如何基于TMS320C6678設(shè)計(jì)多核DSP上電加載技術(shù)?
0 引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201808/385127.htm在視頻檢測、醫(yī)療影像及紅外圖像快速跟瞄系統(tǒng)應(yīng)用中,越來越復(fù)雜的二維、三維甚至四維的圖像處理,需要并行化的處理系統(tǒng),并能夠運(yùn)行復(fù)雜的算法。要實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的系統(tǒng),高端FPGA+高性能DSP是目前普遍采用的方案,而單個(gè)DSP的性能已發(fā)展至極限,所以解決復(fù)雜的并行算法,多核DSP是現(xiàn)在發(fā)展的全新方向,其中多核DSP的根加載技術(shù)是其難點(diǎn)之一。
TI公司推出的DSP芯片TMS320C6678(C6678)具有8個(gè)內(nèi)核的高性能DSP,每個(gè)內(nèi)核工作頻率均達(dá)1 GHz。
其支持的Boot 模式有SPI、I2C、EMAC、SRIO 和并口Emif16 NOR-FLASH。其中Emif16 NOR-FLASH模式是不用上位機(jī)參與、比較簡單、獨(dú)立成系統(tǒng)的一種,大多獨(dú)立DSP系統(tǒng)采用該方式。
網(wǎng)上能搜索到關(guān)于C6472和C6678零星一些加載資料,都是借助于第三方轉(zhuǎn)換工具,太過于籠統(tǒng)。下面是針對C6678 的并口Emif16NOR-FLASH的上電加載作詳細(xì)的探討。
1 C6678 的上電加載過程
所謂上電加載(上電自舉),即是當(dāng)DSP復(fù)位后,正常運(yùn)行用戶程序之前運(yùn)行的一段小程序,就像PC機(jī)的BIOS 一樣。多核加載同單核加載區(qū)別很大,不但要負(fù)責(zé)主核的加載而且還有其他核的加載與激活。C6678的Emif16 NOR-FLASH 可以直接執(zhí)行程序(XIP)(這與C641x系列DSP不同),其上電加載過程示于圖1。
上電復(fù)位后,DSP 首先運(yùn)行固化在片上ROM位于地址0x20b00000的程序,稱為片上Loader,片上Loader根據(jù)DSP硬件管腳狀態(tài),判斷用戶采用的Boot模式以跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)模式的二級加載程序。如圖1的 Emif16 NOR-FLASH模式中,運(yùn)行片上Loader后,PC指針直接指向NOR-FLASH首地址0×70000000并開始執(zhí)行FLASH上的二級Loader程序,二級Loader存儲(chǔ)在FLASH開始地址0×70000000~0×70000400的范圍內(nèi)。從0×70000400開始保存應(yīng)用程序的根表數(shù)據(jù)(即被燒燒寫到FLASH中的應(yīng)用程序的數(shù)據(jù))。二級Loader的功能是將保存在 FLASH中的Core0~Core7的根表數(shù)據(jù)搬移到DSP相應(yīng)的地址段內(nèi),搬移完后,二級Loader程序PC指針跳到Core0的主程序入口地址_c_int00處,開始執(zhí)行Core0的應(yīng)用程序。在Core0的應(yīng)用程序開始加有使其他核激活運(yùn)行的代碼(這也是有別于單核的特殊之處),至此整個(gè)多核加載就此完成。事實(shí)上,如果你的應(yīng)用程序很小,且運(yùn)行速度要求不高,圖1中的2、3和4過程都可以不要,只要把應(yīng)用程序的原始代碼數(shù)據(jù)燒寫到FLASH從0×70000000開始的位置,上電正常運(yùn)行即可(這在C641x 上是不行的),如此DSP 的許多高性能就體現(xiàn)不出來,且多核工程大多采用嵌入式sysbios工程,占用存儲(chǔ)器比較大,所以正常的Boot過程必須采用圖1所示的二級加載過程。
從圖1中看出,一個(gè)完整多核加載過程,開發(fā)者需要做的是二級加載器Loader的編寫、FLASH中映像文件的產(chǎn)生、FLASH燒寫器的編寫,主核對各輔助核的觸發(fā)代碼的編寫(被加載的應(yīng)用程序不在本范圍內(nèi))。
2 多核映像文件的組成與產(chǎn)生
