摘? 要: 介紹了利用DSP編程實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH的讀寫(xiě)操作,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)引導(dǎo)裝載" title="引導(dǎo)裝載">引導(dǎo)裝載系統(tǒng)的模型,給出了一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試用的實(shí)例。整個(gè)方案有較大的靈活性和實(shí)用性。?
關(guān)鍵詞: 數(shù)字信號(hào)處理器? FLASH存儲(chǔ)器? 引導(dǎo)裝載?
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在一些脫機(jī)運(yùn)行的DSP系統(tǒng)中,用戶代碼需要在加電后自行裝載運(yùn)行。DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)裝載(Bootload)是指在系統(tǒng)加電時(shí),DSP將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器中的代碼移植" title="代碼移植">代碼移植到內(nèi)部的高速存儲(chǔ)單元中去執(zhí)行。這樣既利用了外部的存儲(chǔ)單元擴(kuò)展DSP本身有限的ROM資源,又充分發(fā)揮了DSP內(nèi)部資源的效能。盡管用戶代碼在一段時(shí)期相對(duì)是固定的,但是如果直接將其掩膜到內(nèi)部ROM中去的話,一方面受容量以及價(jià)格的限制,另一方面則在系統(tǒng)代碼升級(jí)上顯得不是很靈活方便。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器,而且單位存儲(chǔ)比特的價(jià)格比傳統(tǒng)的EPROM要低,十分適合于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統(tǒng)。除了可以采用專用的硬件編程器把代碼灌入FLASH中之外,也可以利用現(xiàn)成的DSP通過(guò)軟件編程" title="軟件編程">軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。本文論述的正是如何通過(guò)DSP軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)FLASH的讀寫(xiě)操作,并介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)引導(dǎo)裝載方案的實(shí)現(xiàn)。?
1 系統(tǒng)描述?
本系統(tǒng)由DSP(TMS320VC5410)及外部的FLASH(M29W400T)以及相關(guān)的電源管理單元等構(gòu)成。DSP與FLASH的連接如圖1所示。DSP與FLASH是主從關(guān)系,由DSP的相關(guān)輸出管腳控制FLASH的擦除和讀寫(xiě)。其中,A0～A17為地址線,D0～D15為數(shù)據(jù)線,/MSTRB為存儲(chǔ)選通信號(hào),R/W是讀寫(xiě)脈沖信號(hào),/OE和/WE分別為讀使能和寫(xiě)使能,/CE為片使能,/BYTE為8位或16位數(shù)據(jù)模式選擇(圖中接高電壓為16位模式)。FLASH用于存放引導(dǎo)程序" title="引導(dǎo)程序">引導(dǎo)程序段和用戶代碼,由DSP軟件編程來(lái)寫(xiě)入。當(dāng)系統(tǒng)脫機(jī)加電時(shí),DSP首先從外部FLASH指定的引導(dǎo)程序段的起始位置處開(kāi)始執(zhí)行引導(dǎo)裝載。所謂引導(dǎo)裝載,就是將原先存儲(chǔ)在FLASH中的用戶代碼移植到DSP內(nèi)部的高速執(zhí)行單元,然后將程序指針設(shè)置為用戶代碼的起始地址。這樣,接下來(lái)就可以利用DSP資源高速執(zhí)行用戶代碼了。?
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2 DSP對(duì)FLASH的操作?
2.1 DSP及FLASH簡(jiǎn)介?
TMS320VC5410是TI公司的C54x系列的定點(diǎn)DSP,具有低功耗和高速度,常用于便攜式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。其內(nèi)部存儲(chǔ)資源包括256Kb的可掩膜ROM以及可高速運(yùn)行的128Kb的DARAM和896Kb的SARAM。ROM中固化了TI提供的引導(dǎo)裝載代碼,本方案采用自編的引導(dǎo)程序。?
ST公司的M29W400系列的FLASH容量為4Mb,分為11個(gè)不同大小的塊結(jié)構(gòu),支持8位或16位操作模式。通過(guò)特殊的命令字序列可以對(duì)每一塊獨(dú)立進(jìn)行擦除和讀寫(xiě)。與以往的FLASH相比,它由外部單電壓供電,無(wú)需額外提供高電壓即可實(shí)現(xiàn)擦除及寫(xiě)入,因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上無(wú)需考慮特殊的電平匹配。本方案采用16位模式。?
2.2 地址映射方式?
由于用DSP操作FLASH,必然涉及到FLASH的實(shí)際地址在DSP中的映射方式。TMS320VC5410的地址空間如圖2所示,包括數(shù)據(jù)空間和程序空間,具體的映射方式由DSP內(nèi)部的一些寄存器決定。它使用頁(yè)面擴(kuò)展機(jī)制,最多可以尋址8192Kb的程序空間。假設(shè)FLASH的起始地址0x0000和DSP的起始地址0x0000重合,那么FLASH中只有對(duì)應(yīng)于DSP外部空間的那部分地址,才是DSP可見(jiàn)的。比如,本方案中采用微處理器模式(MP=1)且OVLY=1時(shí),則DSP第0頁(yè)程序空間中可見(jiàn)的FLASH的地址范圍為0x8000～0xFFFF。?
