在仿真环境下实现TMS320C6000系列DSP的程序自引导

在仿真环境下实现TMS320C6000系列DSP的程序自引导摘要：介绍了TMS320C6000系列DSP在仿真环境下对闪速存储器(FLASH)的C语言编程方法，同时根据这种DSP的程序自引导机制（bootloader），介绍了从FLASH进行引导的新途径，从而为TMS320C6000系列DSP的开发提供了一种新的思路。关键词：TMS320C6000；FLASH；bootloader开发ＤＳＰ系统应用板，最终要脱离仿真器而独立运行，这时就需要一个能在断电后保存程序及初始化数据的存储器。系统上电时，由引导程序将ＤＳＰ的应用程序从该存储器引导到ＤＳＰ应用板上的高速存储器（如内部ＳＲＡＭ，ＳＤＲＡＭ等）中。由于ＦＬＡＳＨ具有电信号删除功能且删除速度快，集成度高，因而已成为此种存储器的首选。将用户程序代码写入ＦＬＡＳＨ的方法有两种：第一种是用专门的ＦＬＡＳＨ编程器实现，第二种是通过系统微处理器与ＦＬＡＳＨ的接口来实现。第一种方法的主要优点是使用方便可靠，但要求ＦＬＡＳＨ只能是双列直插等一些可插拔的封装形式，由于芯片制造工艺的提高，芯片的集成度越来越高，ＦＬＡＳＨ正向小型化、贴片式发展，从而使表面贴装或ＰＬＣＣ封装的ＦＬＡＳＨ难以利用编程器编程。第二种方法克服了第一种方法的缺点，且使用灵活，因而在ＤＳＰ系统中的应用日益广泛。由于ＦＬＡＳＨ的存取速度较慢，写入ＦＬＡＳＨ的程序将在系统上电时被ＤＳＰ装载到快速的存储器中运行，这个过程称为ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ。不同的ＤＳＰ有不同的引导方式，本文将以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３为例来介绍ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列的ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ方式。１ＦＬＡＳＨ的工作方式及在系统编程目前，市场上的ＦＬＡＳＨ型号很多，但工作方式大体相同，下面以ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ为例进行介绍。１．１ＡＭ２９ＬＶ１６０ＤＦＬＡＳＨ存储器简介ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ是ＡＭＤ公司生产的２Ｍ×８ｂｉｔ／１Ｍ×１６ｂｉｔＦＬＡＳＨ存储器，它的数据宽度为８位、１６位可选，采用３．３Ｖ供电，完全兼容ＪＥＤＥＣ标准，并支持在系统编程，用户只需向其内部的命令寄存器写入命令序列即可实现部分擦除、全部擦除、数据写入等功能；同时可提供硬件和软件方法来检查ＦＬＡＳＨ的操作执行情况。图1１．２编程方法对ＦＬＡＳＨ的在系统编程就是通过一定的编程命令序列来控制ＦＬＡＳＨ的工作方式，这些命令序列是一些特定字符的组合，只要向ＦＬＡＳＨ中的特定寄存器以特定的顺序输入这些字符即可进入相应的编程模式。ＡＭ２９ＬＶ１６０Ｄ中的主要命令序列和写入地址如图１所示。具体说明如下：●复位命令序列：对ＦＬＡＳＨ中任一地址写入“Ｆ０”，即可实现复位。●自动选择模式：此模式主要用于编程器编程时，由编程器根据从数据线ＤＱ７～ＤＱ０读出的识别码自动配置编程逻辑，当然也可以通过命令序列在在系统情况下将自动选择码读出。●编程命令序列：程序可以以字节方式或字方式写入，这主要根据ＦＬＡＳＨ外部引脚ＢＹＴＥ的状态而定。●芯片擦除命令序列：ＦＬＡＳＨ编程时应先执行擦除命令，这是因为编程指令只能将数据由１变为０，反之则不行。●扇区擦除命令序列：为了编程方便及保护有用数据，数据擦除可以只擦除某些无用的扇区。●擦除暂停和恢复命令序列：这个命令序列只在进行扇区擦除时有效，它允许编程者中断一个扇区的擦除操作，接着从没有被擦除的扇区读出或写入数据。●写入命令：也分为字节模式和字模式，分别对应ＦＬＡＳＨ的８位和１６位工作方式，具体为哪种模式,可由ＦＬＡＳＨ的ＢＹＴＥ脚的输入来决定，低电平为字节模式，高电平为字模式。在对ＦＬＡＳＨ进行编程时，ＦＬＡＳＨ提供硬件和软件机制来获得ＦＬＡＳＨ的状态，以确定数据写入或擦除操作是否完成。硬件方法主要是利用ＦＬＡＳＨ的外部引脚ＲＹ／ＢＹ的输出信号在命令序列的最后一个写脉冲（ＷＥ）的上升沿之后有效。当该输出为低电平时,表示ＦＬＡＳＨ正在编程或擦除中，而当该输出脚为高电平时,即表示编程或擦除已完成。将此引脚与ＴＭＳ３２０Ｃ６７１ｘ系列ＤＳＰ的ＡＲＤＹ引脚相连，即可实现硬件的自动编程或擦除的完成判断。Ｃ６０００系列ＤＳＰ与ＦＬＡＳＨ的连线图如图２所示。软件方法是利用从ＦＬＡＳＨ数据线读取的数据来判断ＦＬＡＳＨ的状态，读取数据中的主要判断位为ＤＱ２、ＤＱ３、ＤＱ５、ＤＱ６和ＤＱ７，它们之间的相互组合提供了几种软件判断状态的方法，应用较多且较为简便的方法是在命令序列写入后，如果写入的是编程命令，则选择一个地址，并循环读取这个地址的数据。若装置仍处于编程状态之中，ＤＱ７输出为写入数据的补码，而在编程完成后，ＤＱ７输出的是所选地址上的正确数据。