映像文件就是用戶要燒寫到外部FLASH上的全部數(shù)據(jù)文件,它是由二級加載器Loader的代碼數(shù)據(jù)(在文件前部)和應(yīng)用程序的根表(Boot Table)數(shù)據(jù)(文件后部)的合成數(shù)據(jù)文件。單核和多核的二級Loader 都一樣,區(qū)別就是后部的根表數(shù)據(jù)。根表是應(yīng)用程序的所有代碼和數(shù)據(jù)以在片上占用的地址來分段存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包,包的第一個(gè)4 B 是main()函數(shù)的入口地址_C_int00,后面由若干數(shù)據(jù)段組成,每個(gè)段前4 B為該段數(shù)據(jù)的字節(jié)長度Byte_count_x(x 為段序號),接著4 B Address_x 為該段在片上的存儲(chǔ)地址,后面是Byte_count_x個(gè)字節(jié)的具體數(shù)據(jù)Data_x。所有數(shù)據(jù)段結(jié)束后是4個(gè)字節(jié)0作為根表的結(jié)束標(biāo)記。該根表格式如表1所示。每一個(gè)段的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)可能不是4的整數(shù)倍,根表中數(shù)據(jù)區(qū)就在后面添0按4 B的整數(shù)倍向上取整,故整個(gè)根表文件字節(jié)數(shù)必是4的整數(shù)倍。
根表數(shù)據(jù)產(chǎn)生很簡單,由應(yīng)用程序最終生成的Out文件,通過ccs自帶工具h(yuǎn)ex6x.exe選擇不同的參數(shù)而產(chǎn)生,產(chǎn)生的文件即是根表文件,可以選擇生成二進(jìn)制文件或文本文件,本研究采用二進(jìn)制。其產(chǎn)生命令為(app為應(yīng)用程序名,app.out為ccs產(chǎn)生的連接文件):
hex6x-boot -b -e _c_int00-order L-memwidth=32 -romwidth=32-o app.bin app.out
app.bin為產(chǎn)生的二進(jìn)制根表文件,將二級Loader程序的二進(jìn)制代碼加到根表文件的頭部即是app應(yīng)用程序的映像文件。
多核的映像文件是由二級加載器Loader和多個(gè)核應(yīng)用的根表合并而成的文件。多個(gè)核對應(yīng)多個(gè)獨(dú)立的工程,并由CCS產(chǎn)生多個(gè)out文件,再由hex6x.exe產(chǎn)生各核的根表文件。后對Core0的根表文件先去掉末尾4 個(gè)0字節(jié),再將各輔助核的根表文件的開始的入口地址_C_int00和末尾4個(gè)0字節(jié)去掉,加到Core0被去掉了末尾字節(jié)的根表文件后,然后再將每個(gè)核的_C_int00當(dāng)成一個(gè)4字節(jié)的數(shù)據(jù)段來保存到上面的合成文件的后面,而各_C_int00在片上的存放地址即為各核的專門固定地址Boot Magic Address,如Core1的Boot Magic Ad-dress為0x1187fffc,Core2為0x1287fffc,…,Core7為0x1787fffc。所有根表數(shù)據(jù)段構(gòu)成后,再將4個(gè)0字節(jié)作為結(jié)尾標(biāo)志加到文件的最后,這樣合并后的根表文件如表2所示。同樣,將二級Loader 的代碼數(shù)據(jù)加到該文件頭部即形成多核的映像文件。由hex6x 生成的單核根表文件到合成映像文件的產(chǎn)生,全是文件操作,可以用一般的C語言工具,甚至Matlab等工具都可以完成。
同表1相比,表2僅僅只是增加了所有輔助核數(shù)據(jù)段和各核的_C_int00特殊數(shù)據(jù)段而已,表頭和結(jié)束字節(jié)都相同,因此完全適用于二級Loader按統(tǒng)一Boot Table格式搬移數(shù)據(jù)。需特別注意,各輔助核的out文件通過hex6x.exe產(chǎn)生的根表數(shù)據(jù)段中,當(dāng)映射到L2(0×00800000~0x0087FFFF)的范圍時(shí),與Core0的地址是相互覆蓋的,產(chǎn)生合成根表時(shí)必須加上各核的L2基地址0×10000000+n*0×1000000(n 為輔助核號),如Core1的地址0×00825000,映射為0×11825000,同樣地址Core2映射為0×12825000,Core7映射為0×17825000。
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