TMS320C6711的FLASH引導(dǎo)裝載系統(tǒng)研究

　　1 概述

　　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動(dòng)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)，由DSP將一段存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中的代碼移植到高速存儲(chǔ)器單元中去執(zhí)行。這樣既可利用外部存儲(chǔ)單元來(lái)擴(kuò)展DSP本身有限的ROM資源，又能充分發(fā)揮DSP內(nèi)部資源的效能。因此，在裝載系統(tǒng)中，外部非易失性存儲(chǔ)器和DSP的性能顯得尤為重要。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲(chǔ)器，而且單位存儲(chǔ)比特的價(jià)格比傳統(tǒng)EPROM要低，十分適合用于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統(tǒng)。本文介紹了TI公司TMS320C6711浮點(diǎn)DSP芯片和SST公司SST39VF040 FLASH存儲(chǔ)器的基本特點(diǎn)，同時(shí)給出了一具完整的用FLASH來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)引導(dǎo)裝載的實(shí)現(xiàn)方案。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2．1 器件介紹

　　整個(gè)系統(tǒng)由DSP（TMS320C6711），外部FLASH存儲(chǔ)器（SST39VF040）以及電源管理單元等構(gòu)成。下面主要介紹前面兩個(gè)模塊。TMS320C6711數(shù)字信號(hào)處理器是美國(guó)TI公司推出的TMS320C6000系列浮點(diǎn)DSP的一種，它采用256管腳的BGA封裝，3.3V的I/O電壓和1.8V的內(nèi)核電壓供電方式，并具有兩級(jí)cache緩存結(jié)構(gòu)和高達(dá)900MFLOPS的峰值運(yùn)算能力，可廣泛應(yīng)用于圖像處理等系統(tǒng)中。 SST39VF040是SST公司推出的FLASH存儲(chǔ)器，該器件十分適合用作外擴(kuò)存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)容量為4MB，采用3.3V單電源供電，無(wú)需額外提供高電壓即可通過一些特殊的命令字序列實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)子模塊的讀寫和擦除，并且可以重復(fù)十萬(wàn)次以上，因而可通過DSP軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的讀寫操作，十分適合于系統(tǒng)的調(diào)試和開發(fā)。

　　2．2 硬件連接

　　DSP訪問片外存儲(chǔ)器主要通過外部存儲(chǔ)器接口（EMIF），它不僅具有很強(qiáng)的接口能力，可以和各種存儲(chǔ)器直接接口，而且還具有很高的數(shù)據(jù)吞吐能力，最高可達(dá)1200MB/s。TMS320C6711的EMIF支持8位、16位和32位寬的所有存儲(chǔ)器，當(dāng)從這些窄位寬的存儲(chǔ)空間讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，EMIF會(huì)將多個(gè)數(shù)據(jù)打包成一個(gè)32位的值，而不必增加額外電路。TMS320C6711與SST39VF040的連接電路如圖1所示。

　　該電路主要通過DSP的相關(guān)輸出管腳來(lái)控制FLASH的擦除和讀寫。其中，A0"A18為地址線，DQ0"DQ7為數(shù)據(jù)線，OE和WE分別為輸出使能和寫使能，CE1為片使能。由于TMS320C6711默認(rèn)的引導(dǎo)模式是從外部CE1空間的8位FLASH來(lái)引導(dǎo)裝載，所以，TMS320C6711的CE1和FLASH的片選CE相連。如果是從16位或32位FLASH引導(dǎo)，則只需將HD[4：3]設(shè)置成相應(yīng)的值即可。

　　2．3 EMIF寄存器的配置

　　由于TMS320C6000在異步接口上更加方便，因此，用戶可以靈活地設(shè)置讀寫周期以實(shí)現(xiàn)與不同速度、不同類型的異步器件的直接接口。EMIF接口由一組存儲(chǔ)器映射的寄存器進(jìn)行 控制與維護(hù)，包括配置各個(gè)空間存儲(chǔ)器類型和設(shè)置讀寫時(shí)序等。和異步器件接口時(shí)需配置CE空間控制寄存器，由它來(lái)控制存儲(chǔ)器的讀寫周期，本系統(tǒng)用到了CE1空間，故需要設(shè)置CE1空間控制寄存器的值。在設(shè)置CE1空間控制寄存器時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：

　?。?）異步讀時(shí)： SETUP+STROBE≥（tacc(m)+tsu+tdmax）/tcyc SETUP+STROBE+HOLD≥(trc(m))/tcye HOLD≥(th-tdmin-toh(m)/tcye HOLD≥(th-tdmin-toh(m)/tcye