如果写入的是擦除命令，那么当装置处于擦除状态时，则ＤＱ７输出为０，若擦除完成或擦除被中断ＤＱ７输出为１。选择地址时应注意：若地址所在区域属于ＦＬＡＳＨ中的保护区域，则ＤＱ７输出的ＦＬＡＳＨ状态信息有效，有效时间只能持续大约１μｓ，然后输出正确数据。而擦除命令擦除的范围如果包括ＦＬＡＳＨ中的保护区域，那么命令将被忽略，此时ＤＱ７输出状态信息有效，持续时间大约１００μｓ。对ＦＬＡＳＨ的操作有时会出错，出错时，ＦＬＡＳＨ将处于不正常状态，ＤＱ７可能永远也不会输出地址上的正确数据，此时就需读取ＤＱ５的输出信息，若为１则表示操作失败。其软件流程图如图３所示。对ＦＬＡＳＨ的编程既可以用汇编语言，也可以用Ｃ语言，以下给出部分Ｃ代码。该程序代码可采用ＴＩ公司专门用于ＴＩ公司系列ＤＳＰ编程的ＣｏｄｅＣｏｍ-ｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ编程工具进行编写。ｖｏｉｄｅｒａｓｅ_ｆｌａｓｈ(ｓｈｏｒｔ＊ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ){ｓｈｏｒｔ＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝(ｓｈｏｒｔ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋(０ｘ５５５＜＜２));／＊此处０ｘ５５５地址左移两位，按１６位存储器来看，本来只需左移一位，但在计算式中地址ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ是先转换成ｉｎｔ型再计算的，而要写入命令的地址０ｘ５５５为１６位地址，所以需乘２，因此应当再左移一位＊／ｓｈｏｒｔ＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝(ｓｈｏｒｔ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋（０ｘ２ａａ＜＜２））；＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａａ；＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝０ｘ００５５；＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００８０；＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａａ；＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝０ｘ００５５；＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００１０；}ｖｏｉｄｐｒｏｇｒａｍ_ｆｌａｓｈ(ｓｈｏｒｔ＊ｓｏｕｒｃｅ_ｐｔｒｓｈｏｒｔ＊ｆｌａｓｈｐｔｒ,ｓｈｏｒｔｌｅｎｇｔｈ){ｓｈｏｒｔｉｓｈｏｒｔ＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝(ｓｈｏｒｔ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋(０ｘ５５５＜＜２ｓｈｏｒｔ＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝(ｓｈｏｒｔ＊)((ｉｎｔ)ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋０ｘ２ａａ＜＜２ｆｏｒ(ｉ＝０;ｉ＜ｌｅｎｇｔｈ;ｉ＋＋){＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａａ;＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ２＝０ｘ００５５;＊ｃｔｒｌ_ａｄｄｒ１＝０ｘ００ａ０;＊ｆｌａｓｈ_ｐｔｒ＋＋＝＊ｓｏｕｒｃｅ_ｐｔｒ}}在上面的程序中,对ＦＬＡＳＨ的命令序列的写入地址有一个左移指令，即若应写入命令的寄存器地址为０ｘ５５５，实际编程时，应先对０ｘ５５５左移若干位，然后再对得到的地址写入命令。这是因为,ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ为３２位ＤＳＰ，它的外部地址总线引脚的最低位（ＬＳＢ）为ＥＡ２，即输出地址的最低位为实际地址的第２位，而不会输出第１位和第０位，但实际外接的ＦＬＡＳＨ可以是８位、１６位、３２位不等。如果连接非３２位存储器，在读数据时ＤＳＰ的外部存储器接口（ＥＭＩＦ）会自动将实际地址左移若干位，以使外部地址总线引脚的最低位ＥＡ２根据ＦＬＡＳＨ位数的不同输出实际地址的第０位或第１位，然后再将几次读入的数据合成一个３２位的值（外接ＦＬＡＳＨ的位数可以在ＥＭＩＦ寄存器中设置），而在写数据时,就需要编程者手动进行移位，具体方法是外接８位存储器时左移２位，外接１６位存储器时左移１位。