TMS320VC5509在線燒寫(xiě)Flash并自舉啟動(dòng)方法研究

摘 要：為了解決TMS320VC55X系列DSP系統(tǒng)程序代碼的保存問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種利用JTAG接口，在線燒寫(xiě)Flash并實(shí)現(xiàn)自舉啟動(dòng)的方法。這種在線編程的方法利用并行外部存儲(chǔ)器加載(EMIF)接口將TMS320VC5509和Flash芯片相連接，通過(guò)搬移程序?qū)?yīng)用程序的已初始化段按照C55X系列DSP引導(dǎo)表格式燒寫(xiě)進(jìn)外部擴(kuò)展的Flash存儲(chǔ)器中，從而實(shí)現(xiàn)自舉啟動(dòng)。該方法為DSP系統(tǒng)的軟件維護(hù)和升級(jí)帶來(lái)了方便，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： TMS320VC5509；自舉啟動(dòng)；在線編程；Flash

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，DSP被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中。最終開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)若要脫離仿真器運(yùn)行，必須將程序代碼存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。Flash是一種可在線進(jìn)行電擦寫(xiě)而掉電后信息又不丟失的存儲(chǔ)器，它具有功耗低、容量大、擦寫(xiě)速度快等特點(diǎn)。如何將程序燒寫(xiě)進(jìn)Flash，并在上電時(shí)加載到DSP內(nèi)部的RAM中,是Flash在DSP系統(tǒng)應(yīng)用中的兩個(gè)基本問(wèn)題[1]。本文基于TI公司的TMS320VC5509A和AMD公司的AM29LV800開(kāi)發(fā)系統(tǒng),詳細(xì)闡述了在線燒寫(xiě)Flash并實(shí)現(xiàn)自舉啟動(dòng)的方法。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
圖1為T(mén)MS320VC5509A與AM29LV800的連接示意圖^[2]，F(xiàn)lash擴(kuò)展在CE1空間，起始地址為200000。由于TMS320VC5509A只有14根地址線A0~A13,又因?yàn)镕lash作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間使用時(shí)的地址編碼采用字尋址方式，則DSP的A0信號(hào)無(wú)效，所以AM29LV800芯片的低13位地址線A0~A12連接TMS320VC5509A的地址線A1~A13,高6位地址線A13~A18由緩沖串口來(lái)擴(kuò)展。AM29LV800是低功耗Flash，工作在2.7 V~3.6 V電壓下，一般存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以保存100年以上，可以重復(fù)編程次數(shù)高達(dá)10萬(wàn)次。A18~A0為外部地址管腳,DQ0~DQ15為16條數(shù)據(jù)線，CE為片選控制管腳，OE為輸出控制管腳，WE為寫(xiě)入控制管腳。

2 自啟動(dòng)過(guò)程分析及啟動(dòng)表結(jié)構(gòu)

DSP系統(tǒng)的bootloader是指在系統(tǒng)上電時(shí)將一段存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中的程序搬移到DSP片內(nèi)或片外擴(kuò)展的高速RAM中并執(zhí)行的代碼。Bootloader程序永久性地存儲(chǔ)在DSP以FF8000H開(kāi)始的ROM中，DSP系統(tǒng)在復(fù)位后PC=FF8000H，即從Bootloader程序首地址開(kāi)始執(zhí)行。

TMS320VC5509 DSP的Bootloader有多種加載方式^[3]，如表1所示，設(shè)置DSP的GPIO0-GPIO3，DSP在復(fù)位時(shí)讀取這4個(gè)引腳上的狀態(tài)以確定所使用的啟動(dòng)模式。本文使用16-bit EMIF加載方式,雖然連線復(fù)雜，需要考慮并行非易失存儲(chǔ)器Flash與EMIF接口的匹配關(guān)系，但是它的優(yōu)點(diǎn)很多：不需要外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，非易失存儲(chǔ)器種類多樣，容量較大，除了存儲(chǔ)下載表之外，還可存儲(chǔ)系統(tǒng)需要保存的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便在掉電時(shí)保存信息。

