TITMS320C6000DSPs的FLASH引导设计与实现

1、TI T M S 320C 6000D SPs 的 FLASH 引导设计与实现万轩 , 王霄峻(东南大学 移动通信国家重点实验室江苏 南京 210096摘要 :TM S 320C 6000D SP s 是德州仪器公司近年来着重推广的高性能数字信号处理器芯片系列 , 不但运算速度快 , 还 内置了一些常用算法的硬件加速器 。在通信和信号处理领域 , 该芯片系列得到了广泛的应用 。根据实际使用经验归纳总结 了在 TM S 320C 6000D SP s 环境下 , FLA SH 芯片的编程 (包括编程器编程各种在线编程方法 和上电后 D SP s 的 FLA SH 自 举引导过程的多种方法 , 描

2、述了二次引导程序的编写和配置 , 并分析了各种方法的优缺点 司在这方面文档的欠缺 , D SP s D SP 的产品化过程也有较大的推动作用和借鉴意义 。关键词 :数字信号处理器 ; TM S 320C 6000; FLA SH ; 引导中图分类号 :T P 303文献标识码 :B 2005 0700903D l of C 6000D SPs FLASH Boot L oaderAN Xuanm in , W AN G X iao jun(N L ab of M obile Comm unicati on , Southeast U niversity , N anjing , 210096,

3、 Ch ina Abs tra c t :TM S 320C 6000D SP s are h igh perfo rm ance digital signal p rocessing ch i p series w h ich are generalized by T I companyrecen tly and em bedded som e fam iliar hardw are accelerato r in besides its fast operating speed 1T he D SP s series are app lied in comm un i 2cati on a

4、nd signal p rocessing area comp rehen sively 1T h is paper in troduces several k inds of flash boo t p rocedu re of TM S 320C 6000D SP s series , describes the p rogramm ing and configu rati on of second boo ting p rogram and analyses their advan tages and disadvan tages 1T he paper fills up the b l

5、ankness of T I s docum en ts system at th is aspect , and can be referenced by the developer in comm un icati on and sig 2nal p rocessing area 1Ke yw o rds :digital signal p rocesso r ; TM S 320C 6000; FLA SH ; boo t收稿日期 :20041126数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术 的整个面貌 , 而数字信号处理器 (D SP s 作为数字信号处 理的核心技术 , 其应用已

6、经深入到通信 、信息处理 、家电 、 雷达 、 声纳 、 航空航天等各个领域 。 T I 的 TM S 320C 6000系 列 D SP s 作为目前数字信号处理器中性能最高的产品 , 得到 越来越广泛的应用 。 本文描述了 C 6000D SP s 的 FLA SH 引 导实现 , 有助于解决 D SP s 系统引导设计中的障碍 。 1 D SP 系统引导方法及特点D SP s 上电后 , 把可执行程序加载到 D SP s 能访问的存储空间 , 使 D SP s 能够正确运行的过程称为 D SP s 的系 统引导或者自举 (boo t 或 boo tloader 。 C 6000芯片自举方

7、 式 (BOO TM OD E 可以分为 3类 :(1 不加载 CPU 直接从存储器中地址 0处开始执行指令。(2 ROM FLA SH 加载外部 ROM FLA SH 中的程序被拷贝到地址 0处 , 传输完成后 , CPU 退出复位状态 ,开始从地址 0处执行指令 。(3 主机引导 CPU 停留在复位状态 , D SP s 其余部分保持正常状态。在此期间 , 外部主机通过主机口初始化 CPU 的存储空间 。主机完成所有初始化工作后 , 将主机口 控制寄存器中的 D SP I N T 位设为 1, 从而结束引导过程 ,CPU 退出复位状态 , 从地址 0处开始执行指令。“ 不加载”方式一般用于

8、 D SP s 程序的在线调试阶段 , 程序的开始执行和停止都通过 JTA G 口进行控制 ; “ 主机 引导”方式需要有另一主机设备通过 H P I 口、 扩展总线(XBU S 或 PC I 接口向作为从属设备的 D SP s 进行程序的导入 ; 在工程应用中 , 使用最广泛的是“ ROM FLA SH 加 载”方式 , 这既利用了外部的存储单元扩展 D SP s 本身有 限的 ROM 资源 , 又充分发挥了 D SP s 内部资源的效能。 2 C 6000D SPs 的 FLASH 引导的实现与分析ROM FLA SH 加载方式自举的具体过程如图 1所示 :D SP s 上电后 , 进入