　　(2)異步寫時(shí)： STROBE≥(twp(m)/tcye SETUP+STROBE≥(txw(m))/tcye HOLD≥(Max(tih(m),twr(m))/tcye SETUP+STROBE+HOLD≥(twc(m))/tcye

　　(3)附加參數(shù)TA：TA≥（tohz(m)）/tcye 以上參數(shù)可以從芯片手冊(cè)里查到，并可據(jù)此得以滿足上述條件的CE1值：CE1=1161C901h。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　引導(dǎo)裝載系統(tǒng)主要由實(shí)現(xiàn)自加載功能的定制代碼和用戶程序兩部分構(gòu)成，最后都存儲(chǔ)在外擴(kuò)SST39VF040的指定地址中。其中如何寫定制代碼是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，它負(fù)責(zé)將中斷向量表和用戶代碼段從片外FLASH移植到其它高速存儲(chǔ)器中，并且將程序指針指向用戶 代碼段的起始地址。

　　3．1 FLASH引導(dǎo)過程

　　對(duì)于許多DSP應(yīng)用 系統(tǒng)，常常需要從FLASH裝載程序到DSP以便使它能夠脫機(jī)運(yùn)行。設(shè)置完芯片裝載方式后，F(xiàn)LASH引導(dǎo)裝載的具體過程如下： 首先將位于外部CE1空間的FLASH（即圖1中的SST39VF040）中的程序通過EDMA自動(dòng)搬入內(nèi)部RAM的地址0處（參見圖2），實(shí)際上，盡管加載過程RAM的地址0處（參見圖2），實(shí)際上，盡管加載過程是在芯片復(fù)位信號(hào)被釋放后才開始的，但是當(dāng)芯片開始復(fù)位時(shí)，就開始準(zhǔn)備上述傳輸了。用EDMA進(jìn)行 的加載過程是一個(gè)單幀數(shù)據(jù)塊的傳輸過程，數(shù)據(jù)塊的大小為1kB,當(dāng)然這1kB的數(shù)據(jù)必須包括用于實(shí)現(xiàn)自加載功能的定制代碼，1kB的數(shù)據(jù)傳輸完成后，CPU退出復(fù)位狀態(tài)，開始執(zhí)行地址0處的自加載功能的定制代碼，同時(shí)把其它的初始化段從FLASH拷貝到相應(yīng)的高速存儲(chǔ)器處，之后初始化C變量以換行用戶程序。

　　3．2 鏈接

　　在鏈接自加載功能的定制代碼和其它代碼時(shí)，需要特別注意該程序COFF（公共目標(biāo)文件格式）段的放置。因?yàn)橛袝r(shí)候需要對(duì)某些段制定兩個(gè)不同的地址：一個(gè)導(dǎo)入地址，一個(gè)運(yùn)行地址。導(dǎo)入地址用來(lái)決定裝載器把段的原始數(shù)據(jù)放在何處，而運(yùn)行地址就是該段代碼運(yùn)行的地方。任何對(duì)段的引用都是指它的運(yùn)行地址。因此，如果給某個(gè)段指定不同的導(dǎo)入地址和運(yùn)行地址，在程序訪問該段之前，都需要把它從導(dǎo)入地址拷貝到運(yùn)行地址處，當(dāng)然這個(gè)拷貝過程有時(shí)是自動(dòng)進(jìn)行的，有時(shí)需要人工介入，即由自加載功能的定制代碼來(lái)完成。如前面提到的1kB數(shù)據(jù)拷貝就是EDMA自動(dòng)完成的。顯然，制定兩個(gè)不同地址的目的是為了加快代碼的執(zhí)行速度。鏈接可由*.cmd文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。代碼在鏈接在應(yīng)遵循以下原則： （1）所有代碼和初始化數(shù)據(jù)都必須有一個(gè)FLASH的導(dǎo)入地址； （2）所有非常數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)都有一個(gè)RAM運(yùn)行 地址； （3）未初始化的數(shù)據(jù)無(wú)需獨(dú)立的導(dǎo)入地址； （4）從FLASH拷貝到RAM的代碼要有一個(gè)FLASH導(dǎo)入地址和RAM運(yùn)行 地址。

　　3．3 寫自加載功能的定制代碼

　　通常1kB的定制代碼需要包括以下三個(gè)部分：

　?。?）配置EMIF寄存器。只有正確配置了EMIF的值，它才有可能訪問外部存儲(chǔ)器FLASH和SDRAM；

　　（2）拷貝初始化段。對(duì)于既有導(dǎo)入地址，又有運(yùn)行地址的初始化段，需要把它從導(dǎo)入地址拷貝到它的運(yùn)行地址處，處時(shí)還必須參考.map文件來(lái)確定要搬移的數(shù)據(jù)塊的大小，這些段代碼的搬移可以用匯編指令MOV來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用TMS320C6711的EDMA來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于用EDMA搬移數(shù)據(jù)要對(duì)EDMA參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所以通常采用MOV指令來(lái)實(shí)現(xiàn)；