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在擦除或讀寫(xiě)FLASH之前,必須先執(zhí)行相應(yīng)的命令字序列,即在指定的FLASH地址處寫(xiě)入指定的指令代碼。而整個(gè)FLASH地址空間并非和DSP的地址空間一一對(duì)應(yīng),所以需要考慮地址的重映射。?
現(xiàn)以對(duì)FLASH寫(xiě)入為例。未考慮地址重映射時(shí),命令字序列如下所示:?
FlashWrite(0x5555L，0x00AA )；//1st cycle? ?
FlashWrite(0x2AAAL，0x0055 )；//2nd cycle ?
FlashWrite(0x5555L，0x00A0 )；//Program command ?
FlashWrite(myaddress，mydata )；//put mydata into myaddress?
由圖2可知,當(dāng)MP=1和OVLY=1時(shí),FLASH地址0x5555L和0x2AAAL在DSP中位于外部空間之外,是不可見(jiàn)的。這樣DSP執(zhí)行上述語(yǔ)句時(shí),根本沒(méi)有對(duì)FLASH進(jìn)行相應(yīng)的操作,從而導(dǎo)致即使FLASH地址myaddress是DSP可見(jiàn)的,也無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫(xiě)入的功能。?
仔細(xì)分析FLASH的命令字序列可知,前三句命令字序列中真正起作用的地址位是A0～A14,而高地址位A15～A17可以是任意值。于是考慮加一個(gè)偏移量0x8000,使得重映射后的FLASH地址在DSP中是可見(jiàn)的。修改后的代碼如下所示:?
#define OFFSET 0x8000?
FlashWrite((0x5555L+OFFSET)，0x00AA)； //1st cycle? ?
FlashWrite((0x2AAAL+OFFSET)，0x0055)； //2nd cycle ?
FlashWrite((0x5555L+OFFSET)，0x00A0)；//Program command ?
FlashWrite(myaddress，mydata)；//put mydata into myaddress?
這樣，在DSP中就可以對(duì)外部FLASH進(jìn)行寫(xiě)入操作了,前提是FLASH地址myaddress在DSP中可見(jiàn)。擦除和讀操作也要對(duì)照?qǐng)D2作類似的地址重映射,不一一累述。?
2.3 擦除和讀寫(xiě)過(guò)程描述?
在DSP將數(shù)據(jù)寫(xiě)入FLASH之前,先要?jiǎng)h除數(shù)據(jù)所在塊,然后才能重新寫(xiě)入。擦除和寫(xiě)操作之前都要執(zhí)行相應(yīng)的命令字序列,而讀操作則可以直接進(jìn)行。而且要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)部分應(yīng)為引導(dǎo)程序段以及用戶代碼是經(jīng)過(guò)編譯、連接后的目標(biāo)代碼,且為FLASH可識(shí)別的HEX格式。?
3 引導(dǎo)裝載模型設(shè)計(jì)?
3.1 引導(dǎo)裝載原理?
加電前,DSP設(shè)置為微處理器模式(MP=1)。加電后,DSP首先執(zhí)行0xFF80處的中斷向量表" title="向量表">向量表起始處的跳轉(zhuǎn)命令,轉(zhuǎn)向0xF800處的引導(dǎo)程序段并實(shí)現(xiàn)代碼移植功能。完畢后,再次跳轉(zhuǎn)到移植后的用戶程序段的起始地址并執(zhí)行之。?
3.2 邏輯功能分塊?
引導(dǎo)裝載系統(tǒng)包括引導(dǎo)程序段、用戶程序段、中斷向量表和連接命令文件四部分。引導(dǎo)程序段負(fù)責(zé)將用戶程序段和中斷向量表裝載到目標(biāo)地址,用戶程序段是實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)功能的核心代碼,中斷向量表包括加電后的跳轉(zhuǎn)處理和中斷服務(wù)程序的入口,連接命令文件則是分配各個(gè)程序段在DSP地址空間中的位置。?
3.3 具體代碼實(shí)現(xiàn)?
引導(dǎo)程序段(load.asm)如下:?
??????? .def load_start ?
??? ??? .sect ″load_prg″ ?
load_start: ?
??????? ssbx intm?????????? ；關(guān)中斷?
??????? rsbx??? sxm?????????；符號(hào)擴(kuò)展模式設(shè)置為0?
??? ??? ld #0，dp???????????；定義數(shù)據(jù)頁(yè)指針為0?
??? ??? nop?
??? ??? nop?
??? ??? nop ?