２用ＦＬＡＳＨ实现ＤＳＰ的程序自引导ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ包括多个型号，各个型号的程序自引导方法一致，下面以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３为例来介绍程序自引导的实现过程。２．１ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＤＳＰ简介ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３是ＴＩ公司推出的ＴＭＳ３２０Ｃ６７ｘｘ系列浮点ＤＳＰ中最新的一种芯片。ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３每周期可以执行８条３２位指令；支持３２／６４位数据；具有最高２２５ＭＨｚ、４．４ｎｓ指令周期的运行速度和１８００ＭＩＰＳ或１３５０ＭＦＬＯＰＳ的处理能力；同时是有强大的外设支持能力；外部存储器接口(ＥＭＩＦ)可以很方便地和ＳＤＲＡＭ、ＳＢＳＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、ＳＲＡＭ等同步和异步存储器相连，１６位ＨＰＩ接口可以和各种处理器如ＰＣ、ＰＯＷＥＲＰＣ等接口；另外还有优化的多通道缓存串口和多通道音频串口（仅ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３），这些外部接口使设计人员可以很容易实现自己的应用系统。２．２ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３程序自引导功能的实现断电时用慢速ＲＯＭ或ＦＬＡＳＨ存储程序和初始化数据，上电后引导到内部或外部快速ＲＡＭ中运行是现在普遍采用的一种设计ＤＳＰ电路板的方法，该方法可靠、方便、灵活且成本较低。但对于不同的ＤＳＰ有不同的程序自引导方法。本文只讨论ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ的引导方法。和以往ＴＩ公司的ＤＳＰ（如３ｘ、４ｘ）采用引导表由固化在ＤＳＰ内部的引导程序实现程序的自引导不同，ＴＭＳ３２０Ｃ６０００系列ＤＳＰ采用的是一种新的引导方法，对于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３，上电后，若选择从ＥＭＩＦ引导程序，则ＤＳＰ自动将位于地址空间ＣＥ１（０ｘ９０００００００～０ｘ９ＦＦＦＦＦＦＦ）开头的１ｋＢ代码传输到地址空间０处。它的数据传输采用默认时序，用户可以选择外部程序存储器的宽度（８位／１６位／３２位），然后由ＥＭＩＦ自动将几次读入的数据合成３２位数据。传输由ＤＳＰ中的ＥＤＭＡ通道以单帧的形式自动进行，传输完成后，程序从地址０处开始运行。因此，要在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１ｘ中实现基于ＦＬＡＳＨ的自引导功能，必须将ＦＬＡＳＨ配置在ＤＳＰ的ＣＥ１地址空间中。以上工作均由ＤＳＰ自动完成。很明显，自动传输的代码并不能满足绝大多数编程者对代码长度的要求，因此可在这段代码中加入数据传输功能，从而将实际工作中远大于１ｋＢ的代码由ＦＬＡＳＨ中读入到用户指定的存储空间，然后再将程序跳到实际有用的代码处运行。对ＦＬＡＳＨ编程并实现程序自引导的具体过程如下：（１）对ＤＳＰ正常运行程序的处理ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ（ＣＣＳ）是ＴＩ公司开发的用于ＤＳＰ产品的软件开发工具。由ＣＣＳ得到的代码为目标文件格式（ＣＯＦＦ），这种格式文件不能直接写入ＦＬＡＳＨ，而要先用其它语言（如Ｃ）编写文件，然后由转换工具进行转化。在ＣＯＦＦ格式下，程序被分成很多段（包括程序段、初始化数据段、未初始化数据段、自定义段等），每段都占据连续的存储空间，段与段之间相互独立。另外，在ＣＯＦＦ文件中，除了段内的用户程序和数据外，还包含一些额外的信息，其中有ＣＯＦＦ文件的版本、段的数量、段的长度和起始地址等，分析清楚这些信息，就可以编写自己的文件转换工具了。具体方法是：读入ＣＯＦＦ文件，根据格式分析该文件的内容，再把用户程序和数据部分提取出来，仍分成一个个段，并在每个段前加入起始位置和段长度信息，同时在最后一个段的末尾加上结束标志，最后写入一个新的文件。在此过程中，因为ＣＯＦＦ文件的字长为３２ｂｉｔ，而ＦＬＡＳＨ宽度可能为８ｂｉｔ或１６ｂｉｔ，因而要在两者之间进行手工转化。（２）编写ｂｏｏｔ程序ｂｏｏｔ程序的大小不能超过１ｋＢ，它主要完成以下几个功能：第一是配置ＤＳＰ的ＥＭＩＦ寄存器，然后从ＦＬＡＳＨ中把各个段中的程序和数据拷贝到用户指定的存储器物理地址中，同时跳到程序的入口点。在此应当注意：Ｃ程序的入口点并非ｍａｉｎ（），而是ｃ＿ｉｎｔ００，这是因为在调用ｍａｉｎ（）函数之前，系统必须先建立Ｃ语言的运行环境。如为系统堆栈定义．ｓｔａｃｋ段、建立初始化堆栈和祯指针、初始化全