利用Flash实现DSP对多个程序有选择的加载

只看该作者 · 2019-6-19 14:32

摘要：主要介绍一种利用Flash存储器实现双DSP系统对多份用户代码有选择的上电加载的方法。其中，重点介绍M29W800AB Flash的使用和编程方法，TMS320VC54X DSP的上电自动引导过程，以及HPI模式和并行模式加载用户代码的方法。

引言

　　在TMS320C54X系列DSP系统的开发中，由于DSP片内只有ROM和RAM存储器，如要将用户代码写入ROM中，必须要由DSP芯片厂家来完成；但这样做用户就不能再更改代码，很不实用。由于RAM在DSP掉电后不能再保存数据，因此，常常利用EPROM、Flash等一些外部存储器来存放用户代码。在DSP上电工作后，利用DSP提供的boot机制，再将程序下载到DSP RAM中运行。如果使用EPROM外部存储器存放用户代码，需要用代码转换工具将用户代码转换为二进制目标文件，然后用编程器将其烧写进EPROM；而如果使用Flash存储器存放用户代码，则可直接使用DSP仿真器和CCS（Code Composer Studio ）仿真环境进行在线编程，使用灵活方便，不再需要其它编程设备。在某一以太网通信系统中，我们就采用Flash存储器来实现多份用户代码的有选择加载。下面就以此系统为例介绍对TMS320VC54X DSP的一种用户代码加载的方法。

1 系统构架

　　此通信系统基于802.3以太网标准，用以实现各终端之间的话音和其它数据的通信，以及实现局域网内终端与外界的话音和数据通信。为节约开发成本，提高系统的可扩展性、通用性和灵活性，我们对每个网内终端采用同样的硬件架构，通过使用不同的软件代码而使其实现不同的功能，发挥不同的作用。

　　每一通信终端由2块DSP芯片、1块网卡、1块CPLD和1块FPGA以及Flash存储器等器件组成可扩展的基本结构。其中，以TMS320VC5410 DSP作为主CPU，负责系统的逻辑控制和一般数据传输；以MS320VC5416 DSP作为从CPU，负责话音的编解码和回声消除、语音检测等工作。2块DSP之间通过主机接口（HPI）进行通信。为了实现代码的有选择下载，可由FPGA配置一端口作为拨码开关，使用户通过调节拨码开关，可以有选择地下载存储于Flash中的用户代码，其结构如图1所示。

　　配置拨码开关是为了扩充系统的功能，以实现一个硬件平台的多种用途。我们可以将实现不同功能的多份用户代码都写入Flash存储器中存放，通过硬件拨码开关的设置，选择其中一份用户代码下载执行。在系统上电加载用户代码时，系统先从Flash下载FPGA配置程序，然后通过FPGA读出拨码开关的值，再根据此值从Flash中选择对应的5410 DSP用户代码加载；而5416 DSP的用户代码加载是在5410代码加载完成，启动运行后由5410程序从Flash中读出相应的5416代码，再通过HPI加载到5416的，以此实现5416 DSP的代码加载与启动。

2 M29W800AB Flash存储器介绍及使用

　　在此系统中，我们选用的是M29W800AB Flash存储器，其容量为512K×16位, 分为16页，每页32K。其中，第0页有4个模块：0x00~0x1fff、0x2000~0x2fff、0x3000~0x3fff、0x4000~0x7fff。其余各页，每页为1个模块，共有19个模块。

　　对Flash的操作要靠写入一系列特定的地址和数据序列来完成。在每次对Flash写入之前，要对其原来的内容进行擦除。Flash的擦除包括块擦除和芯片擦除两种。块擦除是对一个模块进行擦除，芯片擦除是擦除整个Flash的内容。因此，对Flash的操作，是以模块为基本单元的。对Flash的操作由指令决定，其必须满足Flash的时序要求，每条指令需要1～6个不等的指令周期。主要操作指令包括读数据指令、编程指令、复位指令、自动选择指令和擦除指令。每个指令周期由一个命令构成，每个命令代码所执行的任务如表1所列。

表1 Flash的命令说明

HEX代码命令
00h 有效/保留
10h 芯片擦除确认
20h 保留
30h 模块擦除继续/确认
80h 建立擦除
90h 读电平信号/模块保护状态
A0h 编程
B0h 擦除中止
F0h 读阵列/复位

　　下面以M29W800AB Flash的块擦除指令为例，具体说明Flash的操作时序：块擦除指令需要6个总线周期，先以2个解锁周期开始，然后是1个擦除建立周期，接下来又是2个解锁周期，最后是1个擦除确认周期，其指令时序如表2所列。

表2 Flash擦除指令说明

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 5555h 2AAAh 5555h 5555h 2AAAh 模块地址
数据 AAh 55h 80h AAh 55h 30h

　　其C语言程序设计代码如下：

#define flash ((volatile unsigned int*)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相对于DSP来说是慢速设备，编程时，对Flash的访问需要有足够的延时等待。对其它指令这里就不一一介绍了。要了解更多内容，可参考具体的Flash存储器手册。

