摘? 要: 介紹了利用DSP編程實現對FLASH的讀寫操作,設計并實現了一個引導裝載" title="引導裝載">引導裝載系統的模型,給出了一個簡單的測試用的實例。整個方案有較大的靈活性和實用性。?
關鍵詞: 數字信號處理器? FLASH存儲器? 引導裝載?
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在一些脫機運行的DSP系統中,用戶代碼需要在加電后自行裝載運行。DSP系統的引導裝載(Bootload)是指在系統加電時,DSP將一段存儲在外部的非易失性存儲器中的代碼移植" title="代碼移植">代碼移植到內部的高速存儲單元中去執行。這樣既利用了外部的存儲單元擴展DSP本身有限的ROM資源,又充分發揮了DSP內部資源的效能。盡管用戶代碼在一段時期相對是固定的,但是如果直接將其掩膜到內部ROM中去的話,一方面受容量以及價格的限制,另一方面則在系統代碼升級上顯得不是很靈活方便。FLASH是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器,而且單位存儲比特的價格比傳統的EPROM要低,十分適合于低功耗、小尺寸和高性能的便攜式系統。除了可以采用專用的硬件編程器把代碼灌入FLASH中之外,也可以利用現成的DSP通過軟件編程" title="軟件編程">軟件編程來實現同樣的功能。本文論述的正是如何通過DSP軟件編程來實現對FLASH的讀寫操作,并介紹一個簡單的系統引導裝載方案的實現。?
1 系統描述?
本系統由DSP(TMS320VC5410)及外部的FLASH(M29W400T)以及相關的電源管理單元等構成。DSP與FLASH的連接如圖1所示。DSP與FLASH是主從關系,由DSP的相關輸出管腳控制FLASH的擦除和讀寫。其中,A0～A17為地址線,D0～D15為數據線,/MSTRB為存儲選通信號,R/W是讀寫脈沖信號,/OE和/WE分別為讀使能和寫使能,/CE為片使能,/BYTE為8位或16位數據模式選擇(圖中接高電壓為16位模式)。FLASH用于存放引導程序" title="引導程序">引導程序段和用戶代碼,由DSP軟件編程來寫入。當系統脫機加電時,DSP首先從外部FLASH指定的引導程序段的起始位置處開始執行引導裝載。所謂引導裝載,就是將原先存儲在FLASH中的用戶代碼移植到DSP內部的高速執行單元,然后將程序指針設置為用戶代碼的起始地址。這樣,接下來就可以利用DSP資源高速執行用戶代碼了。?
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2 DSP對FLASH的操作?
2.1 DSP及FLASH簡介?
TMS320VC5410是TI公司的C54x系列的定點DSP,具有低功耗和高速度,常用于便攜式系統開發。其內部存儲資源包括256Kb的可掩膜ROM以及可高速運行的128Kb的DARAM和896Kb的SARAM。ROM中固化了TI提供的引導裝載代碼,本方案采用自編的引導程序。?
ST公司的M29W400系列的FLASH容量為4Mb,分為11個不同大小的塊結構,支持8位或16位操作模式。通過特殊的命令字序列可以對每一塊獨立進行擦除和讀寫。與以往的FLASH相比,它由外部單電壓供電,無需額外提供高電壓即可實現擦除及寫入,因而在系統設計上無需考慮特殊的電平匹配。本方案采用16位模式。?
2.2 地址映射方式?
由于用DSP操作FLASH,必然涉及到FLASH的實際地址在DSP中的映射方式。TMS320VC5410的地址空間如圖2所示,包括數據空間和程序空間,具體的映射方式由DSP內部的一些寄存器決定。它使用頁面擴展機制,最多可以尋址8192Kb的程序空間。假設FLASH的起始地址0x0000和DSP的起始地址0x0000重合,那么FLASH中只有對應于DSP外部空間的那部分地址,才是DSP可見的。比如,本方案中采用微處理器模式(MP=1)且OVLY=1時,則DSP第0頁程序空間中可見的FLASH的地址范圍為0x8000～0xFFFF。?