?????? ?ld #0ff80h，a?? ??????? ；移植中斷向量表,0xff80為中斷向量表的舊起始地址?
??????? stm #VECT_NEW， ar1 ??? ；VECT_NEW表示中斷向量表的新起始地址?
??????? rpt #(VECT_LEN-1) ? ；VECT_LEN表示中斷向量表的長(zhǎng)度?
??????? reada *ar1+ ?
??? ??? nop ?
?? ???? ld #MAIN_OLD，a?? ；移植用戶程序段,MAIN_OLD表示用戶程序段的舊起始 地址?
??????? stm #MAIN_NEW，ar1 ；MAIN_NEW表示用戶程序段的新起始地址?
??????? rpt #(MAIN_LEN-1) ? ；MAIN_LEN表示用戶程序段的長(zhǎng)度?
??????? reada *ar1+ ?
endboot: ?
??? ??? orm #020h，@1dh???? ；設(shè)置OVLY=1,使得內(nèi)部RAM同時(shí)映射到DSP數(shù)據(jù)和程序空間?
????? ? ld #MAIN_NEW，a ?
????????bacc a????????????? ；程序指針指向用戶程序段的起始地址?
??????? .end?
??? 用戶程序段(main.asm)如下:?
??????? .def main_start?
??????? .sect ″main_prg″?
main_start:?
??????? USER_PRG??????????? ；此處添加用戶程序段?
??????? .end?
??? 中斷向量表(vect.asm)如下:?
??????? .mmregs ?
??? ??? .ref main_start ?
??? ??? .ref load_start ?
??? ??? .def reset ?
??? ??? .def nmi ?
??? ??? .sect ″.vectors″ ?
reset:? bd load_start?????? ? ? ；加電后,跳轉(zhuǎn)到自啟程序段起始地址?
??????? stm #200， sp ?
nmi:??? rete??????????????? ；此表中只包含NMI中斷入口,也可以類似添加其它中斷入口?
??????? nop?
??? ??? nop?
???? ?nop?
????? .end?
連接命令文件(boot.cmd)的配置如下:?
??? vect.obj?
??? main.obj?
??? load.obj?
??? -o boot.out?
??? SECTIONS ?
??? { ?
??? ?? main_prg:????? ? load=MAIN_OLD，run=MAIN_NEW ?
??? ?? vectors:??????? load=0ff80h，run=VECT_NEW ?
??? ?? load_prg:????? ? load=0f800h ?
??? }?
4 寫(xiě)入目標(biāo)代碼?
上述引導(dǎo)程序經(jīng)過(guò)CCS編譯及連接后,生成的目標(biāo)文件boot.out是DSP能夠識(shí)別的COFF格式。但是FLASH不支持這種格式,所以不能直接寫(xiě)入FLASH中。CCS自帶有多種HEX類型的轉(zhuǎn)換程序,比如常見(jiàn)的有Intel格式等。但是不同的HEX類型有不同的格式和頭尾開(kāi)銷,比如Intel格式中除了數(shù)據(jù)之外還有起始符、字節(jié)個(gè)數(shù)、起始地址、類型以及校驗(yàn)位等各種信息,并非純粹數(shù)據(jù)的HEX格式表示。了解了Intel格式的文件結(jié)構(gòu)之后,就可以從中提取出需要寫(xiě)入FLASH中的代碼的HEX格式及相應(yīng)的地址,即對(duì)應(yīng)上面提到的mydata和myaddress。然后就可以利用上面的方法,用DSP將引導(dǎo)系統(tǒng)各個(gè)部分的代碼在脫機(jī)運(yùn)行前寫(xiě)入FLASH。?
5 簡(jiǎn)單測(cè)試實(shí)例?
利用上述方法,使得系統(tǒng)在脫機(jī)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)裝載,并且從DSP的XF端口輸出均勻脈沖波形。直接修改用戶程序段可用如下的代碼取代用戶程序段中的USER_PRG。?
??? loop:?? rsbx xf?
?????? nop?
?? ??? ssbx xf?
?? ??? nop?
????? ?b loop?
經(jīng)過(guò)編譯、連接、格式轉(zhuǎn)換以及寫(xiě)入FLASH之后,系統(tǒng)就可以實(shí)際脫機(jī)運(yùn)行了。加電一段時(shí)間后,可以通過(guò)示波器測(cè)量得到XF端口的均勻脈沖波形,證明引導(dǎo)裝載成功。?
參考文獻(xiàn)?
1 TMS320VC5410 Fixed-point Digital Signal Processor Data Manual.TI Inc.，Dec.，2000?
2 M29W400 Data Sheet.ST Inc.，Nov.，1999?
3 Software Drivers for M29F400 and M29W400 FLASH Memories.ST Inc.，March，2000?
4 TMS320C54x Assembly Language Tools User’s Guide.TI Inc.，Dec.，1999