現(xiàn)DSP并行自舉的具體方法，并給出了DSP 的C程序部分源碼。
1 DSP和FLASH構(gòu)成的自舉系統(tǒng)
??? DSP在自舉過(guò)程中，是將外部的存儲(chǔ)區(qū)當(dāng)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)來(lái)訪問(wèn)的。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，雖然FLASH內(nèi)部存儲(chǔ)的是代碼，但對(duì)于DSP而言依然是數(shù)據(jù)。由于TMS320VC5416的數(shù)據(jù)總線是16位的，所以選用16位總線接口的FLASH存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)區(qū)中的0x0000～0x7FFF對(duì)應(yīng)為DSP內(nèi)部的RAM區(qū)，所以DSP要對(duì)外部的FLASH操作只能訪問(wèn)0x8000～0xFFFF的32K字存儲(chǔ)區(qū)。
??? DSP自舉系統(tǒng)的基本連接如圖1所示。自舉系統(tǒng)中選用的FLASH為SST公司的SS39VF200，該FLASH存儲(chǔ)器為128K字容量，16位總線接口。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖中沒(méi)有對(duì)FLASH進(jìn)行分頁(yè)處理，僅僅是把它當(dāng)成外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)來(lái)處理。由于SS39VF200的讀信號(hào)
和寫信號(hào)
是分開(kāi)的，且寫信號(hào)的優(yōu)先級(jí)高于讀信號(hào)，而DSP的讀寫共用一個(gè)引腳，所以將DSP的讀寫信號(hào)與FLASH的寫信號(hào)相連接，而將其讀信號(hào)直接接地，F(xiàn)LASH的片選信號(hào)
直接與DSP的數(shù)據(jù)區(qū)選擇信號(hào)相連接，這表明將FLASH作為DSP的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行訪問(wèn)。如上所述，DSP只能訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)區(qū)的0x8000～0xFFFF區(qū)域的數(shù)據(jù)，因此對(duì)于39VF200而言，可以將最高位地址A16直接接地。對(duì)于上述電路連接方法，39VF200存儲(chǔ)器從0x0000開(kāi)始的32K字的空間是無(wú)法訪問(wèn)的。
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2 TMS320VC5416對(duì) SST39VF200的在系統(tǒng)編程
2.1 SS39VF200芯片介紹
??? SST39VF200的操作不像一般的RAM和ROM，除了讀數(shù)據(jù)的過(guò)程一樣外，其它的操作都不相同，必須按照一定的順序來(lái)執(zhí)行。SST39VF200的常用操作如表1所示。
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2.2 TMS320VC5416對(duì) SST39VF200的編程操作
??? 通常，在對(duì)FLASH進(jìn)行編程之前，必須將FLASH中待寫的區(qū)域進(jìn)行擦除，然后才能進(jìn)行編程操作。需要注意的是，每次對(duì)FLASH發(fā)出操作命令后，必須等到FLASH完成本次操作才能發(fā)送下一個(gè)操作命令。判斷FLASH執(zhí)行命令完畢的方式有兩種，一是利用數(shù)據(jù)位D7判斷，如果FLASH尚未完成操作，則讀該位總是為低，完成操作后該位變成高；二是利用數(shù)據(jù)位D6判斷，如果FLASH尚未完成操作，則相鄰兩次讀到的D6位的值不同。當(dāng)兩次讀到的D6位的值都是一樣時(shí)，表明FLASH完成了本次操作。
??? 下面以數(shù)據(jù)位D6判斷操作完成與否，說(shuō)明TMS320VC5416對(duì)SST39VF200寫操作的具體過(guò)程，其它操作過(guò)程與該過(guò)程基本相同。
??? void Word_Program(uint *Ad,uint DQ) //Ad為編程地址，DQ為編程數(shù)據(jù)
??? {
??? ?? uint? *Ad_Temp,Temp1,Temp2;??? ?//定義臨時(shí)地址指針和數(shù)據(jù)變量
??? ?? Ad_Temp=(uint *)(0x5555 );?????? ?//第一個(gè)寫周期
??? ?? *Ad_Temp=0x00AA;???????????? ??//給地址0x5555寫數(shù)據(jù)0x00AA
??? ?? Ad_Temp=(uint *)(0x2AAA );????? ?//第二個(gè)寫周期
??? ?? *Ad_Temp=0x0055;????????????? ??//給地址0x2AAA寫數(shù)據(jù)0x0055
??? ?? Ad_Temp=(uint *)(0x5555);??????? ?//第三個(gè)寫周期
