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利用Flash實現DSP對多個程序有選擇的加載
摘要：主要介紹一種利用Flash存儲器實現雙DSP系統對多份用戶代碼有選擇的上電加載的方法。其中，重點介紹M29W800ABFlash的使用和編程方法，TMS320VC54XDSP的上電自動引導過程，以及HPI模式和并行模式加載用戶代碼的方法。關鍵詞：Flash存儲器DSP主機接口Bootloader引導表
引言
在TMS320C54X系列DSP系統的開發中，由于DSP片內只有ROM和RAM存儲器，如要將用戶代碼寫入ROM中，必須要由DSP芯片廠家來完成；但這樣做用戶就不能再更改代碼，很不實用。由于RAM在DSP掉電后不能再保存數據，因此，常常利用EPROM、Flash等一些外部存儲器來存放用戶代碼。在DSP上電工作后，利用DSP提供的boot機制，再將程序下載到DSPRAM中運行。如果使用EPROM外部存儲器存放用戶代碼，需要用代碼轉換工具將用戶代碼轉換為二進制目標文件，然后用編程器將其燒寫進EPROM；而如果使用Flash存儲器存放用戶代碼，則可直接使用DSP仿真器和CCS（CodeComposerStudio）仿真環境進行在線編程，使用靈活方便，不再需要其它編程設備。在某一以太網通信系統中，我們就采用Flash存儲器來實現多份用戶代碼的有選擇加載。下面就以此系統為例介紹對TMS320VC54XDSP的一種用戶代碼加載的方法。
1系統構架
??此通信系統基于802.3以太網標準，用以實現各終端之間的話音和其它數據的通信，以及實現局域網內終端與外界的話音和數據通信。為節約開發成本，提高系統的可擴展性、通用性和靈活性，我們對每個網內終端采用同樣的硬件架構，通過使用不同的軟件代碼而使其實現不同的功能，發揮不同的作用。
??每一通信終端由2塊DSP芯片、1塊網卡、1塊CPLD和1塊FPGA以及Flash存儲器等器件組成可擴展的基本結構。其中，以TMS320VC5410DSP作為主CPU，負責系統的邏輯控制和一般數據傳輸；以MS320VC5416DSP作為從CPU，負責話音的編解碼和回聲消除、語音檢測等工作。2塊DSP之間通過主機接口（HPI）進行通信。為了實現代碼的有選擇下載，可由FPGA配置一端口作為撥碼開關，使用戶通過調節撥碼開關，可以有選擇地下載存儲于Flash中的用戶代碼，其結構如圖1所示。
??配置撥碼開關是為了擴充系統的功能，以實現一個硬件平臺的多種用途。我們可以將實現不同功能的多份用戶代碼都寫入Flash存儲器中存放，通過硬件撥碼開關的設置，選擇其中一份用戶代碼下載執行。在系統上電加載用戶代碼時，系統先從Flash下載FPGA配置程序，然后通過FPGA讀出撥碼開關的值，再根據此值從Flash中選擇對應的5410DSP用戶代碼加載；而5416DSP的用戶代碼加載是在5410代碼加載完成，啟動運行后由5410程序從Flash中讀出相應的5416代碼，再通過HPI加載到5416的，以此實現5416DSP的代碼加載與啟動。
2M29W800ABFlash存儲器介紹及使用
??在此系統中，我們選用的是M29W800ABFlash存儲器，其容量為512K×16位,分為16頁，每頁32K。其中，第0頁有4個模塊：0x00~0x1fff、0x2000~0x2fff、0x3000~0x3fff、0x4000~0x7fff。其余各頁，每頁為1個模塊，共有19個模塊。
??對Flash的操作要靠寫入一系列特定的地址和數據序列來完成。在每次對Flash寫入之前，要對其原來的內容進行擦除。Flash的擦除包括塊擦除和芯片擦除兩種。塊擦除是對一個模塊進行擦除，芯片擦除是擦除整個Flash的內容。因此，對Flash的操作，是以模塊為基本單元的。對Flash的操作由指令決定，其必須滿足Flash的時序要求，每條指令需要1～6個不等的指令周期。主要操作指令包括讀數據指令、編程指令、復位指令、自動選擇指令和擦除指令。每個指令周期由一個命令構成，每個命令代碼所執行的任務如表1所列。
表1Flash的命令說明
HEX代碼命令00h有效/保留10h芯片擦除確認20h保留30h模塊擦除繼續/確認80h建立擦除90h讀電平信號/模塊保護狀態A0h編程B0h擦除中止F0h讀陣列/復位
??下面以M29W800ABFlash的塊擦除指令為例，具體說明Flash的操作時序：塊擦除指令需要6個總線周期，先以2個解鎖周期開始，然后是1個擦除建立周期，接下來又是2個解鎖周期，最后是1個擦除確認周期，其指令時序如表2所列。
表2Flash擦除指令說明
周期第1周期第2周期第3周期第4周期第5周期第6周期地址5555h2AAAh5555h5555h2AAAh模塊地址數據AAh55h80hAAh55h30h
??其C語言程序設計代碼如下：
#defineflash((volatileunsignedint*)0x8000)
Block_Erase(ADDR){
flash[0x5555]=0x00AA;
wait(1000);
flash[0x2AAA]=0x0055;
wait(1000);
flash[0x5555]=0x0080;
wait(1000);
flash[0x5555]=0x00AA;
wait(1000);
flash[0x2AAA]=0x0055;
wait(1000);
flash[ADDR]=0x0030;
}
??需要注意的是，Flash相對于DSP來說是慢速設備，編程時，對Flash的訪問需要有足夠的延時等待。對其它指令這里就不一一介紹了。要了解更多內容，可參考具體的Flash存儲器手冊。