9、reset 状态 , 首先 从扩展 总 线(XBU S 或主机接口 (H P I 相应数据线的上拉或下拉状态判断自举方式 , 若是 ROM FLA SH 加载方式 , 则 D SP s9 的 DM A 控制器控制 EM IF 接口以默认时序 (一般是最慢 的时序 , 从处于 CE 1空间的 ROM FLA SH 读取一定大 小的数据块复制到地址 0, FLA SH 可以为 8b 、 16b 或者 32b 数据宽度 。 传输完成后 , D SP s 从地址 0(reset 中断服 务程序起始地址 开始执行指令。在此过程中 , 不同的D SP s DM A 控制 EM IF 读取的 FLA SH

10、数据块大小不同 ,对于 C 6201 C 6202 C 6701, 是 64kB , 而 C 6211 C 6711则 是 1kB 。 这样设计的工作重点其实就是如何在第一次引导 所读取的 64kB 1kB 程序中编写和植入二次引导程序 , 以 使剩余程序和数据区完全被下载到 D SP 的内存或者外部 存储区中 , 二次引导程序在引导过程中的地位如图 1中的 虚线部分所示 。下面以 C 6202D SP s 为例对 FLA SH 引导过程中所涉及到的方面做详细的探讨。 图 1 C 6000D SP 的 FLA SH 程序引导过程211硬件连接与设置C 6000D SP s 通过外部存储器接口

11、(EM IF 与 ROM或者 FLA SH 连接 。 D SP s 与 ROM FLA SH 是主从关系 , 由 EM IF 的相关输出管脚控制 FLA SH 的擦除和读写 , 这里采用 FLA SH 作为自举引导的存储系统设计为例来加 以说明。在 EM IF 端 , CE 为片选信号 (在 ROM FLA SH 加载方式中 , ROM EM IF 必须位于 CE 1 , EA xx 为地址 线 , ED xx 为数据信号 , O E 是输出使能也就是读使能信 号 , W E 为写使能 , 这些管脚信号分别与 FLA SH 的相应管 脚相连接 。 C 6000D SP s 访问的 FLA SH

12、 地址空间最长可至A 19110,与 EM IF 的 EA 21112相连 , 访问的数据位宽度可为 8b 、 16b 、 32b , 对于 8b 和 16b 数据宽度的 FLA SH , C 620x D SP s 的 EM IF 接口的每次读取都会自动 进行 4次或者 2次读操作 , 然后拼装成 32b 指令 。 EM IF 与 FLA SH 的连接示意图如图 2所示。 图 2 C 6000D SP 与 FLA SH 的硬件连接示意图为了指定 D SP s 使用 ROM FLA SH 加载方式 , 必须 设置 BOO TM OD E 4110,具体值可以参考 T I 公司有关DA TA S

13、H EET 。在 C 6202D SP s 中 , BOO TM OD E 的值是通过设置扩展总线 (XBU S 数据位的低 5位的上拉或下拉 来实现的 , 具体设计时 , 可直接用电阻接上拉或下拉固定 设置 , 也可加上开关用于切换上拉或下拉状态 , 从而可在 实际工作模式和在线调试模式间切换。 212 FLA SH 的擦除与读写对 FLA SH 擦除和读写与一般的 D SP s 外围设备读写 有所不同 , 主要表现在 :(1 在 D SP s 将数据写入 FLA SH 之前 , 先要删除数据所在块 , 然后才能重新写入 。擦除和写操作之前都要执行 相应的命令字序列 , 而读操作则可以直接进

14、行。(2 如前所述 , D SP s EM IF 对 SH 的读取有自动, 在读取 EM IF 的 CE 1空 bit 宽度的 ROM ; 却 有 并 或 者 分 拆 的 功 能 , M b 异步接口模式 , 这样在每次把命令 SH 时 , 都只有低 8位 16位 32位有效 , 剩余 的高位数据是多少并无影响。因此对 FLA SH 中同一段存 储空间的读写操作的地址值并不相同 , 这一点尤其值得注 意 。(3 FLA SH 程序保护。 FLA SH 的擦除程序也是一命令字序列 , 命令字序列必须完全执行完毕擦除才会生效 。 为了防止 FLA SH 中程序的误擦除 , 最好在擦除命令字序 列中

15、间插入一些跳转汇编指令 , 比如跳转至复位中断服务 程序的指令。 在写入 FLA SH 程序时 , 可以用手工改 PC 值 的办法跳过这些附加的跳转指令 , 而在程序异常情况下 , 这些附加的跳转指令就避免了命令字序列被完全执行从 而保护了 FLA SH 程序。 213可执行程序写入 FLA SH有了 212中所描述的 FLA SH 擦除和读写程序 , 下一 步目标就是把原代码经过编译和连接后得到的 1out 可执 行目标代码写入 FLA SH 。在 ROM FLA SH 加载方式下 , 所有需要 D SP s 运行程序都事先烧写在 ROM FLA SH 内 。烧写 FLA SH 有多种方法

