TMS320C6000系列DSP的Flash啟動(dòng)設(shè)計(jì)

隨著近年來數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)技術(shù)的迅猛發(fā)展，其越來越廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中。其中，TI公司推出的TMS320C6000系列DSP器件更是在許多需要進(jìn)行大量數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算并兼顧高實(shí)時(shí)性要求的場合得以應(yīng)用。TMS320C6000系列DSP的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，DSP器件的啟動(dòng)加載設(shè)計(jì)是較難解決的問題之一。

C6000系列DSP的啟動(dòng)加載方式包括不加載、主機(jī)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(chǔ)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(huì)讀取無效的代碼而導(dǎo)致錯(cuò)誤；主機(jī)加載方式則要求必須有一外部主機(jī)控制DSP的初始化，這將增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度，在很多實(shí)際場合是難以實(shí)現(xiàn)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(dòng)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(shí)際應(yīng)用中，通常采用的是EMIF加載方式，把代碼和數(shù)據(jù)表存放在外部的非易失性存儲(chǔ)器里(常采用Flash器件)。

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

硬件方面，其與16位寬度的Flash器件的接口如圖1所示。

對(duì)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(yīng)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(nèi)部RAM里。對(duì)于C6713，片上的Bootloader工具只能將1 KB的代碼搬入內(nèi)部RAM。通常情況下，用戶應(yīng)用程序的大小都會(huì)超過這個(gè)限制。所以，需要在外部Flash的前1 KB范圍內(nèi)預(yù)先存放一小段程序，待片上Bootloader工具把此段代碼搬移入內(nèi)部并開始執(zhí)行后，由這段代碼實(shí)現(xiàn)將Flash中剩余的用戶應(yīng)用程序搬移入內(nèi)部RAM中。此段代碼可以被稱作一個(gè)簡單的二級(jí)Bootloader。

圖2所示為使用二級(jí)Bootloader時(shí)的CPU運(yùn)行流程。

使用二級(jí)Bootloader需要考慮以下幾個(gè)事項(xiàng)：

◇需要燒寫的COFF(公共目標(biāo)文件格式)段的選擇；

◇編寫二級(jí)Bootloader；

◇將選擇的COFF段燒入Flash。

一個(gè)COFF段就是占據(jù)一段連續(xù)存儲(chǔ)空間的程序或數(shù)據(jù)塊。COFF段分為3種類型：代碼段、初始化數(shù)據(jù)段和未初始化數(shù)據(jù)段。

對(duì)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(shù)據(jù)段(如．cinit，．const，．switch，．data等)構(gòu)成。另外，可以單獨(dú)定義一個(gè)．boot-load段存放二級(jí)Bootloader。此段也需要寫入Flash。

所有未初始化的數(shù)據(jù)段(如．bss等)都不需要燒入到Flash中。

2 二級(jí)Bootloader的編寫

由于執(zhí)行二級(jí)Bootloader時(shí)C的運(yùn)行環(huán)境還未建立起來，所以必須用匯編語言編寫。二級(jí)Bootloader可參照其他類似文獻(xiàn)及TI相關(guān)文檔。此處不再贅述。

CCS中用戶工程編譯鏈接后產(chǎn)生的．map文件包含了存儲(chǔ)器的詳細(xì)分配信息。一個(gè)典型的map文件中包含的存儲(chǔ)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(chǔ)在哪一段內(nèi)存空間的信息，從map文件中還可以具體知道每個(gè)內(nèi)存區(qū)間中有多少被實(shí)際使用(燒寫Flash時(shí)會(huì)用到這個(gè)參數(shù))。內(nèi)存區(qū)間中未被使用部分是不需要寫入Flash內(nèi)容的，實(shí)際被使用的部分才是真正需要寫人到Flash中的內(nèi)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(nèi)存映像寫入Flash。

