隨著近年來數字信號處理器(DSP)技術的迅猛發展,其越來越廣泛地應用于國民經濟的各個領域中。其中,TI公司推出的TMS320C6000系列DSP器件更是在許多需要進行大量數字信號處理運算并兼顧高實時性要求的場合得以應用。TMS320C6000系列DSP的系統設計過程中,DSP器件的啟動加載設計是較難解決的問題之一。

C6000系列DSP的啟動加載方式包括不加載、主機加載和EMIF加載3種。

3種加載方式的比較：不加載方式僅限于存儲器0地址不是必須映射到RAM空間的器件,否則在RAM空間初始化之前CPU會讀取無效的代碼而導致錯誤;主機加載方式則要求必須有一外部主機控制DSP的初始化,這將增加系統的成本和復雜度,在很多實際場合是難以實現的;EMIF加載方式的DSP與外部ROM／Flash接口較為自由,但片上Bootloader工具自動搬移的代碼量有限(1 KB／64 KB)。本文主要討論常用的EMIF加載方式。

1 EMIF加載分析

實際應用中,通常采用的是EMIF加載方式,把代碼和數據表存放在外部的非易失性存儲器里(常采用Flash器件)。

下面以TMS320C6000系列中最新的浮點CPU——TMS320C6713(簡稱“C6713”)為例,詳細分析其EMIF加載的軟硬件實現。

硬件方面,其與16位寬度的Flash器件的接口如圖1所示。

對于不同的DSP器件,加載方式的配置引腳稍有不同。C6713的配置引腳及其定義如表1所列。

應用程序的大小決定了片上的Bootloadet工具是否足夠把所有的代碼都搬移到內部RAM里。對于C6713,片上的Bootloader工具只能將1 KB的代碼搬入內部RAM。通常情況下,用戶應用程序的大小都會超過這個限制。所以,需要在外部Flash的前1 KB范圍內預先存放一小段程序,待片上Bootloader工具把此段代碼搬移入內部并開始執行后,由這段代碼實現將Flash中剩余的用戶應用程序搬移入內部RAM中。此段代碼可以被稱作一個簡單的二級Bootloader。

圖2所示為使用二級Bootloader時的CPU運行流程。

使用二級Bootloader需要考慮以下幾個事項：

◇需要燒寫的COFF(公共目標文件格式)段的選擇;

◇編寫二級Bootloader;

◇將選擇的COFF段燒入Flash。

一個COFF段就是占據一段連續存儲空間的程序或數據塊。COFF段分為3種類型：代碼段、初始化數據段和未初始化數據段。

對于EMIF加載方式,需要加載的鏡像由代碼段(如．vectors和．text等)和初始化數據段(如．cinit,．const,．switch,．data等)構成。另外,可以單獨定義一個．boot-load段存放二級Bootloader。此段也需要寫入Flash。

所有未初始化的數據段(如．bss等)都不需要燒入到Flash中。

2 二級Bootloader的編寫

由于執行二級Bootloader時C的運行環境還未建立起來,所以必須用匯編語言編寫。二級Bootloader可參照其他類似文獻及TI相關文檔。此處不再贅述。

CCS中用戶工程編譯鏈接后產生的．map文件包含了存儲器的詳細分配信息。一個典型的map文件中包含的存儲器分配信息如表2所列。

與cmd文件不同,map文件不僅包含了各段存儲在哪一段內存空間的信息,從map文件中還可以具體知道每個內存區間中有多少被實際使用(燒寫Flash時會用到這個參數)。內存區間中未被使用部分是不需要寫入Flash內容的,實際被使用的部分才是真正需要寫人到Flash中的內容。

3 Flash的燒寫

把代碼等寫入Flash的辦法大體上可分為以下幾種：

① 使用通用燒寫器寫入。

② 使用CCS中自帶的FlashBurn工具。

③ 用戶自己編寫燒寫Flash的程序,由DSP將內存映像寫入Flash。

其中,使用通用燒寫器燒寫需要將內存映像轉換為二進制或十六進制格式的文件,而且要求Flash器件是可插拔封裝的。這將導致器件的體積較大,給用戶的設計帶來不便。

使用TI公司提供的FlashBurn工具的好處在于使用較為直觀。FlashBurn工具提供的圖形界面可以方便地對Flash執行擦除、編程和查看內容等操作。但這種力法的缺點也不少：首先,FlashBurn工具運行時需要下載一個．out鏡像(FBTC,FlashBurn Target Component)到DSP系統中,然后由上位PC機通過仿真器發送消息(指令和數據)給下位DSP,具體對Flash的操作由FBTC執行。然而,這個FBTC一般是針對TI公司提供的DSP專門編寫的,與板上使用的Flash的接口寬度(默認是8位)、操作關鍵字(因生產廠商不同而各異)都有關,所以,對用戶自己制作的硬件不一定適合。例如：如果用戶自己的電路板上使用的是與DSK同品牌的Flash芯片,接口為16位數據寬度,那么,使用FlashBur’n工具燒寫將最多只有一半的Flash容量能夠被使用,要想正確實現]EMIF加載就必須選擇8位加載方式。這就造成了Flash存儲器資源的浪費,同時限制了用戶開發的靈活性。

