用存儲器映射的方法實現(xiàn)片外FLASH的擦寫
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1引言
在DSP系統(tǒng)的設(shè)計中，經(jīng)常要使用片外存儲器擴充系統(tǒng)存儲空間。特別是當(dāng)DSP的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器容量比較小時, 必須把一部分?jǐn)?shù)據(jù)，如常量、原始數(shù)據(jù)庫等存儲到片外的存儲器中，從而節(jié)省DSP芯片內(nèi)部的存儲器資源。在實際應(yīng)用中，片外存儲器通常選擇RAM或FLASH MEMORY。RAM數(shù)據(jù)掉電即丟失，不適合長期保存數(shù)據(jù)。對于一些無需頻繁讀寫但需要長期保存的數(shù)據(jù)，如字模數(shù)據(jù)、端口地址等時，通常選擇片外FLASH作偽擴展的數(shù)據(jù)存儲器。使用片外 FLASH必須要解決對其擦寫的問題。
在實際應(yīng)用中，對片外FLASH的擦寫有兩種方式：一是使用通用編程器對FLASH芯片進行擦寫；二是直接由DSP對FLASH進行擦寫。對于需要修改或已安裝在電路板上的FLASH芯片無法使用第一種方式，只能采用第二種方式，且便于調(diào)試。本文介紹一種利用存儲器映射技術(shù)實現(xiàn)對DSP片外FLASH擦寫的方法。
DSP56F805芯片是Motorola公司在DSP56800 的基礎(chǔ)上開發(fā)的系列DSP芯片之一。該芯片采用先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)，三個內(nèi)部地址總線和四個內(nèi)部數(shù)據(jù)總線支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸；采用MCU形式的指令集，尋址方式靈活；具有較強的片外存儲空間擴展能力；功耗小，高度并行。但是該芯片的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間最大為64k，程序存儲空間尋址范圍是64k，內(nèi)部模式（Mode0A和Mode0B）下只有31.5k。對于一些需要復(fù)雜中文圖形用戶界面的 DSP系統(tǒng)來說芯片存儲資源顯得不夠，必須對芯片存儲空間進行擴展。考慮到具體要求，本文使用片外FLASH來擴展系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲空間，將DSP系統(tǒng)的中文圖形用戶界面中用到的所有字模數(shù)據(jù)和頁面內(nèi)容數(shù)據(jù)存放到片外FLASH中，大大節(jié)省了片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器空間。
CodeWarrior IDE是由Metrowerks公司專為Motorola的DSP56800系列設(shè)計的開發(fā)平臺。該平臺具有簡單明了的圖形用戶界面和豐富的軟件開發(fā)工具，適合于開發(fā)基于DSP56800系列的應(yīng)用程序、插件程序等各種程序代碼。在CodeWarrior環(huán)境中，用戶可以通過修改.cmd文件來配置存儲器分配方式，還可以通過修改startup文件夾中的初始化程序來控制系統(tǒng)的初始化操作。用戶編譯并鏈接后，將生成.elf文件，在文件中可以看到存儲器的詳細分配情況。當(dāng)用戶將程序下載到DSP芯片后，可以使用CodeWarrior的調(diào)試器對程序進行全面的調(diào)試，如設(shè)置斷點、單步執(zhí)行等；也可以使用 Watch Memory指令來檢查存儲器中的各地址段的值，還可以使用Save/Load Memory指令來保存或是載入某段存儲器的值。
2方法介紹
首先利用GPIOD0口生成合適的片外FLASH和片內(nèi)XRAM片選信號，實現(xiàn)片內(nèi)XRAM和片外FLASH的訪問切換。例如當(dāng)GPIOD0 =0時，0x8000～0xFFFF映射到片內(nèi)XRAM，此時對于整個0x0000～0xFFFF地址范圍的讀寫操作就是對于片內(nèi) XRAM的操作；當(dāng)GPIOD0=1時，0x8000～0xFFFF地址范圍映射到數(shù)據(jù)FLASH，則對0x8000～0xFFFF 地址范圍的讀寫操作就是對于片外FLASH的操作；對0x0000～0x7FFF地址范圍的讀寫仍是針對片內(nèi) XRAM的操作，從而將數(shù)據(jù)存儲空間擴展了32k。
再將映射方式設(shè)置為片內(nèi)，將需要寫到FLASH中的數(shù)據(jù)文件載入片內(nèi)XRAM。最后根據(jù)需要設(shè)置GPIO端口值，切換地址映射的存儲器。這樣通過地址映射的方法，便可實現(xiàn)將XRAM中數(shù)據(jù)寫入片外FLASH的操作，而對于DSP芯片來說只是進行了其XRAM尋址空間內(nèi)部的數(shù)據(jù)搬移操作。
