TMS320C6000系列二次Bootloader的设计与实现

2万 · 2014-4-3 23:55

引言

随着DSP(数字信号处理器)系统的广泛应用，其程序规模也随之不断扩大，使用芯片本身自带的Boot-loader通过Flash存储器来引导DSP程序，往往受到程序大小和结构的制约，比如程序很大超过厂商固化boot的范围，再如中断向量表的不同位置对程序boot跳转的影响，等等，因此越来越需要更加灵活的引导方式。
系统上电后，由引导程序将DSP的应用程序从该存储器引导到DSP应用板上的高速存储器(如内部SRAM、SDRAM等)中。由于Flash存储器具有电信号删除功能，且删除速度快，集成度高，因此已成为此种存储器的首选。由于Flash存储器的存取速度较慢，写入Flash存储器的程序将在系统上电时被DSP装载到快速的存储器中运行，这个过程称为Boot loader。不同的DSP有不同的引导方式。以TI公司TMS320C6000系列芯片为例，自举方式有3种：无自举(No Boot)，CPU直接开始执行地址0处的指令；主机自举(Host Boot)，系统复位后主机通过CPU的HPI(主程序设计接口)初始化DSP的存储空间；ROM自举(ROM Boot)，DMA控制器从CEl空间复制固定长度程序的地址0处，然后从地址0处开始执行。对于620x／670x DMA，复制64 kB数据从CEl到地址0；而对于621x／671x EDMA，复制1 kB数据从CEl地址开始到地址0。
关于TI公司的C6000芯片二次Bootloader在许多文献都介绍过，包括二次Bootloader的PLL、EMIF的设置和搬移表的设置和Flash存储器的烧写过程，但是对于有中断向量表的二次Bootloader实现的文献很少。本文以TI公司高性能DSP的代表作TMS320C6000系列芯片为例，介绍了一种带中断向量表的二次Bootloader的新途径，从而为TMS320C6000系列DSP的开发提供了一种新的思路。该方法在实际中得到具体应用，系统运行稳定可靠。
1 二次Bootload的过程
TMS320C6713是TI公司推出的TMS320C67xx系列浮点DSP中最新的一种芯片。TMS320C6713每周期可以执行8条32位指令；支持32／64位数据；具有最高225 MHz的运行速度和1800 MIPs(百万次运算每秒)或1350 MFLOPS(百万次浮点运算每秒)的处理能力；同时是有强大的外设支持能力；EMIP(外部存储器接口)可以很方便地与SDRAM、SBSRAM、Flash存储器、SRAM等同步和异步存储器相连，16位EHPI接口可以与各种处理器接口；另外，还有优化的多通道缓存串口和多通道音频串口，这些外部接口使设计人员可以很容易实现自己的应用系统。
在选择ROMBoot方式时，RESET由低变高后，C6713的CPU内核处于复位状态，而C6713的其他部分则开始工作，此时EMIF的CEl空间根据ROM Boot的方式自动地配置为8／16／32位异步存储器接口，并且CEl空间读／写时序自动地配置为最大，随后将CEl空间的前1 kB复制到0x0000 0000地址处。通过这1 kB的数据实现对其他程序的引导。对于中断向量表设在0x0000 0000～0x0000 0400处的程序来说，1 kB数据中处包含EMIF设置代码和搬移程序外，必然也包含中断向量表。本文重点叙述带中断向量表的Bootloader的过程，中断向量表起始地址为0x00000000。如果程序长度小于1 kB，那么就不需要二次bootloader，但是往往程序长度都会大于1 kB，所以二次bootloader是必然的过程。
二次Bootloader的实现需要引入EMIF设置和搬移的程序，即编写boot_c671x_2.s62、c6713_emif.s62，lnk2.cmd和boot.cmd3个文件。本文以实现多通道缓冲串口的程序进行说明，实现二次Bootload的过程框图如图1所示。

首先调入调试好的用户程序工程文件MeBSP_test.pjt工程作为例程，然后在此工程文件中引入3个文件。

2万 · 2014-4-3 23:55

程序编写好后，要引入3个很重要的文件；EMIF的值定义文件(c6713_emif.s62)；关于EMIF的设置和数据搬移的程序(boot_c67lx_2.s62)；cmd配置文件(lnk2.cmd)。同时，其原来的mcbsp.cmd文件要去掉。图2做了一个对比。图2(a)为原程序，图2(b)为生成要烧写的数据的程序，图2(b)中加入了3个文件，原有的mcbsp.cmd去掉了。其中boot_c67lx_2.s62是通用的，c6713_emif.s62要根据具体实际的芯片配置EMIF的参数。