??? ?? *Ad_Temp=0x00A0;????????????? ??//給地址0x5555寫數(shù)據(jù)0x00A0
??? ?? *Ad=DQ;?????????????????????? ???//給編程地址寫編程數(shù)據(jù)
??? ?? Again: Temp1=*Ad & 0x0040;????? //兩次讀D6（Toggle ?????????Bit）
??? ???????? ?Temp2=*Ad & 0x0040;
??? ?? if(Temp1!=Temp2)??????????????? ??//判斷是否命令執(zhí)行結(jié)束，否則繼續(xù)讀Toggle Bit
?? ????? goto Again;
??? }
3? TMS320VC5416的并行自舉
??? 通過(guò)在系統(tǒng)編程可以實(shí)現(xiàn)將可執(zhí)行代碼寫入FLASH。如何確定FLASH中用戶程序代碼的存放格式并正確自舉以實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行是整個(gè)在系統(tǒng)編程的重點(diǎn)。
3.1 自舉表
??? 在介紹DSP并行自舉過(guò)程之前，必須對(duì)DSP的自舉表加以說(shuō)明。自舉表需按照TI公司規(guī)定的格式來(lái)創(chuàng)建。該表中存放有DSP初始化時(shí)要用到的特殊寄存器如SWWSR、BSCR等的值、程序入口地址、各段的目標(biāo)首地址和長(zhǎng)度以及要執(zhí)行的代碼。自舉表的格式如表2所示。
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3.2 并行自舉過(guò)程
??? 完整的并行自舉的流程圖如圖 2所示。
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??? SST39VF200 FLASH存儲(chǔ)器是16位的，所以實(shí)際采用的是16位并行自舉，DSP內(nèi)部的引導(dǎo)程序從數(shù)據(jù)空間地址0xFFFF讀取自舉表首地址，最后從自舉表中將可執(zhí)行代碼搬移到DSP對(duì)應(yīng)的RAM中。
3.3 “兩次下載法”實(shí)現(xiàn)并行自舉
??? 如何按照規(guī)定的自舉表格式將表中的各項(xiàng)內(nèi)容寫入到外掛的FLASH中去？普遍的做法是利用hex500.exe文件將*.out文件轉(zhuǎn)換成*.hex格式，然后讀取*.hex文件，將其寫入FLASH。這里采用一種更簡(jiǎn)便的“兩次下載法”將自舉表寫入FLASH，整個(gè)過(guò)程無(wú)需文件轉(zhuǎn)換和文件讀取，并且完成此過(guò)程的代碼很小，幾乎不占用DSP內(nèi)部的存儲(chǔ)空間。
??? 所謂的“兩次下載法”就是通過(guò)仿真器對(duì)DSP進(jìn)行兩次加載來(lái)完成自舉表的建立。第一次加載用戶希望自舉的可執(zhí)行代碼，稱為代碼1，加載完后不運(yùn)行此代碼；緊接著加載建立自舉表的代碼，稱為代碼2。代碼1是DSP脫機(jī)運(yùn)行時(shí)的代碼，代碼2僅僅是把代碼1按照自舉表的格式寫入到外部FLASH中的代碼。需要注意的是，代碼1和代碼2在分配程序存儲(chǔ)空間時(shí)不可以重疊，而且代碼2的數(shù)據(jù)空間必須包含代碼1和外部FLASH共同占有的空間，因?yàn)樗汛a1按訪問(wèn)數(shù)據(jù)的方法寫到外部FLASH中。由于下載完代碼1后并沒(méi)有運(yùn)行，而是緊接著下載代碼2，兩者的程序存儲(chǔ)區(qū)又不重疊，因此下載完代碼2后，先前下載的代碼1仍舊在DSP中，只是被代碼2看成數(shù)據(jù)而已。“兩次下載法”的具體操作步驟如下：
??? （1）將DSP的MP/MC引腳置高，讓DSP工作在微處理器方式。
??? （2）將代碼1通過(guò)仿真器下載到DSP中，但不運(yùn)行該代碼。
??? （3）將代碼2通過(guò)仿真器下載到DSP中，運(yùn)行此代碼。
??? （4）代碼2運(yùn)行結(jié)束后，去掉仿真器，并將MP/MC引腳置低，讓DSP工作在微型計(jì)算機(jī)方式。
??? （5）復(fù)位DSP，觀察程序運(yùn)行的結(jié)果是否正常。
??? “兩次下載法”中兩次代碼的存儲(chǔ)區(qū)分配情況如圖3所示。
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??? 圖中，代碼1中的數(shù)據(jù)段起始地址為0xA，數(shù)據(jù)段結(jié)束地址為0xB，代碼段起始地址為0xC，代碼段結(jié)束地址為0xD，其中0xB和0xC可以是同一地址，也可以是不同地址；代碼2中的數(shù)據(jù)段起始地址為0xG，數(shù)據(jù)段結(jié)束地址為0xFFFF，代碼段起始地址為0xE，代碼段結(jié)束地址為0xF，其中0xF和0xG可以是同一地址，也可以是不同地址。對(duì)TMS320VC5416而言，因其0x0000～0x7FFF對(duì)應(yīng)的是內(nèi)部的32K字空間，所以兩個(gè)表中的地址大小關(guān)系為0xG<0xC<0xD<0x8000。