3引導裝載
??TMS320VC5410和TMS320VC5416片內ROM中固化有TI公司的引導裝載(Bootloader)程序，用于在上電復位時把用戶代碼從外部存儲器引導到片內RAM中運行。引導程序是在一些片內固化的一個程序，它負責上電時初始化存儲器。換句話說，它將程序從非易失性存儲器（如Flash存儲器）中調入系統的存儲器中。其提供的片內引導模式有：HPI（主機接口）引導、并行EPROM引導、并行I/O引導和串行口引導等。下面先介紹這兩塊芯片的上電引導過程。
??DSP上電復位后，先檢測其MP/MC引腳，如果MP/MC＝“0”，表示使用片內ROM引導。此時，DSP從0xFF80處開始執行TI的片內引導程序。進入引導程序后，HINT引腳變為低電平，然后開始檢測INT2是否為低電平（有效）。如有效，則進入HPI引導方式；否則，檢測INT3引腳。如有INT3請求中斷，則進入串行引導方式；否則，就進入并行引導方式。在本系統中，我們采用TI公司提供的Bootlooder程序進行引導裝載，為此，應將MP/MC引腳接低電平。引導程序流程如圖2所示。
3.1HPI模式實現TMS320VC5416的程序加載
??按以上設計，5416DSP的程序加載采用HPI（主機接口）模式。對于HPI引導模式，必須將HINT和INT2引腳連接在一起，以保證Bootloader程序能檢測到INT2有效。當檢測其為低電平時，進入HPI引導方式。主處理器5410啟動運行后，5410程序從Flash中下載5416程序，通過5410與5416之間的HPI寫入5416RAM。在將程序寫入5416時，要按照5416程序的cmd文件配置，將從Flash中讀出的代碼寫入5416程序空間的代碼段。寫完代碼后，還應將5416代碼的起始地址寫入5416的0x7f單元，將0寫入0x7e單元，起始地址可在CCS仿真環境中編譯5416代碼后看出，此時PC所指向的位置就是代碼的起始地址。這是因為，當5416進入HPI引導方式后，Boodloader程序開始檢測0x7f單元的內容（0x7e和0x7f兩單元內容在Boodloader程序開始執行時就清零）。當檢測到其內容不為零時，即將0x7e的內容賦給XPC，將0x7f的內容賦給PC，程序跳轉到PC所指向位置執行用戶代碼。這樣就實現了從片5416的程序加載啟動。圖3是HPI模式加載用戶代碼的流程。
3.2并行加載模式實現TMS320VC5410的程序加載
??5410主處理器的用戶代碼加載采用并行模式加載。在本系統中，有多份5410用戶代碼存儲于Flash中。系統上電后，先要從Flash中下載FPGA配置代碼，然后讀出撥碼開關的值，再選擇相應的用戶代碼下載，完成后，跳轉到用戶代碼的入口地址開始執行用戶代碼。為此，需要設計一啟動程序以實現以上功能。啟動程序的內容包括下載FPGA配置代碼，讀拔碼開關值，并根據此值選擇下載相應的5410用戶代碼到其cmd文件配置的相應程序空間。完成后，跳轉到用戶代碼起始地址。代碼的起始地址通過CCS仿真環境編譯后獲得，啟動程序的下載運行，則要依靠TI的片內引導程序，采用16位并行模式引導加載，需要構建引導表。所謂引導表就是引導程序要調入的代碼。引導表中除了包括源代碼之外，還包含一些附加信息。這些信息指導引導程序的具體執行過程。因此，可以說引導表是由程序代碼和一些附加信息組成的一種數據結構。在這里，我們需要用啟動程序構建引導表，并將引導表也寫入Flash中。
??在此系統中，Flash存儲器映射為DSP的0x8000～0xffff數據空間。對Flash操作時，首先要選擇頁，每一頁都對應為DSP的0x8000～0xffff地址的數據空間。需要注意：除了將引導表寫入Flash外，還應將引導表的起始地址（對于DSP處理器而言的地址，如果在Flash中為0，則對DSP即為0x8000）寫入Flash第一頁的最后一個單元（0x7fff單元），即DSP存儲空間的0xFFFFh單元。
??引導程序進入并行加載模式后，將查詢數據空間的0xFFFFh單元，直到讀入一個有效的地址數據。此數據為用戶引導表的入口地址。這時，引導程序就跳轉到Flash中的用戶引導表開始執行。需要注意的是，對于不同型號和廠家的Flash，其引導表的格式和內容是不同的。下面就M29W800ABFlash引導表的格式及我們所配置的內容說明如下：
10AAh(16位模式)7fff(SWWSR寄存器值)8000h(BSCR寄存器值)0h(啟動程序運行的XPC值)d08h（啟動程序運行起始的PC值）22f8h(啟動程序的長度)0h(啟動程序裝載的起始地址XPC)d08h（啟動程序裝載起始地址PC）啟動程序代碼…連接8個單元的0h(表示引導表結束)
??程序根據引導表的內容將用戶代碼下載到指定的程序空間中，并將指定的程序入口地址值賦給PC，使程序從此處開始執行，從而完成5410DSP的引導啟動。并行引導流程如圖4所示。
??在系統的實際調試過程中，通過HPI加載5416代碼時，要注意5410和5416的時鐘要匹配。一般來說，要求從片時鐘為主片時鐘的1.25倍以上。在此系統中，系統基準時鐘為8MHz，5410啟動時鐘設為8MHz，5416設為10倍頻80MHz。
??本系統最大的優點是實現了一機多用，擴展了系統的功能，增強了系統的靈活性和通用性，在實際應用中已取得了良好的效果。
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