假設(shè)要將一組二維數(shù)組character[180][32]形式的字模數(shù)據(jù)保存入片外數(shù)據(jù)FLASH的0x8000～0xA000地址段中，先做以下準(zhǔn)備工作：
①用一個GPIO端口，擴展系統(tǒng)的可尋址數(shù)據(jù)存儲器空間；②編寫FLASH擦寫程序，程序流程如圖1所示。
#define N 100 /* 由于FLASH與RAM的讀寫速度不同，所以需要在每項操作后加入若干個延遲以保證正確性，延遲的具體長短可以根據(jù)具體情況作調(diào)整 */
void main()
{
unsigned int i,code;
unsigned int *code_addr;
unsigned int *flash_addr;
*GPIO_D_DR=0x0002; /*映射方式設(shè)置為映射到片外數(shù)據(jù)FLASH*/
delay(N);
GPIOD_setup(); /*GPIOD設(shè)置*/
delay(N);
erase_flash(); /*如FLASH上原有數(shù)據(jù)無需保留，則全部擦除，如部分據(jù)需保留，也可部分擦除*/
*GPIO_D_DR=0x0000; /*映射方式設(shè)置為映射到片內(nèi)XRAM*/
delay(N);
flash_addr=(unsigned int *) FLASH_ADDR;
code_addr=(unsigned int *)CODE_ADDR; /*設(shè)置XRAM的存儲起始地址和數(shù)據(jù)FLASH擦寫起始地址*/
/*循環(huán)擦寫*/
for(i=0;i{
*GPIO_D_DR=0x0000;
delay(N);
code=*(code_addr++); /*保存XRAM中數(shù)據(jù)到變量code*/
delay(N);
*GPIO_D_DR=0x0002;
delay(N);
pre_write_flash(); /* 寫FLASH前的預(yù)處理，向FLASH內(nèi)寫入相應(yīng)命令字，根據(jù)所選用 FLASH的不同預(yù)處理操作也有所不同*/
delay(N);
*(flash_addr++)=code; /*寫數(shù)據(jù)到FLASH中*/
delay(N);
}
}
擦寫步驟如下：
① 將character[180][32]設(shè)置為全局變量。
② 將程序編譯下載到DSP芯片中，打開工程目錄中output文件夾中的.elf文件，找到character 數(shù)組在XRAM中存放的起始地址和長度。用戶可以使用Watch Memory命令察看該段地址的數(shù)據(jù)值。
③ 使用Save Memory命令將XRAM中對應(yīng)于character數(shù)組的地址段的數(shù)據(jù)以二進制形式保存在計算機上。通過UltraEdit將其打開，檢看數(shù)據(jù)保存是否正確。
④ 打開FLASH擦寫程序，修改數(shù)據(jù)在片內(nèi)XRAM中存儲的起始地址和FLASH的擦寫起始地址與數(shù)據(jù)長度。編譯下載后，單步執(zhí)行，執(zhí)行到擦除完FLASH，并將地址映射方式置為映射到片內(nèi)XRAM處，使用Load Memory指令將char數(shù)據(jù)文件載入到片內(nèi)XRAM的相應(yīng)存儲地址段中，再接著全速運行程序，幾十秒之后程序執(zhí)行完畢，數(shù)據(jù)便寫到片外FLASH的相應(yīng)地址中。
⑤ 再次打開FLASH擦寫程序，單步執(zhí)行到映射方式置為片外FLASH處停止，使用Save Memory命令保存FLASH中剛寫入的地址段的數(shù)據(jù)值。接著使用UltraEdit的比較文件命令比較前兩次保存的數(shù)據(jù)，如完全相同就表明character字模數(shù)組已經(jīng)正確的寫到片外FLASH中。
將數(shù)據(jù)擦寫入片外數(shù)據(jù)FLASH后，就可以在用戶程序中對該數(shù)據(jù)加以調(diào)用。在調(diào)用的時候要先將映射方式設(shè)置為映射到片外FLASH，然后再取數(shù)據(jù)。如下所示，取出FLASH中0x6000地址上存儲的數(shù)據(jù)：
#define FLASH_ADD (unsigned int *)0x6000
*GPIO_D_DR=0x0002; /*映射方式設(shè)置為映射到片外FLASH*/
data = *(FLASH_ADD);
3 結(jié)論
本文介紹了一種通過地址映射方式，在基于 DSP的嵌入式系統(tǒng)中，通過DSP擦寫片外FLASH的方法。該方法可適用于多種場合，針對多個 FLASH芯片可使用多個GPIO端口進行地址的擴展，并可通過DSP實現(xiàn)對其擦寫操作；若將部分程序放置到片外FLASH中并作相應(yīng)設(shè)置，即可實現(xiàn)系統(tǒng)的自舉運行等。
