基于TMS320C6455的DSbootloader研究

基于TMS320C6455的DSPbootloader研究引言数字信号处理技术广泛应用于雷达、通信、图像处理等领域，其中有些信号处理运算量很大、算法结构复杂，且要求高速实时、高性能、灵活地完成各种处理任务。近年来，以数字信号处理器（DSP）为基础的通用信号处理模块[1~5]的研制受到人们的重视，它的研制成功满足了信号处理系统实时性和通用性的要求。由于在DSP程序运行前，都有程序加载的问题，尤其当信号处理模块由多DSP构成时，要充分考虑到上位机与DSP间、主DSP与从DSP间的加载关系，DSP也提供了多种灵活的加载方式以满足应用要求。因此在设计通用信号处理模块前，有必要研究DSP的多种加载方式[6~8]。TMS320C6455是世界上最大的DSP（数字信号处理）芯片商—TI（德州仪器）新推出的高端DSP芯片，也是目前单片处理能力最强的定点DSP。与另一DSP芯片商ADI的高端产品TigerSHARC系列TS201相比：TS201时钟频率为600MHz，16位定点处理能力为4800MMAC/s；TMS320C6455时钟频率为1.2GHz，16位定点处理能力为9600MMAC/s。可见，单片DSP的定点处理能力，TMS320C6455强于TS201。另外，ADI逐渐把精力投入到Blackfin系列DSP[9]，TigerSHARC系列DSP不再升级；TI却仍在不断打造自己的高端市场，TMS320C6455后续产品也在不断跟进。ADI的TigerSHARC系列DSP拥有独特的link口，适合于构建多处理器平台。在推出TMS320C6455以前，TI的DSP单片处理能力较强，但是芯片间的数据传输问题没有解决，构建多处理器平台比较复杂[10]。但是新推出的TMS320C6455，采用了SerialRapidIO接口技术，互连速率每秒高达25Gbits，很好的解决了芯片间的数据传输问题，搭建多处理器平台变得简单方便。RapidIO互连规范已成为ISO/IECDIS18372标准，RapidIOTradeAssociation已经囊括了世界主要半导体芯片供应商、通信系统OEM和计算机系统制造商。link口虽然也可以实现高速数据传输，但link口是ADI自定义总线。所以link口应用范围狭窄，而RapidIO技术将有广阔的发展前景。可以预见，TMS320C6455（以下简称C6455）将在雷达、通信、图像处理等领域得到广泛应用。基于C6455的通用信号处理模块也在研制之中。本文在完成C6455评估板的基础上，深入研究并实现了C6455的多种加载（引导）模式。这些模式几乎囊括了目前DSP的所有加载方式，也可作为实现其他DSP加载的参考。1、加载模式分类在TMS320C6455的地址空间0x00100000到0x00107FFF间集成了32K的内部ROM。此ROM中固化了一段叫作“bootloader”的引导代码，它的主要作用是在DSP上电时，对DSP进行必要的配置，以便辅助HPI/PCI/SRIO等接口进行加载；另外，它还可以将代码从外部存储器读到内部L2SRAM，以完成代码加载。TMS320C6455复位和上电时的引导模式主要有：NOBOOT模式、主机（HPI/PCI接口）引导模式、FLASH引导模式、主I2C引导模式、从I2C引导模式、SRIO引导模式。采用哪种引导模式，由复位或上电时采样管脚来决定。2数据格式转换及boottable用TI的编程工具CCS（CodeComposerStudio）编译连接生成后缀为.out可执行文件，此目标文件格式被称作通用目标文件格式（COFF）。COFF按照模块化思想对程序进行管理，它的最小单位称为段（section）。段是占据一个连续空间的代码块或者数据块，与其他段一起在存储器映射图内。但各个段是分开的，各有特色。对于C语言文件，编译器生成的代码段分配在.text段中，全局变量和静态变量分配在.bss段中，而局部变量或寄存器变量分配到.stack段，还有其他段和自定义段，可以查询TI的有关文档。连接器生成的可执行COFF文件（后缀为.out），含有一些定位符号和文件头等信息，这些信息能够被仿真器识别，仿真器可以从COFF文件中提取有用的程序，并把提取的程序加载到DSP的L2SRAM。但是，如果我们采用FLASH、PCI或SRIO等加载时，COFF文件中的一些信息不能被识别，而且由于含有的无效信息较多，COFF文件比较大，因此，我们首先应该对COFF文件进行提取和精简处理。这就需要用到TI提供的十六进制转换工具（Hex6x.exe）。十六进制转换工具可以把COFF文件转换成以下文件格式：ASCII-HEX格式、扩展的Tektronix（泰克）格式、IntelMCS-86（英特尔）格式、MotorolaExorciser（摩托罗拉-S）格式、TexasInstrumentsSDSMAC（TI-Tagged）格式。Boottable主要由三部分构成，如图1所示。第一个32位数据是程序的入口地址；最后一个32位数据0x00000000，它是boottable的结束标志；中间部分是主体部分，由程序中的若干section构成。所有的section都有一个统一的结构，以sectioni为例，第一个32位数据是此section的大小，以字节为单位；第二个32位数据是此section在L2SRAM中的存放首地址；剩下部分是此section的数据内容。图1boottable3、FLASH加载对于TMS320C6455来说，固化在DSP内部ROM中的“bootloader”会在系统上电时将FLASHROM的前1K空间的内容复制到片内L2SRAM的0x800000到x8003FF地址空间，复制完成后DSP会从0x800000地址处开始运行。因为需要搬到内存中运行的应用程序的向量表、初始化段等往往超过1K大小，为了能在系统上电时自动引导应用程序运行，就需要在引导的1K代码中编写引导代码，此引导代码的工作就是把待加载的代码复制到L2SRAM中，复制完成后跳转到程序初始化入口处（_c_int00），从而实现二次加载。