數(shù)字多媒體處理器TMS320DM355啟動分析*

苑瑋琦，黃 旭

(沈陽工業(yè)大學(xué) 視覺檢測技術(shù)研究所，遼寧 沈陽110870)

TMS320DM355(以下簡稱 DM355)處理器是 TI公司推出的面向便攜高清視頻應(yīng)用的基于ARM9+協(xié)處理器架構(gòu)的新型低成本DaVinci平臺[1-2]，主要應(yīng)用于媒體播放器、數(shù)碼相機、數(shù)碼相框、IP網(wǎng)絡(luò)攝像機、視頻嬰兒監(jiān)視器等[3]。該處理器具有獨特的啟動方式，其啟動方式的選擇和硬件設(shè)置是開發(fā)的關(guān)鍵問題之一[4]。本文基于DM355的嵌入式目標板和TI公司的DVSDK，介紹了DM355的啟動方式設(shè)置、啟動并引導(dǎo)U-Boot的過程。

1 總體啟動流程

1.1 啟動方式設(shè)置

DM355的ARM可以從異步外部存儲器接口(AEMIF)上的OneNAND或者從ARM的內(nèi)部ROM啟動，這是由管腳BTSEL[1:0]的配置決定的[5]。BTSEL[1:0]也可以進一步設(shè)置ROM啟動方式，即在芯片重置之后，除了當BTSEL[1:0]=01表明AEMIF已啟動外，ARM一定從內(nèi)部ROM的0x00008000處開始啟動，ARM內(nèi)部ROM中的這部分程序稱作 ROM Boot Loader（簡稱RBL）。因是 TI公司嵌在DM355的內(nèi)部ROM里面的，用戶不能更改。

BTSEL[1:0]共有如下4種設(shè)置[6]：

(1)BTSEL[1:0]=01時，為 AEMIF啟動方式，這種模式由硬件控制，啟動不包含ARM內(nèi)部ROM(即RBL不運行)。在由OneNAND啟動的情況下，用戶必須自己在OneNAND的啟動頁中放入必要的啟動代碼,這些代碼必須為OneNAND設(shè)備設(shè)置AEMIF模塊。在AEMIF被設(shè)置之后，啟動會緊跟OneNAND啟動頁中的AEMIF管理頁而繼續(xù)。

(2)BTSEL[1:0]=00時，RBL運行，NAND啟動。

(3)BTSEL[1:0]=10時，RBL運行，MMC/SD啟動。

(4)BTSEL[1:0]=11時，RBL運行，UART啟動。

由此可見，不經(jīng)由RBL的啟動方式只有BTSEL[1:0]=01一種，而經(jīng)由RBL的啟動方式有 3種（此時BTSEL[1:0]≠01）。

當芯片被設(shè)置成NAND啟動模式時，如果啟動失敗，則DM355會嘗試MMC/SD啟動；如果MMC/SD啟動失敗，則DM355會再次嘗試這種啟動方式；如果 UART啟動失敗，DM355會再次嘗試這種啟動方式。

DM355的總體啟動流程如圖1所示。

NAND啟動與OneNAND啟動適用于系統(tǒng)參數(shù)和功能固定的應(yīng)用場合，二者在價格和讀寫速度上的差異也使得設(shè)計者可以根據(jù)需求做出權(quán)衡。而MMC/SD啟動適用于系統(tǒng)參數(shù)和功能經(jīng)常需要改變的場合。UART啟動一般應(yīng)用于調(diào)試階段而非實際應(yīng)用。

在設(shè)計系統(tǒng)選擇啟動方式時，可以根據(jù)各種方式的特點，選擇合適的方式啟動系統(tǒng)。

1.2 啟動中的狀態(tài)標志

DM355的RBL會用GIO61來指示啟動狀態(tài)（可以用來驅(qū)動LED），這可以幫助開發(fā)者更直觀地觀察系統(tǒng)的狀態(tài)。重啟之后，GIO61被初始化為低電平。