??? 基于上述思想，假設(shè)代碼1的程序段為0x4000～0x7FFF，數(shù)據(jù)段為0x3000～0x3FFF，代碼2的程序段為0x2000～0x2FFF，數(shù)據(jù)段為0x3000～0xFF7F（需要注意的是，代碼2的數(shù)據(jù)段必須包含代碼1的代碼段和FLASH所占據(jù)的地址空間，代碼2的代碼段絕對(duì)不能與代碼1的代碼段有重疊），外部FLASH占據(jù)的地址空間為0x8000～0xFF7F，自舉表的首地址從0x8000開(kāi)始，并且SWWSR和BSCR的值分別為0x0E38和0x8806，程序入口地址為0x004089，代碼1長(zhǎng)度為16K字，代碼1的存放起始地址為0x004000，那么代碼2在FLASH中建立自舉表的程序如下：
??? UINT? I;??????????????????? ??//定義臨時(shí)變量
??? UINT? *Addr1,*Addr2;????? ?//定義臨時(shí)地址指針變量
??? Addr1=(uint *)0xffff;
??? Word_Program(Addr1,0x8000);? //在數(shù)據(jù)空間0xffff地址寫自舉表起始地址0x8000
??? Addr1=(uint *)0x8000;????? ?? //自舉表首地址
?? ? Word_Program(Addr1,0x10AA); //自舉總線寬度為16位，即第一個(gè)字為為0x10AA
? ?? Addr1++;????????????????????? ? ?//累加地址
? ?? Word_Program(Addr1, 0x0E38); //SWWSR的值
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
? ?? Word_Program(Addr1, 0x8806);? //BSCR的值
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
? ?? Word_Program(Addr1,0); ??//程序入口地址XPC為0
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
? ?? Word_Program(Addr1,0x4089);?? //程序入口地址PC為0x4089
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
?? ? Word_Program(Addr1,0x4000);?//代碼長(zhǎng)度為0x4000
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
? ?? Word_Program(Addr1,0);????? ?//目標(biāo)程序入口地址XPC為0
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
?? ? Word_Program(Addr1,0x4000);?? //目標(biāo)程序入口地址PC為0x4000
? ?? Addr1++;????????????????????? ??//累加地址
? ?? Addr2=(uint *)0x4000;??????? ?//代碼1起始地址
? ?? for(I=0;I<0x4000;I++)?????? ?//寫代碼1到FLASH，長(zhǎng)度為16K字
? ????? Word_Program(Addr1++,*(Addr2++));
? ?? Word_Program(Addr1,0x0000);?? //自舉表結(jié)尾的一個(gè)字寫入0x0000，自舉表建立結(jié)束
??? 代碼2除了上面的自舉表的建立外還包括FLASH的擦除和自舉表數(shù)據(jù)的校驗(yàn)。需要注意的是，在對(duì)FLASH進(jìn)行寫操作之前，必須對(duì)其進(jìn)行擦除，擦除部分的程序可參考前面的Word_Program()子函數(shù)。
??? 這樣，通過(guò)簡(jiǎn)單的“兩次下載法”，利用代碼2將要脫機(jī)運(yùn)行的代碼1以自舉表的格式寫到FLASH存儲(chǔ)器中，校驗(yàn)正確后DSP即可脫機(jī)工作了。
??? 采用“兩次下載法”利用DSP自身對(duì)FLASH進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)DSP的并行自舉。這種在系統(tǒng)編程的DSP自舉實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單靈活。文中給出的硬件電路僅適用于程序代碼小于32K字的系統(tǒng)中。在一般DSP系統(tǒng)中，都會(huì)有FPGA等可編程器件，利用它們可以靈活地對(duì)FLASH進(jìn)行分頁(yè)操作。這樣，在程序量超過(guò)32K字的情況下，此方法也適用。
參考文獻(xiàn)
1 C5000 Applications:TMS320VC5416 Bootloader. Application?Report SPRA602D, March 2002
2 Data Manual：TMS320VC5416 Fixed-Point Digital Signal?Processor. Literature Number:SPRS095J，March 1999， Revised? April 2003
3 Data Sheet: 2Mbit/4Mbit/8Mbit(x16) Multi-Purpose Flash? SST39VF200/SST39VF400/ SST39 VF800. Silicon Storage?Technology Inc., 2001