其中，使用通用燒寫器燒寫需要將內(nèi)存映像轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制或十六進(jìn)制格式的文件，而且要求Flash器件是可插拔封裝的。這將導(dǎo)致器件的體積較大，給用戶的設(shè)計(jì)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(duì)Flash執(zhí)行擦除、編程和查看內(nèi)容等操作。但這種力法的缺點(diǎn)也不少：首先，F(xiàn)lashBurn工具運(yùn)行時(shí)需要下載一個(gè)．out鏡像(FBTC，F(xiàn)lashBurn Target Component)到DSP系統(tǒng)中，然后由上位PC機(jī)通過仿真器發(fā)送消息(指令和數(shù)據(jù))給下位DSP，具體對(duì)Flash的操作由FBTC執(zhí)行。然而，這個(gè)FBTC一般是針對(duì)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(rèn)是8位)、操作關(guān)鍵字(因生產(chǎn)廠商不同而各異)都有關(guān)，所以，對(duì)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(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)]EMIF加載就必須選擇8位加載方式。這就造成了Flash存儲(chǔ)器資源的浪費(fèi)，同時(shí)限制了用戶開發(fā)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(yùn)行機(jī)制及其與上位機(jī)的通信協(xié)議，并對(duì)Flash燒寫函數(shù)進(jìn)行修改。用戶可能需要修改的幾個(gè)地方如下：對(duì)Flash編程的關(guān)鍵字和地址，BurnFlash函數(shù)中的數(shù)據(jù)指針和EMIF口的配置(針對(duì)1.0版本FBTC)。這就給用戶開發(fā)帶來了不便。把開發(fā)時(shí)間浪費(fèi)在了解一個(gè)并不算簡單的Flash燒寫工具上并不是一個(gè)好的選擇。

其次，F(xiàn)lashBurn工具不能識(shí)別．out文件，只接受..ex的十六進(jìn)制文件，因此，需要將.out文件轉(zhuǎn)換為．hex文件。這個(gè)轉(zhuǎn)換的工具就是TI公司提供的Hex6x.exe工具。轉(zhuǎn)換過程的同時(shí)，需要一個(gè)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(zhuǎn)換的繁瑣。不過，此方法要求用戶對(duì)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(dú)建立一個(gè)工程的辦法：先把用戶應(yīng)用程序(包含二級(jí)Bootloader)編譯生成的.out文件裝載到目標(biāo)DSP系統(tǒng)的RAM中，再把燒寫Flash的工程編譯生成的.out文件裝載到目標(biāo)DSP系統(tǒng)RAM的另一地址范圍，執(zhí)行Flash燒寫程序，完成對(duì)Flash的燒寫。這個(gè)辦法要注意避免兩次裝載可能產(chǎn)生的地址覆蓋，防止第2次裝載修改了應(yīng)該寫入Flash的第1次裝載的內(nèi)容。

實(shí)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(dú)建立一個(gè)燒寫Flash的工程更為方便。Flash芯片的燒寫程序段如下：

ChipErase函數(shù)和ProgramFlashArray函數(shù)的編寫可參照用戶使用的Flash芯片的Datasheet以及參考文獻(xiàn)[1]。

ProgramFlashArray函數(shù)的第1個(gè)參數(shù)是源地址指針(指向內(nèi)部Ram)，第2個(gè)參數(shù)是目標(biāo)地址指針(指向外部Flash)，第3個(gè)參數(shù)是要寫入的數(shù)據(jù)長度(單位為字)。

編寫Flash燒寫函數(shù)時(shí)有3點(diǎn)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(jié)選擇，地址總線的最低位是EA2，所以，邏輯地址需要適當(dāng)?shù)囊莆徊拍苷_地指向日標(biāo)。

對(duì)8位存儲(chǔ)器而言，應(yīng)該左移2位；對(duì)16位存儲(chǔ)器而言，應(yīng)該左移1位；對(duì)于32位存儲(chǔ)器，則不需要移位。例如要從(往)Flash的0x00000003地址讀(寫)一個(gè)字，其邏輯地址應(yīng)該是0x90000000+(0x0003<<1)，而非0x90000003。

② map文件中各內(nèi)存區(qū)間被實(shí)際占用的尺寸大小是以字節(jié)為單位的，而ProgramFlashArray函數(shù)寫入Flash的數(shù)據(jù)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(shù)的參數(shù)。

③ 燒寫函數(shù)中使用了flash_burned常量作為判斷是否需要對(duì)Flash操作的依據(jù)，且將其初始化為1。這是為了避免Flash加載之后會(huì)執(zhí)行對(duì)Flash的操作。此變量應(yīng)在燒寫Flash時(shí)手動(dòng)修改為0。

在仿真加載方式下，可以在CCS里的watchwindow窗口手動(dòng)修改flash_burned常量為0，強(qiáng)迫CPU進(jìn)入對(duì)Flash編程的程序段。實(shí)驗(yàn)證明，在仿真加載方式下手動(dòng)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(tǒng)Flash加載之后，CPU就會(huì)跳過此段代碼，實(shí)現(xiàn)正確運(yùn)行。

4 結(jié) 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(jīng)過在研制的伺服測(cè)試平臺(tái)中的應(yīng)用，證明本方法切實(shí)可行且易于實(shí)現(xiàn)，避免了目標(biāo)文件格式的轉(zhuǎn)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(shù)使之適應(yīng)自己的硬件情況。對(duì)于Flash器件接口與TI的DSP不一致的情況，本方案是一個(gè)很好的選擇。