在這些加載模式下，下載程序之前先要生成一張載入表，即引導(dǎo)表。引導(dǎo)表的結(jié)構(gòu)如圖2所示，引導(dǎo)表攜帶的信息有代碼段和數(shù)據(jù)段信息，向DSP下載程序的入口點(diǎn)地址、寄存器配置信息和可編程延時(shí)信息。

讀引導(dǎo)表可知以下信息：程序入口地址是引導(dǎo)表加載結(jié)束后用戶程序開(kāi)始執(zhí)行的地址，也就是用戶程序生成的map文件中顯示的入口地址；需配置寄存器數(shù)表明后面有多少個(gè)需要配置的寄存器；當(dāng)延時(shí)標(biāo)志為0xFFFF時(shí)，執(zhí)行延時(shí)，延時(shí)長(zhǎng)度決定了在寄存器配置后延時(shí)多少個(gè)CPU周期才進(jìn)行下一個(gè)動(dòng)作；段字節(jié)數(shù)、段起始地址和數(shù)據(jù)表示用戶程序中定義的各個(gè)段的內(nèi)容；引導(dǎo)表以32個(gè)0為結(jié)束標(biāo)志。

生成引導(dǎo)表的方法：通過(guò)在DOS環(huán)境下使用hex55.exe轉(zhuǎn)換工具。在轉(zhuǎn)換操作之前， 先把用戶程序生成的

.out文件、包含轉(zhuǎn)換選項(xiàng)的CMD文件hex5509.cmd和轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex55.exe放在同一個(gè)文件夾里，在DOS方式下先將路徑修改為文件所在的位置，然后在此路徑下運(yùn)行命令hex55 hex5509.cmd，即可生成想要的.hex文件。

在轉(zhuǎn)換時(shí)，提供引導(dǎo)表的相關(guān)配置信息的CMD文件這里被命名為hex5509.cmd，文中用到的hex5509.cmd的內(nèi)容為：
-boot /*創(chuàng)建一個(gè)引導(dǎo)表*/
-v5510:2 /*選擇合適的DSP引導(dǎo)表格式*/
LED.out /*輸入文件*/
-o FLASH.hex /*輸出文件*/
-a /*輸出格式為straight ASCII*/
-parallel16 /*16位并行異步加載模式*/
-memwidth 16
-romwidth 16
-e 0x000004d4 /*程序的入口地址*/
-map LED.map /*輸出map文件*/
-delay 0xffff /*延時(shí)*/
3 Flash燒寫(xiě)
Flash的讀操作與傳統(tǒng)EPROM讀操作相同。由于芯片使用軟件保護(hù)模式進(jìn)行操作，用戶編程時(shí)，只要向指定的地址寫(xiě)入指定的序列，就可以啟動(dòng)Flash芯片內(nèi)部的寫(xiě)狀態(tài)機(jī)，完成指定的操作。表2為Flash的操作命令說(shuō)明(對(duì)芯片的擦除和編程都是按照字進(jìn)行的)，表中所有的數(shù)據(jù)都是十六進(jìn)制數(shù)。
Flash的正確操作順序：先復(fù)位，再擦除，最后編程。按照表2提供的操作命令時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)AM29LV800的擦除和編程，PA為編程地址，PD為編程數(shù)據(jù)。Flash擴(kuò)展在CE1空間，起始地址是200000，所以操作時(shí)所有地址必須加上200000。例如燒寫(xiě)工程中擦除部分命令為：
deminaddr = (int *)CESECT1;
addbias = 0x0555;
*(deminaddr+addbias) = 0x00aa;
addbias = 0x02aa;
*(deminaddr+addbias) = 0x0055;
addbias = 0x0555;
*(deminaddr+addbias) = 0x0080;
addbias = 0x0555;
*(deminaddr+addbias) = 0x00aa;
addbias = 0x02aa;
*(deminaddr+addbias) = 0x0055;
addbias = 0x0555;
*(deminaddr+addbias) = 0x0010;
delay(100)
芯片擦除需要占用6個(gè)總線周期，而芯片編程需要4個(gè)總線周期，依照表3的數(shù)據(jù)，在每個(gè)總線周期對(duì)相應(yīng)地址寫(xiě)入命令字就可以了。用戶一般都是對(duì)芯片進(jìn)行寫(xiě)操作，寫(xiě)操作只能使‘1’變‘0’，而擦除只能使‘0’變?yōu)椤?’。圖3為擦除和編程命令波形圖，清楚地顯示了擦除和編程操作過(guò)程。