(1)如系統(tǒng)上電時通過NAND啟動，未成功后會嘗試通過MMC/SD啟動，在此期間GIO61以4 Hz的頻率切換高低電平。

(2)如系統(tǒng)被上電時通過MMC/SD啟動，在嘗試啟動期間GIO61以4Hz的頻率切換高低電平。

(3)如系統(tǒng)上電時通過UART啟動，在嘗試啟動期間GIO61以2 Hz的頻率切換高低電平。

當啟動成功之后，在程序被移交給UBL之前，GIO61被設(shè)置為高電平。其過程如圖2所示。

總之，RBL在 BTSEL[1:0]≠01時運行的情況下，控制權(quán)被交給 RBL，待讀取 BTSEL[1:0]的狀態(tài)之后，RBL才執(zhí)行合適的代碼。

2 NAND啟動流程

NAND Flash存儲器具有容量較大、擦寫速度快等優(yōu)點，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲，但不支持片內(nèi)執(zhí)行(XIP)。NOR Flash支持片內(nèi)執(zhí)行，讀速度稍快于NAND Flash，但寫入速度遠落后于NAND Flash，且二者接口不同，這就決定了NAND Flash適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲而NOR Flash適用于小量代碼存儲的特點。另外，接口的特點也決定了NAND Flash的讀寫更復(fù)雜，必需要驅(qū)動。

當BTSEL[1:0]被設(shè)置為 00時，NAND模式將啟動，NAND啟動模式默認NAND位于EM_CE0接口，這個接口的總線設(shè)置由管腳AECFG[3:0]確定。AECFG[3:0]必須被正確地設(shè)置，EMIF的信號才能被NAND器件采用。

NAND啟動流程如下：

(1)RBL 執(zhí)行，初始化 0x4000～0x7FFF（2 KB）的空間作為堆棧，最后 32 bit（0x7FFC～0x8000）閑置,因為這里會被寫入找到的UBL的塊號。此時會禁止所有中斷、中斷請求和快速中斷請求。

(2)NAND器件的設(shè)備ID被從NAND讀出來，然后從RBL的信息表中讀取出一些必要的信息(如頁大小和塊大小)。信息表是DM355所支持的NAND設(shè)備的列表；然后，RBL在NAND的block 1中的page 0尋找UBL的描述符。

(3)如果有效的UBL沒有被找到（這取決于是否讀到了正確的魔幻數(shù)），下一個塊會繼續(xù)被尋找，最多連續(xù)搜尋24個塊，這是為了防止NAND中的壞塊，搜尋24個塊足夠應(yīng)付絕大部分NAND中的錯誤。

魔幻數(shù)是基于在一個塊的第0頁的前32 bit讀取0xA1ACEDxx而探測到的，只有塊 1～塊 24的 page 0將會被讀取和尋找魔幻數(shù)。

(4)當一個有效的UBL標識符被找到之后，這個塊的號碼被寫在ARM內(nèi)部RAM的最后32 bit，即0x7ffc～0x8000。這種特性是為了調(diào)試方便，通過讀這32 bit(例如通過JATG)，可以知道UBL在哪一個NAND塊讀到了有效的UBL標識符，如果在搜尋完24個塊之后還沒有找到有用的標識符，則DM355將會嘗試通過MMC/SD啟動。

(5)當有效的UBL被找到之后，RBL會處理 UBL描述符，描述符給出了裝載UBL和移交UBL控制權(quán)所需要的信息。接下來UBL被讀取和處理，RBL首先可能會根據(jù)魔幻數(shù)所提供的信息啟用一些與快速EMIF和高速緩存相關(guān)的操作。此外，描述符提供了在UBL的拷貝期間是否應(yīng)用DMA的信息。一但啟動條件確立了，RBL拷貝 UBL到 DM355的內(nèi)部 RAM，起始地址為0x00000020，開始的32 B是ARM的系統(tǒng)中斷向量表(8個向量，每個4 B)。UBL的拷貝始于這32 B的中斷向量表之后，提供了用戶裝載程序的必要的細節(jié)。表1為UBL描述符的格式。

魔幻數(shù)的最后兩位決定了NAND的啟動模式，如表2所示。

NAND RBL應(yīng)用4 bit ECC校驗來確定在將UBL讀取到內(nèi)部RAM時是否有錯誤發(fā)生。假如4 bit ECC校驗探測到了錯誤，則UBL會通過ECC修正算法來修正錯誤。如果由于其他原因讀取UBL失敗，則拷貝過程會因為需要魔幻數(shù)而立即暫停，然后RBL會從找到魔幻數(shù)的那一塊繼續(xù)尋找相鄰的塊，以找尋另一魔幻數(shù)。當找到下一魔幻數(shù)時，將重復(fù)這一過程。利用這種機制，魔幻數(shù)和UBL可以被復(fù)制達24次，給予NAND讀取錯誤以足夠的冗余和錯誤恢復(fù)能力。