雖然TI公司提供了FBTC的源代碼供有需要的用戶修改,但這樣用戶需要去了解FBTC的運行機制及其與上位機的通信協議,并對Flash燒寫函數進行修改。用戶可能需要修改的幾個地方如下：對Flash編程的關鍵字和地址,BurnFlash函數中的數據指針和EMIF口的配置(針對1.0版本FBTC)。這就給用戶開發帶來了不便。把開發時間浪費在了解一個并不算簡單的Flash燒寫工具上并不是一個好的選擇。

其次,FlashBurn工具不能識別．out文件,只接受..ex的十六進制文件,因此,需要將.out文件轉換為．hex文件。這個轉換的工具就是TI公司提供的Hex6x.exe工具。轉換過程的同時,需要一個cmd文件(即圖3中的Hex.cmd)指定作為輸入的.out文件,輸出的.hex文件的格式,板上Flash芯片的類型和大小,需要寫入Flash中的COFF段名等。

使用用戶自己編寫的燒寫Flash的程序較為靈活,避免了文件格式轉換的繁瑣。不過,此方法要求用戶對自己使用的Flash芯片較為熟悉。

通常采用的Flash燒寫程序是單獨建立一個工程的辦法：先把用戶應用程序(包含二級Bootloader)編譯生成的.out文件裝載到目標DSP系統的RAM中,再把燒寫Flash的工程編譯生成的.out文件裝載到目標DSP系統RAM的另一地址范圍,執行Flash燒寫程序,完成對Flash的燒寫。這個辦法要注意避免兩次裝載可能產生的地址覆蓋,防止第2次裝載修改了應該寫入Flash的第1次裝載的內容。

實際上,可以將Flash燒寫程序嵌入到用戶主程序代碼中去,比單獨建立一個燒寫Flash的工程更為方便。Flash芯片的燒寫程序段如下：

ChipErase函數和ProgramFlashArray函數的編寫可參照用戶使用的Flash芯片的Datasheet以及參考文獻[1]。

ProgramFlashArray函數的第1個參數是源地址指針(指向內部Ram),第2個參數是目標地址指針(指向外部Flash),第3個參數是要寫入的數據長度(單位為字)。

編寫Flash燒寫函數時有3點需要注意：

① 指向Flash地址的指針。由于C6713的低兩位地址用于譯碼作字節選擇,地址總線的最低位是EA2,所以,邏輯地址需要適當的移位才能正確地指向日標。

對8位存儲器而言,應該左移2位;對16位存儲器而言,應該左移1位;對于32位存儲器,則不需要移位。例如要從(往)Flash的0x00000003地址讀(寫)一個字,其邏輯地址應該是0x90000000+(0x0003<<1),而非0x90000003。

② map文件中各內存區間被實際占用的尺寸大小是以字節為單位的,而ProgramFlashArray函數寫入Flash的數據單位為字,所以需要將map文件中得到的尺寸大小的一半作為ProgramFlashArray函數的參數。

③ 燒寫函數中使用了flash_burned常量作為判斷是否需要對Flash操作的依據,且將其初始化為1。這是為了避免Flash加載之后會執行對Flash的操作。此變量應在燒寫Flash時手動修改為0。

在仿真加載方式下,可以在CCS里的watchwindow窗口手動修改flash_burned常量為0,強迫CPU進入對Flash編程的程序段。實驗證明,在仿真加載方式下手動修改flash_burned并不影響寫入到Flash中的flash_burn-ed的值(仍為1),所以,寫入Flash的flash_burned的值仍然是1。在系統Flash加載之后,CPU就會跳過此段代碼,實現正確運行。

4 結 論

本Flash加載方案以C6713為例,稍加修改即可適用于TMS320C6000系列的其他DSP器件。經過在研制的伺服測試平臺中的應用,證明本方法切實可行且易于實現,避免了目標文件格式的轉換,比通常采用的FlashBurn工具使用起來更靈活方便,用戶可以通過簡單修改Flash燒寫函數使之適應自己的硬件情況。對于Flash器件接口與TI的DSP不一致的情況,本方案是一個很好的選擇。