判斷編程或擦除的結(jié)束是當(dāng)把編程或擦除的命令字按照其時(shí)序?qū)懭隖lash 時(shí)，在寫(xiě)編程命令時(shí)序或擦除命令時(shí)序的最后一個(gè)WE上升沿到來(lái)之后，AM29LV800會(huì)自動(dòng)運(yùn)行一個(gè)嵌入在Flash內(nèi)部的算法來(lái)判斷編程或擦除操作是否結(jié)束。采用觸發(fā)位校驗(yàn)的方法,檢測(cè)數(shù)據(jù)切換位DQ6(Toggle Bit)的狀態(tài)，連續(xù)讀數(shù)據(jù)會(huì)使DQ6的值在‘0’和‘1’之間來(lái)回切換，當(dāng)編程或擦除結(jié)束時(shí)，DQ6就停止值的切換[4]。因此，可以通過(guò)連續(xù)兩次讀DQ6的值來(lái)判斷編程或擦除是否結(jié)束，當(dāng)兩次讀得的值相同時(shí)，說(shuō)明編程或擦除結(jié)束，否則沒(méi)有。觸發(fā)位檢測(cè)算法流程圖如圖4所示。

4 程序的燒寫(xiě)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)在CCS仿真環(huán)境下對(duì)Flash進(jìn)行在線編程。先建立一個(gè)Flash的燒寫(xiě)工程，并在工程中將要燒寫(xiě)進(jìn)Flash的引導(dǎo)表文件通過(guò)CCS的LOAD DATA功能直接加載進(jìn)DSP的內(nèi)存，根據(jù)加載的首地址和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，在仿真環(huán)境下燒寫(xiě)進(jìn)Flash中。值得注意的是,程序加載的內(nèi)存空間不能與Flash的燒寫(xiě)程序重疊，否則燒寫(xiě)失敗。燒寫(xiě)完成以后，關(guān)掉電源，拔掉仿真器電纜，讓仿真器和計(jì)算機(jī)脫開(kāi)：重新打開(kāi)電源，實(shí)驗(yàn)板上指示燈閃爍，表明燒寫(xiě)進(jìn)Flash程序正在運(yùn)行，自啟動(dòng)成功。

需要補(bǔ)充的是，經(jīng)過(guò)hex55.exe文件轉(zhuǎn)化后的hex文件的引導(dǎo)表文件不能直接導(dǎo)入CCS中，CCS只支持將特別規(guī)定的DAT格式文件通過(guò)LOAD DATA導(dǎo)入內(nèi)存，所以在導(dǎo)入之前必須先將引導(dǎo)表轉(zhuǎn)化成DAT格式文件，這個(gè)工作可以由VC編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言轉(zhuǎn)化程序?qū)崿F(xiàn)。

本文闡述了一種針對(duì)TMS320VC5509A DSP簡(jiǎn)單有效的Flash燒寫(xiě)方法，并提出了程序自舉引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方法?？梢杂行У亟鉀Q程序代碼存儲(chǔ)問(wèn)題和DSP脫機(jī)自舉問(wèn)題，不僅提高了調(diào)試效率，也增加了系統(tǒng)的靈活性。本文討論的引導(dǎo)方法包括硬件設(shè)計(jì)及相關(guān)程序，已經(jīng)在筆者的實(shí)際開(kāi)發(fā)語(yǔ)音項(xiàng)目中使用并成功運(yùn)行。