DSP并行I/O自舉加載方法研究

陳啟興，于紅兵，祁秋紅

(成都信息工程學院 通信工程學院，四川 成都 610225)

0 引言

TI公司的DSP處理器目前上市的有4類：32位實時微處理器，DSP&ARM+DSP，多核DSP，低功耗 DSP[1]，廣泛應用于通信、自動控制、應用電子等領(lǐng)域[2-5]。TI公司的低功耗DSP性價比優(yōu)、可靠性強、程序保密性高，因而應用十分廣泛，比如圖像處理、視頻處理、音頻處理、儀器儀表等領(lǐng)域。只有32位實時微處理器片內(nèi)有供用戶使用的Flash，而其它的處理器都沒有。因此，這3種微處理器的自舉加載方式有些差異。比如，TMS320C2812允許用戶片內(nèi)或偏外 Flash加載用戶程序[6]，TMS320C5402有 5種加載方式：熱自舉、串行EPROM自舉、并行I/O空間自舉、并行EPROM自舉和HPI接口自舉[7]。為了提高運行速度，TI公司的DSP處理器的后三類芯片內(nèi)都沒有供用戶使用的Flash，其自舉加載只能采用片外擴展的存儲空間了。因此，TI公司的后三類DSP處理器的自舉加載實現(xiàn)起來就要復雜些。很多的學者提出了有建設性的方法，典型的就是二次引導并行EPROM自舉引導方式[8-9]，這種方式簡易有效，對于用戶程序不大的情況，這是一個非常好的辦法。TMS320VC5402是一款性價比非常高的高速、低功耗的DSP芯片，使用非常廣泛。本文提出一種TMS320VC5402的并行I/O空間自舉加載方法，該方法具有簡易有效，實用于用戶程序較大的情況。

1 TMS320VC5402的二次并行引導法分析

TI公司為其C5000系列和C6000系列的自舉加載方法提供了一個建議，并免費提供了相應的工具軟件[10]。首先，DSP仿真軟件（CCS）編譯鏈接后生成的是二進制COFF 格式文件（后綴為out）；然后，通過HEX轉(zhuǎn)換工具（hex500.exe）將COFF目標文件轉(zhuǎn)換為標準的ASCII碼十六進制格式文件；最后，把ASCII碼十六進制格式文件燒寫到FLASH芯片里面。對于TI的建議，如果產(chǎn)品開發(fā)成功，在批量生產(chǎn)的時候是可行的，因為可以先燒寫 ASCII碼十六進制格式到FLASH 芯片，再焊接FLASH芯片在PCB板上。但是，對于開發(fā)階段和軟件升級的時候，就不方便了，因為從PCB拆下FLASH芯片是一件不容易的事情，還可能損壞PCB上的銅箔和其它元器件。所以，探討一種通過CCS軟件，借助仿真器對FLASH在線編程方法，對于開發(fā)階段和軟件升級方面是有積極意義的。

目前，針對 TMS320VC5402，使用比較多的FLASH在線編程方法是二次并行引導法，很多同仁已經(jīng)有報告了[11-13]。這種方法的基本思想是通過CCS軟件，借助仿真器首先把用戶程序(out文件)下載到片內(nèi)RAM，再下載并運行燒寫FLASH的程序，即把RAM區(qū)的用戶程序燒寫到FLASH芯片內(nèi)，實質(zhì)是屬于并行EPROM自舉方式。因為CCS下載了2次代碼，F(xiàn)LASH是TMS320VC5402的外擴數(shù)據(jù)存儲器，所以叫二次并行引導法。