在DSP系統(tǒng)的設(shè)計中，經(jīng)常要使用片外存儲器擴充系統(tǒng)存儲空間。特別是當(dāng)DSP的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器容量比較小時, 必須把一部分?jǐn)?shù)據(jù)，如常量、原始數(shù)據(jù)庫等存儲到片外的存儲器中，從而節(jié)省DSP芯片內(nèi)部的存儲器資源。在實際應(yīng)用中，片外存儲器通常選擇RAM或FLASH MEMORY。RAM數(shù)據(jù)掉電即丟失，不適合長期保存數(shù)據(jù)。對于一些無需頻繁讀寫但需要長期保存的數(shù)據(jù)，如字模數(shù)據(jù)、端口地址等時，通常選擇片外FLASH作偽擴展的數(shù)據(jù)存儲器。使用片外 FLASH必須要解決對其擦寫的問題。
在實際應(yīng)用中，對片外FLASH的擦寫有兩種方式：一是使用通用編程器對FLASH芯片進行擦寫；二是直接由DSP對FLASH進行擦寫。對于需要修改或已安裝在電路板上的FLASH芯片無法使用第一種方式，只能采用第二種方式，且便于調(diào)試。本文介紹一種利用存儲器映射技術(shù)實現(xiàn)對DSP片外FLASH擦寫的方法。
DSP56F805芯片是Motorola公司在DSP56800 的基礎(chǔ)上開發(fā)的系列DSP芯片之一。該芯片采用先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)，三個內(nèi)部地址總線和四個內(nèi)部數(shù)據(jù)總線支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸；采用MCU形式的指令集，尋址方式靈活；具有較強的片外存儲空間擴展能力；功耗小，高度并行。但是該芯片的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間最大為64k，程序存儲空間尋址范圍是64k，內(nèi)部模式（Mode0A和Mode0B）下只有31.5k。對于一些需要復(fù)雜中文圖形用戶界面的 DSP系統(tǒng)來說芯片存儲資源顯得不夠，必須對芯片存儲空間進行擴展。考慮到具體要求，本文使用片外FLASH來擴展系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲空間，將DSP系統(tǒng)的中文圖形用戶界面中用到的所有字模數(shù)據(jù)和頁面內(nèi)容數(shù)據(jù)存放到片外FLASH中，大大節(jié)省了片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲器空間。
CodeWarrior IDE是由Metrowerks公司專為Motorola的DSP56800系列設(shè)計的開發(fā)平臺。該平臺具有簡單明了的圖形用戶界面和豐富的軟件開發(fā)工具，適合于開發(fā)基于DSP56800系列的應(yīng)用程序、插件程序等各種程序代碼。在CodeWarrior環(huán)境中，用戶可以通過修改.cmd文件來配置存儲器分配方式，還可以通過修改startup文件夾中的初始化程序來控制系統(tǒng)的初始化操作。用戶編譯并鏈接后，將生成.elf文件，在文件中可以看到存儲器的詳細分配情況。當(dāng)用戶將程序下載到DSP芯片后，可以使用CodeWarrior的調(diào)試器對程序進行全面的調(diào)試，如設(shè)置斷點、單步執(zhí)行等；也可以使用 Watch Memory指令來檢查存儲器中的各地址段的值，還可以使用Save/Load Memory指令來保存或是載入某段存儲器的值。
2方法介紹
首先利用GPIOD0口生成合適的片外FLASH和片內(nèi)XRAM片選信號，實現(xiàn)片內(nèi)XRAM和片外FLASH的訪問切換。例如當(dāng)GPIOD0 =0時，0x8000～0xFFFF映射到片內(nèi)XRAM，此時對于整個0x0000～0xFFFF地址范圍的讀寫操作就是對于片內(nèi) XRAM的操作；當(dāng)GPIOD0=1時，0x8000～0xFFFF地址范圍映射到數(shù)據(jù)FLASH，則對0x8000～0xFFFF 地址范圍的讀寫操作就是對于片外FLASH的操作；對0x0000～0x7FFF地址范圍的讀寫仍是針對片內(nèi) XRAM的操作，從而將數(shù)據(jù)存儲空間擴展了32k。
再將映射方式設(shè)置為片內(nèi)，將需要寫到FLASH中的數(shù)據(jù)文件載入片內(nèi)XRAM。最后根據(jù)需要設(shè)置GPIO端口值，切換地址映射的存儲器。這樣通過地址映射的方法，便可實現(xiàn)將XRAM中數(shù)據(jù)寫入片外FLASH的操作，而對于DSP芯片來說只是進行了其XRAM尋址空間內(nèi)部的數(shù)據(jù)搬移操作。