3 引导装载

　　TMS320VC5410和TMS320VC5416片内ROM中固化有TI公司的引导装载(Bootloader)程序，用于在上电复位时把用户代码从外部存储器引导到片内RAM中运行。引导程序是在一些片内固化的一个程序，它负责上电时初始化存储器。换句话说，它将程序从非易失性存储器（如Flash存储器）中调入系统的存储器中。其提供的片内引导模式有： HPI（主机接口）引导、并行EPROM引导、并行I/O引导和串行口引导等。下面先介绍这两块芯片的上电引导过程。

　　DSP上电复位后，先检测其MP/MC引脚，如果MP/MC＝“0”，表示使用片内ROM引导。此时，DSP从0xFF80处开始执行TI的片内引导程序。进入引导程序后，HINT引脚变为低电平，然后开始检测INT2是否为低电平（有效）。如有效，则进入HPI引导方式；否则，检测INT3引脚。如有INT3请求中断，则进入串行引导方式；否则，就进入并行引导方式。在本系统中，我们采用TI公司提供的Bootlooder程序进行引导装载，为此，应将MP/MC引脚接低电平。引导程序流程如图2所示。

3.1 HPI模式实现TMS320VC5416的程序加载

　　按以上设计，5416DSP的程序加载采用HPI（主机接口）模式。对于HPI引导模式，必须将HINT和INT2引脚连接在一起，以保证Bootloader程序能检测到INT2有效。当检测其为低电平时，进入HPI引导方式。主处理器5410启动运行后，5410程序从Flash中下载5416程序，通过5410与5416之间的HPI写入5416 RAM。在将程序写入5416时，要按照5416程序的cmd文件配置，将从Flash中读出的代码写入5416程序空间的代码段。写完代码后，还应将5416代码的起始地址写入5416的0x7f单元，将0写入0x7e单元，起始地址可在CCS仿真环境中编译5416代码后看出，此时PC所指向的位置就是代码的起始地址。这是因为，当5416进入HPI引导方式后，Boodloader程序开始检测0x7f单元的内容（0x7e和0x7f两单元内容在Boodloader程序开始执行时就清零）。当检测到其内容不为零时，即将0x7e的内容赋给XPC，将0x7f的内容赋给PC，程序跳转到PC所指向位置执行用户代码。这样就实现了从片5416的程序加载启动。图3是HPI模式加载用户代码的流程。

3.2 并行加载模式实现TMS320VC5410的程序加载

　　5410主处理器的用户代码加载采用并行模式加载。在本系统中，有多份5410用户代码存储于Flash中。系统上电后，先要从Flash中下载FPGA配置代码，然后读出拨码开关的值，再选择相应的用户代码下载，完成后，跳转到用户代码的入口地址开始执行用户代码。为此，需要设计一启动程序以实现以上功能。启动程序的内容包括下载FPGA配置代码，读拔码开关值，并根据此值选择下载相应的5410用户代码到其cmd文件配置的相应程序空间。完成后，跳转到用户代码起始地址。代码的起始地址通过CCS仿真环境编译后获得，启动程序的下载运行，则要依靠TI的片内引导程序，采用16位并行模式引导加载，需要构建引导表。所谓引导表就是引导程序要调入的代码。引导表中除了包括源代码之外，还包含一些附加信息。这些信息指导引导程序的具体执行过程。因此，可以说引导表是由程序代码和一些附加信息组成的一种数据结构。在这里，我们需要用启动程序构建引导表，并将引导表也写入Flash中。

　　在此系统中，Flash存储器映射为DSP的0x8000～0xffff数据空间。对Flash操作时，首先要选择页，每一页都对应为DSP的0x8000～0xffff地址的数据空间。需要注意：除了将引导表写入Flash外，还应将引导表的起始地址（对于DSP处理器而言的地址，如果在Flash中为0，则对DSP即为0x8000）写入Flash第一页的最后一个单元（0x7fff单元），即DSP存储空间的0xFFFFh单元。

　　引导程序进入并行加载模式后，将查询数据空间的0xFFFFh单元，直到读入一个有效的地址数据。此数据为用户引导表的入口地址。这时，引导程序就跳转到Flash中的用户引导表开始执行。需要注意的是，对于不同型号和厂家的Flash，其引导表的格式和内容是不同的。下面就M29W800AB Flash引导表的格式及我们所配置的内容说明如下：

10AAh(16位模式)
7fff(SWWSR寄存器值)
8000h(BSCR寄存器值)
0h(启动程序运行的XPC值)
d08h（启动程序运行起始的PC值）
22f8h(启动程序的长度)
0h(启动程序装载的起始地址XPC)
d08h（启动程序装载起始地址PC）
启动程序代码…
连接8个单元的0h(表示引导表结束)

　　程序根据引导表的内容将用户代码下载到指定的程序空间中，并将指定的程序入口地址值赋给PC，使程序从此处开始执行，从而完成5410 DSP的引导启动。并行引导流程如图4所示。

　　在系统的实际调试过程中，通过HPI加载5416代码时，要注意5410和5416的时钟要匹配。一般来说，要求从片时钟为主片时钟的1.25倍以上。在此系统中，系统基准时钟为8MHz，5410启动时钟设为8MHz，5416设为10倍频80MHz。

　　本系统最大的优点是实现了一机多用，扩展了系统的功能，增强了系统的灵活性和通用性，在实际应用中已取得了良好的效果。

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