16、:(1 编程器烧写1out 文件是 D SP s 可以识别的 coff 格式 , 但硬件编程 器需要 1H EX 或者 1B I N 文件 , 这可以使用 T I 公司提供 的格式转换工具 , 生成 1H EX 或者 1B I N 格式 , 然后通过 硬件编程器进行烧写。这种方式不仅需要硬件编程器配 合 , FLA SH 应是可拆卸的封装 , 对 D SP s 的开发和使用极 为不便 。(2 C 6000D SP s 对 FLA SH 的直接编程新建一个 p ro ject , 程序用汇编语言编写 , 功能是实现D SP s 中代码和数据向 FLA SH 的搬移。 同样 , 如果不仅使用 D

17、SP s 内部的程序存储区和数据存储区 , 还使用了其他 外部存储器 (如 SDRAM 或者 SBSRAM 等 , 并且有代码 或者数据存储于其中 , 那么搬移程序也必须有相应的针对1这部分存储器的搬移功能。同时打开主程序 (要搬移至 FLA SH 的程序 的 p ro ject 和搬移程序的 p ro ject , 通过 JTA G 口 , 首先 load 主程序 , 然后 load 搬移程序 , 执行搬 移程序即可把已经 load 在程序存储区和数据存储区的内 容搬移到 FLA SH 中 。搬移程序不能使用与主程序的程序 空间和中断向量表重合的物理空间 , 以免覆盖 。这种方法 避免了目标

18、代码的格式转换 , 利用 D SP s 直接搬移 , 无需 编程器 , FLA SH 也不需频繁拆卸 , 可以使用更小封装 的芯片。(3 C 6000D SP s 对 FLA SH 直接编程的另一种办法 现在的 D SP s 程序 , 诸如 C 6000这样高性能 D SP s 上 的程序 , 多是用 C C +语言来编写的 , 且使用了如 CCS 等 所提供的 D SP B I O S 实时操作系统 , 因此需要建立起 C 或 者 C +所必须的运行环境。如果采用方法 (2 , 在 load 完主程序之后又 load 移程序 , 很有可能会破坏第一次 load C +运 行环境 , 导致搬移

19、到D SP s对 C C +, 采取复杂 ,一个 p ro ject , 把搬移程序直接嵌入主程序中。同样 , 搬移 程序用汇编编写 , 仅是擦除过程和多次 DM A 操作构成的 写入过程 , 这样的程序代码长度很小 , 不会占用主程序过 多的程序空间 。在通过 JTA G 口 load 之后 , 手工更改 PC 值指向这段代码 , 控制其运行结束 , 而在此之后 , 这段短 小的搬移程序不会被主程序中任何一段代码所调用。 (4 C 6000D SP s 通过 U SB 口从 PC 机下载和编程 由于实际设计开发系统中具备 U SB 接口 , 实现了 C 6000D SP s 与 PC 的通信

20、 , 因此采用 U SB 口实现程序的 FLA SH 编程不失为一个简单易行的方法。具体可以把通 过 U SB 接口在线烧写 FLA SH 的功能程序潜入在 D SP s 常规程序中 , 改功能程序实现从 U SB 口接收数据 , 解释 coff 格式和写目标代码至 FLA SH 。 在 PC 机上也运行一段 程序 , 通过 U SB ho st 1out 将文件传送给 D SP s 目标板的 U SB functi on 。 这种方法也很好的避免了方法 (2 的不足 , 并且无须借助于 D SP s 的 JTA G 口及其开发调试环境 , 可 真正实现非专业用户的在线板载程序升级。主程序经过

21、编译和连接后 , 在 coff 格式的 1out 文件 中已经指明了需要把各程序段和数据段 load 至不同的程 序区和数据区 , 因此在采用方法 (2 , (3 , (4 对 FLA SH 进行编程时 , 也需要在 FLA SH 中对这些不同的段加以区 分 (采用设标志方法或固定区域放置固定段内容 , 这样在 引导程序中也必须针对不同的段把程序或者数据引导至 不同的地址段。214引导程序如前所述 , C 6000D SP s 上电后 , DM A 自动从 CE 1空 间 的 FLA SH 载入一定 长度的 代码段至地 址 0, 对 于 C 6201 C 6202 C 6701来说 , 这段长度是 64kB , 而 C 6211 C 6711则是 1kB 。因此 , 如果在这段长度的字节内容中包 含所需的二次引导程序 , 便实现剩余程序和数据的继续载 入 。 在自动载入结束后 , D SP s 会自动从地址 0开始执行指 令 。对此 , 具体步骤如下 :(1 , 各 C +的运行环境还没 , 在 s 0, 一般是一个指向 C 环境的初始化 , 因 此初始化程序必然不能正常运行。 通过修改复位中断的服 务程序