TMS32C5402的程序和數(shù)據(jù)存取器映射圖如圖1所示，用戶可用數(shù)據(jù)存儲器的空間有：0x0060~0x3FFF（片內(nèi)），0x8000~0xFFFF（片外），共47.906 25 kW，其中片內(nèi)的15.906 25 kW，片外的32 kW；在微計算機模式下用戶可用的程序存儲器空間有：0x0000~0x007F(片外)，0x0080~0x3FFF(可設為片內(nèi)或片外)，0x8000~0xBFFF(片外)，共36 kW，其中片外最多36 kW，片內(nèi)最多15.875 kW；在微處理器模式下用戶可用的程序存儲器空間有：0x0000~0x007F(片外)，0x0080~0x3FFF(可設為片內(nèi)或片外)，0x8000~0xFF7F(片外)，共略小于48 kW，其中片外最多48 kW，片內(nèi)最多15.875 kW。在采用二次并行引導法的條件下，如果TMS320VC5402有擴展RAM，則用戶程序的最多為36 kW(微計算機模式)或略小于 48 kW (微處理器模式)；如果TMS320VC5402無擴展 RAM，則用戶程序的最多為15.875 kW(微計算機模式或微處理器模式)。對于TMS320VC5402的二次并行引導法，適用的用戶程序大小是有要求的，開發(fā)人員在設計硬件系統(tǒng)的時候，需要對用戶代碼大小進行評估。二次并行引導法必須同時滿足2個條件：①用戶代碼大小必須小于外擴 FLASH（數(shù)據(jù)存儲器）；②用戶代碼大小必須小于程序存儲器空間大小。因此，如果TMS320VC5402有擴展 RAM，則用戶程序的最多為32 kW；如果TMS320VC5402無擴展RAM，則用戶程序的最多為15.875 kW。

圖1 TMS320VC5402的存儲器映射

2 并行I/O空間自舉加載方法

(1) 硬件設計

TMS320VC5402的存儲器有數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器和I/O存儲器，互相獨立，各位64 kW。本位提出的并行I/O空間自舉加載方法屬于并行I/O空間自舉方式的在線編程方法，也需要兩次加載。通過CCS軟件，借助仿真器首先把用戶程序(out文件)下載到片內(nèi)RAM，再下載并運行燒寫FLASH的程序，即把RAM區(qū)的用戶程序燒寫到FLASH芯片內(nèi)。與二次導引法不同的是，TMS320VC5402外擴的FLASH屬于I/O存儲器，而不是數(shù)據(jù)存儲器。

TMS32C5402訪問片外I/O存儲器的時序如圖2所示，根據(jù)該時序圖可以得到外擴 I/O存儲器的原理電路如圖3所示。在圖3中，巧妙采用了比較器74HC85，沒有采用CPLD或FPGA之類的芯片進行地址譯碼和時序控制，這對于節(jié)約成本是十分有利的，比如民品開發(fā)。外擴的 I/O空間尋址范圍為：0x8001 ~0xFFFF，改變 74HC85的 1、14、11和 9腳的高低電平，可以容易調(diào)整I/O空間尋址范圍。

根據(jù)前面的分析，對于并行 I/O空間自舉加載方法，由于I/O存儲器的外擴空間可達64 kW，所以，如果TMS320VC5402有擴展RAM，則用戶程序的最多為36 kW(微計算機模式)或略小于48 kW(微處理器模式)；如果 TMS320VC5402無擴展RAM，則用戶程序的最多為15.875 kW。

(2) 燒寫FLASH的軟件設計

當用戶項目調(diào)試完成后，就可以得到用戶程序入口地址、每一個程序段的大小和偏移地址，也就是說可以得到一個Boot表。根據(jù)Boot表的具體內(nèi)容，燒寫FLASH的流程如圖4所示，值得注意的是，如果硬件是按照圖3設計的，則從I/O空間的地址0x8001開始依次遞增燒寫。

圖2 TMS320VC5402的并行I/O口讀和寫

圖3 與Flash芯片有關(guān)的電路

圖4 燒寫FLASH芯片的流程

TMS320C542的并行I/O空間自舉加載方法在橫向項目“軟件無線電平臺研究”上進行了實踐，性能穩(wěn)定，效果不錯。

3 結(jié)語

論文在分析了TMS320C542 DSP 芯片的存儲結(jié)構(gòu)和特點, 并著重分析其二次引導法之后，結(jié)合工作實際，給出了一種切實可行的并行I/O空間自舉加載方法。對于并行I/O空間自舉加載方法，如果TMS320VC5402有擴展RAM，則用戶程序的最多為36 KW(微計算機模式)或略小于48 KW(微處理器模式)；如果TMS320VC5402無擴展RAM，則用戶程序的最多為15.875 KW。實踐證明，該方法構(gòu)思新穎，操作簡單等優(yōu)點，并能簡化系統(tǒng)軟硬件設計工作，具有很高的實用價值。

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