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在擦除或讀寫FLASH之前,必須先執行相應的命令字序列,即在指定的FLASH地址處寫入指定的指令代碼。而整個FLASH地址空間并非和DSP的地址空間一一對應,所以需要考慮地址的重映射。?
現以對FLASH寫入為例。未考慮地址重映射時,命令字序列如下所示:?
FlashWrite(0x5555L，0x00AA )；//1st cycle? ?
FlashWrite(0x2AAAL，0x0055 )；//2nd cycle ?
FlashWrite(0x5555L，0x00A0 )；//Program command ?
FlashWrite(myaddress，mydata )；//put mydata into myaddress?
由圖2可知,當MP=1和OVLY=1時,FLASH地址0x5555L和0x2AAAL在DSP中位于外部空間之外,是不可見的。這樣DSP執行上述語句時,根本沒有對FLASH進行相應的操作,從而導致即使FLASH地址myaddress是DSP可見的,也無法實現數據寫入的功能。?
仔細分析FLASH的命令字序列可知,前三句命令字序列中真正起作用的地址位是A0～A14,而高地址位A15～A17可以是任意值。于是考慮加一個偏移量0x8000,使得重映射后的FLASH地址在DSP中是可見的。修改后的代碼如下所示:?
#define OFFSET 0x8000?
FlashWrite((0x5555L+OFFSET)，0x00AA)； //1st cycle? ?
FlashWrite((0x2AAAL+OFFSET)，0x0055)； //2nd cycle ?
FlashWrite((0x5555L+OFFSET)，0x00A0)；//Program command ?
FlashWrite(myaddress，mydata)；//put mydata into myaddress?
這樣，在DSP中就可以對外部FLASH進行寫入操作了,前提是FLASH地址myaddress在DSP中可見。擦除和讀操作也要對照圖2作類似的地址重映射,不一一累述。?
2.3 擦除和讀寫過程描述?
在DSP將數據寫入FLASH之前,先要刪除數據所在塊,然后才能重新寫入。擦除和寫操作之前都要執行相應的命令字序列,而讀操作則可以直接進行。而且要寫入的數據部分應為引導程序段以及用戶代碼是經過編譯、連接后的目標代碼,且為FLASH可識別的HEX格式。?
3 引導裝載模型設計?
3.1 引導裝載原理?
加電前,DSP設置為微處理器模式(MP=1)。加電后,DSP首先執行0xFF80處的中斷向量表" title="向量表">向量表起始處的跳轉命令,轉向0xF800處的引導程序段并實現代碼移植功能。完畢后,再次跳轉到移植后的用戶程序段的起始地址并執行之。?
3.2 邏輯功能分塊?
引導裝載系統包括引導程序段、用戶程序段、中斷向量表和連接命令文件四部分。引導程序段負責將用戶程序段和中斷向量表裝載到目標地址,用戶程序段是實現用戶系統功能的核心代碼,中斷向量表包括加電后的跳轉處理和中斷服務程序的入口,連接命令文件則是分配各個程序段在DSP地址空間中的位置。?
3.3 具體代碼實現?
引導程序段(load.asm)如下:?
??????? .def load_start ?
??? ??? .sect ″load_prg″ ?
load_start: ?
??????? ssbx intm?????????? ；關中斷?
??????? rsbx??? sxm?????????；符號擴展模式設置為0?
??? ??? ld #0，dp???????????；定義數據頁指針為0?
??? ??? nop?
??? ??? nop?
??? ??? nop ?
?????? ?ld #0ff80h，a?? ??????? ；移植中斷向量表,0xff80為中斷向量表的舊起始地址?
??????? stm #VECT_NEW， ar1 ??? ；VECT_NEW表示中斷向量表的新起始地址?