表1 UBL描述符格式

表2 UBL魔幻數(shù)與特殊啟動模式

如果在搜索了24個塊之后沒有找到有效的UBL描述符，則RBL會轉(zhuǎn)向去通過MMC/SD啟動。

(6)將UBL讀取到內(nèi)部RAM之后，RBL將控制權(quán)交給UBL。

(7)UBL開始掃描NAND以尋找ABL(Application Boot Loader)描述符的魔幻數(shù)，如果找到了描述符，則UBL將ABL裝載進DDR，并跳轉(zhuǎn)到ABL的入口地址。TI公司的UBL在8和9兩個NAND塊中找尋ABL的描述符，如果找不到，則屏幕會顯示以下信息：

UBL:Failed to read app descriptor

UBL:NANDBoot()failed

類似于UBL的描述符和魔幻數(shù)，ABL的描述符和魔幻數(shù)分別如表3、表4所示。

表3 ABL描述符格式

NAND啟動的總體流程如圖3所示。

3 嵌入式目標板

基于DM355處理器的目標板原理框圖如圖4所示。

表4 ABL魔幻數(shù)及特殊啟動模式

目標板上主要資源包括：(1)TMS320DM355處理器，可工作在 216/270 MHz；(2)512 MB的 NAND Flash，型號為Sumsang K9F4G08U0A，包含4 096個塊，每塊含64個頁，頁大小為 2 048 B。芯片 ID為 0xDC[7]；(3)128 MB DDR2，主頻為 533 MHz。

4 通過CCS燒寫UBL及ABL

(1)CCS的配置

安裝TDS510驅(qū)動，連接TDS510仿真器、DM355及PC機，打開 CCS的配置程序，配置好DM355的 JATG仿真環(huán)境[8]，使CCS可以識別目標板。

(2)燒寫 UBL及 ABL(U-Boot)

在CCS下打開TI公司的DVSDK中的NAND_programmer.pjt，這是一個向NAND中寫入UBL及ABL的CCS工程。打開nandProg.c可以看到下面定義好的UBL及ABL魔幻數(shù)：

在開發(fā)時可以根據(jù)開發(fā)需要對其進行改動，但要注意UBL及ABL的大小對其中一些參數(shù)的影響。

(3)編譯NAND_programmer.pjt并運行，根據(jù)提示輸入編譯好的UBL與U-Boot二進制文件。DVSDK開發(fā)包中有利用CCS編譯UBL的工程，可以根據(jù)需求對其進行改動，但要注意其生成.BIN文件的大小，因為U-Boot在Lunix環(huán)境下進行編譯也生成一個.BIN格式的文件。

(4)用串口線連接DM355與PC機，啟動 DM355目標板，登錄到U-Boot。此時可以通過U-Boot的指令來查看位于NAND中的UBL與RBL描述符[9]，并證實修改的有關(guān)UBL和UBL的參數(shù)。

實驗表明，系統(tǒng)能依照設(shè)定的方式從NAND啟動，并成功登陸U-Boot命令行，而且可以通過指令來查看魔幻數(shù)與描述符。下一步的工作是建立操作系統(tǒng)內(nèi)核，并下載到存儲器，建立文件系統(tǒng)，從而建立完整的開發(fā)環(huán)境。

[1]TI公司.面向便攜高清視頻應(yīng)用的DaVinci DM355處理器[J].世界電子元器件，2008(4)：54-58.

[2]Texas Instruments.DM355 Linux PSP 1.20 release notes[M].2009.

[3]劉繼超.基于DM355的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[D].青島：青島科技大學(xué)，2009.

[4]王薇薇.基于DM355的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010

[5]Texas Instruments.TMS320DM355 digital media system-on-Chip(DMSoC)-SPRS463G[M].2007.

[6]Texas Instruments.TMS320DM355 DMSoC ARM subsystem reference guide.2007.

[7]Samsung Group.K9F4G08U0A datasheet.2005.

[8]Texas Instruments.Code composer studio development tools v3.3 getting started guide.2006.

[9]DENXU-BOOT及Linux使用手冊.2005.