FLASH引导模式需要进行二次引导，因此需要编写二次引导代码。此二次引导代码实现三个功能：配置EMIFA端口为异步读模式，总线宽度为8-bit；将FLASH空间起始地址0xB0020000的代码装载到L2SRAM中；拷贝完成后，程序跳转到程序初始化入口处（_c_int00）。假设待加载程序为跑马灯测试程序。在开发板上通过DSP的GPIO控制小灯的熄灭，当GPIO输出电平为高时，小灯被点亮，当GPIO输出电平为低时，小灯熄灭。此测试程序控制多个小灯，让其轮流熄灭。测试通过后，生成了myled.out文件，此程序就是待加载到DSP中的程序，首先必须对myled.out文件按照上节所述过程进行格式转换，生成小段模式、二进制形式的boottable。因为需要进行二次引导，在上面编写点灯程序时需要把二次引导代码链接进去。此二次引导代码在编译链接时需要被分配到L2SRAM的0x800000到0x8003FF地址空间。经过转换后，二次引导代码被转换成boottable中的section1，在此称它为bootsection。为了便于在线烧写，将此boottable做进一步的转换，生成一个新boottable和二次引导代码段。将此二次引导代码段烧写到0xB0000000到0xB00003FFFLASH地址空间，将新的boottable烧写到起始地址为0xB0020000的FLASH地址空间。图2详细阐述了格式转换和烧写流程。图2FLASH引导模式下格式转换上电后，固化在DSP内部ROM中的“bootloader”将FLASHROM的前1K空间的二次引导代码复制到片内L2SRAM的0x8000000到x8003FF地址空间。复制完成后DSP从0x800000地址处开始运行，也就是说DSP运行二次引导，此时，DSP将FLASH空间起始地址为0xB0020000的数据按照section指定的地址复制到片内L2SRAM，复制完成后，二次引导代码跳转到程序初始化入口处（_c_int00），加载过程结束。4、主机加载主机加载包括HPI和PCI接口的加载。在主机加载模式下，DSP处于等待状态，上位机直接将代码和数据写入DSP内部存储空间，此时不使用boottable。当上位机完成所有代码和数据的写入后，将产生一个主机中断（HPI/PCI），DSP将开始执行加载入的程序。HPI接口的加载很简单，DSP被当作存储器。PCI接口的加载需要考虑地址映射，复杂一些。下面就以PCI接口的加载来说明主机加载模式。4.1DSP地址空间到PCI空间的映射PCI模块支持主从模式，DSP工作在从模式，上位机对DSP进行读写访问。DSP拥有自己的地址空间，上位机要通过PCI总线访问DSP，必须将DSP空间映射到PCI空间。将DSP地址空间映射到主机空间的过程由以下寄存器来完成：PCIBARMSK（PCIbaseaddressmaskregister）指示DSP向上位机申请的窗的大小。上位机上电时，BIOS根据PCIBARMSK的值为DSP分配相应大小的存储块，此存储块相当于一个移动的窗，上位机就是通过移动这个窗来访问DSP的地址空间。PCIBAR（PCIbaseaddressregister）指示窗在PCI空间的起始地址，此处由上位机上电后自动分配。PCIBARTRL（PCIbaseaddresstranslationregister）指示窗在DSP空间的起始地址，此处的值可以实时修改，从而使窗进行移动。DSP有6组这样的寄存器，因此，一次可以向上位机申请6个窗。图3是DSP地址空间向PCI空间的映射图，为了便于理解，假设PCIBAR0MSK申请了1M的窗，PCIBAR0=0xD0000000，PCIBAR0TRL=0x00800000，此时将DSP的地址空间0x00800000到0x008FFFFF映射到PCI空间的0xD0000000到0xD00FFFFF。当上位机对PCI地址空间0xD0000000到0xD00FFFFF进行访问时，相当于访问了DSP地址空间0x00800000到0x008FFFFF。图3DSP地址空间到PCI地址空间映射4.2PCI引导过程图4PCI引导过程BOOTMODE[3：0]=0111时，为主机引导模式，并且PCI_EN=1时，主机通过PCI接口加载DSP，此时必须使CFGGP[2：0]=0。图4便是PCI引导过程，上电后，固化在DSP内部ROM的“bootloader”对DSP进行一些必要的初始化配置。首先，使能全局中断并且使能PCI的中断管脚，使DSP可以接收来自主机的中断。其次，bootloader配置PLL1模块为15倍频，也就是使内核工作在750MHz。而其他引导模式下，没有使能PLL1模块，也就意味着PLL1模块工作在50MHz。上位机访问PCIBAR0，把待加载代码通过PCI总线装载到L2SRAM中，装载完成之后，上位机访问PCIBAR2，对PCIBINTSET寄存器的DSPINT位写1，向DSP发送DSPINT中断，从而使DSP脱离“挂起（stall）”状态，DSP从地址0x800000处开始执行程序。由于基于C程序或基于C语言框架的混和语言程序，系统复位和数据初始化都必须基于C的运行环境，而C运行环境的建立必须由c_int00（）函数来完成，所以在DSP复位后从0x800000处执行指令时，必须首先跳转到C环境的入口点_c_int00（该点在rts64plus.lib库中定义），从而能够调用c_int00（）函数完成建立堆栈，变量初始化和调用Main函数等工作。所以在“加载代码”之后，为了使DSP能够响应DSPINTRESET中断并跳转至_c_int00处“执行代码”，需要编写中断向量表，把中断向量表分配到起始地址为0x800000的空间，并使硬件复位中断的服务程序的内容，是执行跳转到_c_int00。从而当