??????? rpt #(VECT_LEN-1) ? ；VECT_LEN表示中斷向量表的長度?
??????? reada *ar1+ ?
??? ??? nop ?
?? ???? ld #MAIN_OLD，a?? ；移植用戶程序段,MAIN_OLD表示用戶程序段的舊起始 地址?
??????? stm #MAIN_NEW，ar1 ；MAIN_NEW表示用戶程序段的新起始地址?
??????? rpt #(MAIN_LEN-1) ? ；MAIN_LEN表示用戶程序段的長度?
??????? reada *ar1+ ?
endboot: ?
??? ??? orm #020h，@1dh???? ；設置OVLY=1,使得內部RAM同時映射到DSP數據和程序空間?
????? ? ld #MAIN_NEW，a ?
????????bacc a????????????? ；程序指針指向用戶程序段的起始地址?
??????? .end?
??? 用戶程序段(main.asm)如下:?
??????? .def main_start?
??????? .sect ″main_prg″?
main_start:?
??????? USER_PRG??????????? ；此處添加用戶程序段?
??????? .end?
??? 中斷向量表(vect.asm)如下:?
??????? .mmregs ?
??? ??? .ref main_start ?
??? ??? .ref load_start ?
??? ??? .def reset ?
??? ??? .def nmi ?
??? ??? .sect ″.vectors″ ?
reset:? bd load_start?????? ? ? ；加電后,跳轉到自啟程序段起始地址?
??????? stm #200， sp ?
nmi:??? rete??????????????? ；此表中只包含NMI中斷入口,也可以類似添加其它中斷入口?
??????? nop?
??? ??? nop?
???? ?nop?
????? .end?
連接命令文件(boot.cmd)的配置如下:?
??? vect.obj?
??? main.obj?
??? load.obj?
??? -o boot.out?
??? SECTIONS ?
??? { ?
??? ?? main_prg:????? ? load=MAIN_OLD，run=MAIN_NEW ?
??? ?? vectors:??????? load=0ff80h，run=VECT_NEW ?
??? ?? load_prg:????? ? load=0f800h ?
??? }?
4 寫入目標代碼?
上述引導程序經過CCS編譯及連接后,生成的目標文件boot.out是DSP能夠識別的COFF格式。但是FLASH不支持這種格式,所以不能直接寫入FLASH中。CCS自帶有多種HEX類型的轉換程序,比如常見的有Intel格式等。但是不同的HEX類型有不同的格式和頭尾開銷,比如Intel格式中除了數據之外還有起始符、字節個數、起始地址、類型以及校驗位等各種信息,并非純粹數據的HEX格式表示。了解了Intel格式的文件結構之后,就可以從中提取出需要寫入FLASH中的代碼的HEX格式及相應的地址,即對應上面提到的mydata和myaddress。然后就可以利用上面的方法,用DSP將引導系統各個部分的代碼在脫機運行前寫入FLASH。?
5 簡單測試實例?
利用上述方法,使得系統在脫機狀態下實現引導裝載,并且從DSP的XF端口輸出均勻脈沖波形。直接修改用戶程序段可用如下的代碼取代用戶程序段中的USER_PRG。?
??? loop:?? rsbx xf?
?????? nop?
?? ??? ssbx xf?
?? ??? nop?
????? ?b loop?
經過編譯、連接、格式轉換以及寫入FLASH之后,系統就可以實際脫機運行了。加電一段時間后,可以通過示波器測量得到XF端口的均勻脈沖波形,證明引導裝載成功。?
參考文獻?
1 TMS320VC5410 Fixed-point Digital Signal Processor Data Manual.TI Inc.，Dec.，2000?
2 M29W400 Data Sheet.ST Inc.，Nov.，1999?
3 Software Drivers for M29F400 and M29W400 FLASH Memories.ST Inc.，March，2000?
4 TMS320C54x Assembly Language Tools User’s Guide.TI Inc.，Dec.，1999