其中boot_c671x_2.s62包含了.boot_load的函数，这个函数包含几个过程，如图3所示。c6713_emif.s62文件包括EMIF的几个参数配置。Ink2.cmd文件位COFF的配置。

其次，就是把生成的*.out文件首先使用CCS开发环境自带的工具Hex6x.exe把工程生成的*.out文件转化成hex格式，在DOS环境下指令为>Hex6x.exeboot.cmd。

2万 · 2014-4-3 23:55

后根据Flash存储器芯片的要求把hex文件烧写到Flash存储器中指定的地址即可。本例采用的AM29LV800BB-70ecFlash存储器芯片，采用3.3 V供电，完全兼容JEDEC标准，并支持在系统编程，用户只需向其内部的命令寄存器写入命令序列即可实现部分擦除、全部擦除、数据写人等功能；同时可提供硬件和软件方法来检查Flash存储器的操作执行情况。首先需要对芯片进行擦除全部变为0xFFFF，然后再进行烧写。由于Flash存储器是以16位进行访问的，所以对Flash存储器而言其物理地址以16位为单位进行编址，而程序中使用的逻辑地址是以字节为单位进行编址的，二者之间的关系如下：逻辑地址=物理地址<<1，所以程序中有地址偏移。下面给出烧写的程序。

2万 · 2014-4-3 23:55

2 带有中断向量表的二次Bootloader的实现
第1节介绍了一般的二次Bootload过程，但当需要boot带中断向量表的程序时，需要仔细考虑3个重要文件的编程，否则将会遇到意想不到的后果。
2.1 配置文件Ink2.cmd
Ink2.cmd有了细微差别，此时有中断向量表，所以在分配时要考虑vectors的分配空间。在配置文件中差异主要在Memory中，section的部分如下：
SECTIONS

MEMORY的差别具体如下：
a) 没有考虑中断向量表配置的部分程序：

2万 · 2014-4-3 23:56

b) 考虑中断向量表配置的部分程序：

.vectors为中断向量表，其有0x200的长度的数据，必须放在0x90000000的地址处，.boot_load紧接着放置。
2.2 中断向量表文件vec.asm
还有一个很重要的一点是图2中vec.asm文件的变化。在调试程序时，中断向量表开始会直接跳到c_int00处，但是待烧写的前1 kB数据，首先要进行EMIF设置和搬移过程，所以其指向要发生变化。
vecter.asm部分程序如下：
a) 原程序的vecter.asm部分程序：

b) 产生Bootload数据的程序的vecter.asm部分程序：

以上程序中，程序a)开始是指向c_int00，程序b)为指向_boot，即.boot_load()的人口。这是因为在1 kB的程序复制完成后，程序即开始执行。首先应执行二次boot程序，即入口点_boot，完成二次boot后，再执行正常的初始化C语言环境代码，进而跳转到用户main函数。此时生成的.out的文件，通过hex6x.exe转化成可烧写的数据。

2万 · 2014-4-3 23:56

2.3 转换数据的配置文件boot.cmd
通过hex6x.exe可以把boot.out文件转化成boot.hex形式，方便烧写到Flash存储器中。此时Boot.cmd的也要做相应的变化，把中断向量表的程序同.boot_load程序，程序段，数据段一样转化过来。
boot.cmd配置程序如下：
a) 没有考虑中断向量表的boot.cmd配置：

b) 考虑中断向量表boot.cmd配置：

2万 · 2014-4-3 23:56

以上程序中len可以根据实际程序的长度进行修改，如果用hex6x.exe boot.cmd进行转化，程序长度过短时，会产生警告提示。此时可以查看map文件，看看程序和数据占用的空间来定len的大小，只要len大于实际的程序长度即可。Romwidth根据所用的Flash存储器的位数来定，如果是8位的就写8，如果是16位的就换成16。以上程序中，程序b)与程序a)不同的是加入了.vectors，使得生成的boot.hex文件中0x0000 0000地址就为vectors的程序。此时生成的*.hex的文件可以烧写到Flash中。
3 结束语
本文以TI公司高性能DSP TMS320C6000系列芯片为例，介绍了从Flash存储器进行引导，带中断向量表的二次Bootloader的新途径，其中对Bootloader的程序需要改写的部分详细叙述了具体的差别，从而为TMS320C6000系列DSP的开发提供了一种新的思路。该方法简单可行，在TI公司提供的文档上,只要稍做修改就可以得到正确的结果，该方法已在实际工程中得到具体应用，系统性能稳定。一般情况下中断向量表的首地址都为0x0000 0000，如果中断向量表没有设在0x0000 0000地址时，要对boot_c671x_2.s62文件中ISTP进行设置，此时vectors就不需要放在1 kB的数据中，而是在1 kB的程序空间中指向vectors的初地址。

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