假設(shè)要將一組二維數(shù)組character[180][32]形式的字模數(shù)據(jù)保存入片外數(shù)據(jù)FLASH的0x8000～0xA000地址段中，先做以下準(zhǔn)備工作：
①用一個GPIO端口，擴展系統(tǒng)的可尋址數(shù)據(jù)存儲器空間；②編寫FLASH擦寫程序，程序流程如圖1所示。
#define N 100 /* 由于FLASH與RAM的讀寫速度不同，所以需要在每項操作后加入若干個延遲以保證正確性，延遲的具體長短可以根據(jù)具體情況作調(diào)整 */
void main()
{
unsigned int i,code;
unsigned int *code_addr;
unsigned int *flash_addr;
*GPIO_D_DR=0x0002; /*映射方式設(shè)置為映射到片外數(shù)據(jù)FLASH*/
delay(N);
GPIOD_setup(); /*GPIOD設(shè)置*/
delay(N);
erase_flash(); /*如FLASH上原有數(shù)據(jù)無需保留，則全部擦除，如部分據(jù)需保留，也可部分擦除*/
*GPIO_D_DR=0x0000; /*映射方式設(shè)置為映射到片內(nèi)XRAM*/
delay(N);
flash_addr=(unsigned int *) FLASH_ADDR;
code_addr=(unsigned int *)CODE_ADDR; /*設(shè)置XRAM的存儲起始地址和數(shù)據(jù)FLASH擦寫起始地址*/
/*循環(huán)擦寫*/
for(i=0;i{
*GPIO_D_DR=0x0000;
delay(N);
code=*(code_addr++); /*保存XRAM中數(shù)據(jù)到變量code*/
delay(N);
*GPIO_D_DR=0x0002;
delay(N);
pre_write_flash(); /* 寫FLASH前的預(yù)處理，向FLASH內(nèi)寫入相應(yīng)命令字，根據(jù)所選用 FLASH的不同預(yù)處理操作也有所不同*/
delay(N);
*(flash_addr++)=code; /*寫數(shù)據(jù)到FLASH中*/
delay(N);
}
}
擦寫步驟如下：
① 將character[180][32]設(shè)置為全局變量。
② 將程序編譯下載到DSP芯片中，打開工程目錄中output文件夾中的.elf文件，找到character 數(shù)組在XRAM中存放的起始地址和長度。用戶可以使用Watch Memory命令察看該段地址的數(shù)據(jù)值。
③ 使用Save Memory命令將XRAM中對應(yīng)于character數(shù)組的地址段的數(shù)據(jù)以二進制形式保存在計算機上。通過UltraEdit將其打開，檢看數(shù)據(jù)保存是否正確。
④ 打開FLASH擦寫程序，修改數(shù)據(jù)在片內(nèi)XRAM中存儲的起始地址和FLASH的擦寫起始地址與數(shù)據(jù)長度。編譯下載后，單步執(zhí)行，執(zhí)行到擦除完FLASH，并將地址映射方式置為映射到片內(nèi)XRAM處，使用Load Memory指令將char數(shù)據(jù)文件載入到片內(nèi)XRAM的相應(yīng)存儲地址段中，再接著全速運行程序，幾十秒之后程序執(zhí)行完畢，數(shù)據(jù)便寫到片外FLASH的相應(yīng)地址中。
⑤ 再次打開FLASH擦寫程序，單步執(zhí)行到映射方式置為片外FLASH處停止，使用Save Memory命令保存FLASH中剛寫入的地址段的數(shù)據(jù)值。接著使用UltraEdit的比較文件命令比較前兩次保存的數(shù)據(jù)，如完全相同就表明character字模數(shù)組已經(jīng)正確的寫到片外FLASH中。
將數(shù)據(jù)擦寫入片外數(shù)據(jù)FLASH后，就可以在用戶程序中對該數(shù)據(jù)加以調(diào)用。在調(diào)用的時候要先將映射方式設(shè)置為映射到片外FLASH，然后再取數(shù)據(jù)。如下所示，取出FLASH中0x6000地址上存儲的數(shù)據(jù)：
#define FLASH_ADD (unsigned int *)0x6000
*GPIO_D_DR=0x0002; /*映射方式設(shè)置為映射到片外FLASH*/
data = *(FLASH_ADD);
3 結(jié)論
本文介紹了一種通過地址映射方式，在基于 DSP的嵌入式系統(tǒng)中，通過DSP擦寫片外FLASH的方法。該方法可適用于多種場合，針對多個 FLASH芯片可使用多個GPIO端口進行地址的擴展，并可通過DSP實現(xiàn)對其擦寫操作；若將部分程序放置到片外FLASH中并作相應(yīng)設(shè)置，即可實現(xiàn)系統(tǒng)的自舉運行等。
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