　?。?）轉(zhuǎn)向C程序的入口_c_int00,即跳轉(zhuǎn)到main（）函數(shù)的入口處。

　　該自加載功能的代碼如下： BOOT_SIZE .equ 0x9800 ；待裝載代碼的大小 FLASH_START .equ 0x90000000 ；FLASH起始地址 BOOT_START .equ 0x0000000 ;L2 sram起始地址 EMIF_GCR .equ 0x01800000 ;EMIF全局控制寄存器的地址 EMIF_CE1 .equ 0x01800004 ；CE1空間控制寄存器的地址 EMIF_CE1-8 .equ 0x1161C901 ；CE1空間控制寄存器的值 .sect ".boot_load" .global_boot .ref_c_int00 _boot: mvkl EMIF_GCR,A4 mvkl 0x3300,B4 mvkh EMIF_GCR,A4 mvkh 0x3300,B4 stw B4,*A4 ；配置EMF全局控制寄存器 mvk1 EMIF_CE1,A4 mvk1 EMIF_CE1-8,B4 mvkh EMIF_CE1,A4 mvkh EMIF_CE1-8,B4 stw B4,*A4 ；配置CE1空間控制寄存器 mvkl BOOT_START+1024,A4 ；待搬移數(shù)據(jù)的目標(biāo)地址 mvkl FLASH_START+1024,B4 ；待搬移數(shù)據(jù)的源地址 mvkh BOOT_START+1024,A4 mvkh FLASH_START+1024,B4 zer0 A1 _boot_loop1: 數(shù)據(jù)搬移 ldb *B4++,B5 mvkl BOOT_SIZE,B6 add 1,A1,A1 mvkh BOOT_SIZE,B6 ；B6為待搬移數(shù)據(jù)塊大小，可根據(jù)實(shí)際情況來(lái)修改 cmplt A1,B6,B0 nop stb B5,*A4++ [B0]b_boot_loop1 nop 5 mvk1 .S2_c_init00,B0 mvkh .S2_c_int00,B0 B .S2 B0 ;轉(zhuǎn)向C程序的入口 nop 5

　　3．4 FLASH編程

　　建立好了上述定制代碼段、用戶程序段、中斷向量表和鏈接命令文件后，便可利用TI公司的DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS進(jìn)行編譯、調(diào)試及鏈接，之后生成的目標(biāo)文件*.out就是DSP能夠識(shí)別的COFF格式。為了使系統(tǒng)能夠脫機(jī)運(yùn)行，需要把該目標(biāo)文件的代碼寫入FLASH中，往FLASH中寫入目標(biāo)代碼可以采用以下兩種方法：

　　（1）用硬件仿真器XDS510/560通過JTAG口對(duì)FLASH進(jìn)行在線編程。此時(shí)需要把*.out文件數(shù)據(jù)放入緩沖存儲(chǔ)器，然后按照FLASH芯片手冊(cè)提供的編程格式把緩沖存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)寫入FLASH。 （２） 利用編程器進(jìn)行編程。由于編程器不支持*.out文件模式，不能直接寫入FLASH中，所以必須將*.out文件轉(zhuǎn)換成編程器可讀入的*.hex格式，這可以通過CCS軟件中的轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex6x來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)換時(shí)要注意hex.cmd文件的寫法，而且整個(gè)文件轉(zhuǎn)換過程是在DOS提示符下完成的。

　　4 結(jié)論

　　利用上述方法可使系統(tǒng)在脫機(jī)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)裝載，本次實(shí)驗(yàn)所用的用戶代碼段的功能是利用 DSP的多通道緩沖串口發(fā)送一個(gè)字符串給PC機(jī)的RS232口。按照前面的方法寫好定制代碼段、用戶程序段、中斷向量表和鏈路命令文件并進(jìn)行編譯、鏈接、格式轉(zhuǎn)換以及寫入FLASH之后，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行了。這樣，給DSP系統(tǒng)加電后，就可以通過串行口調(diào)試軟件在PC機(jī)上接收到DSP所發(fā)送的字符串以證明引導(dǎo)裝載成功。由于用戶代碼段也可以被其它程序代替，因此，本文設(shè)計(jì)的引導(dǎo)裝載系統(tǒng)其有一定的通用性。