利用Flash实现DSP对多个程序有选择的加载_存储器论文
关键词：flash存储器 dsp 主机接口 bootloader 引导表
引 言
在tms320c54x系列dsp系统的开发中，由于dsp片内只有rom和ram存储器，如要将用户代码写入rom中，必须要由dsp芯片厂家来完成；但这样做用户就不能再更改代码，很不实用。由于ram在dsp掉电后不能再保存数据，因此，常常利用eprom、flash等一些外部存储器来存放用户代码。在dsp上电工作后，利用dsp提供的boot机制，再将程序下载到dsp ram中运行。如果使用eprom外部存储器存放用户代码，需要用代码转换工具将用户代码转换为二进制目标文件，然后用编程器将其烧写进eprom；而如果使用flash存储器存放用户代码，则可直接使用dsp仿真器和ccs（code composer studio ）仿真环境进行在线编程，使用灵活方便，不再需要其它编程设备。在某一以太网通信系统中，我们就采用flash存储器来实现多份用户代码的有选择加载。下面就以此系统为例介绍对tms320vc54x dsp的一种用户代码加载的方法。
1 系统构架
牐牬送ㄐ畔低郴于802.3以太网标准，用以实现各终端之间的话音和其它数据的通信，以及实现局域网内终端与外界的话音和数据通信。为节约开发成本，提高系统的可扩展性、通用性和灵活性，我们对每个网内终端采用同样的硬件架构，通过使用不同的软件代码而使其实现不同的功能，发挥不同的作用。
牐犆恳煌ㄐ胖斩擞2块dsp芯片、1块网卡、1块cpld和1块fpga以及flash存储器等器件组成可扩展的基本结构。其中，以tms320vc5410 dsp作为主cpu，负责系统的逻辑控制和一般数据传输；以ms320vc5416 dsp作为从cpu，负责话音的编解码和回声消除、语音检测等工作。2块dsp之间通过主机接口（hpi）进行通信。为了实现代码的有选择下载，可由fpga配置一端口作为拨码开关，使用户通过调节拨码开关，可以有选择地下载存储于flash中的用户代码，其结构如图1所示。
牐犈渲貌β肟关是为了扩充系统的功能，以实现一个硬件平台的多种用途。我们可以将实现不同功能的多份用户代码都写入flash存储器中存放，通过硬件拨码开关的设置，选择其中一份用户代码下载执行。在系统上电加载用户代码时，系统先从flash下载fpga配置程序，然后通过fpga读出拨码开关的值，再根据此值从flash中选择对应的5410 dsp用户代码加载；而5416 dsp的用户代码加载是在5410代码加载完成，启动运行后由5410程序从flash中读出相应的5416代码，再通过hpi加载到5416的，以此实现5416 dsp的代码加载与启动。
2 m29w800ab flash存储器介绍及使用
牐犜诖讼低持校我们选用的是m29w800ab flash存储器，其容量为512k×16位, 分为16页，每页32k。其中，第0页有4个模块：0x00~0x1fff、0x2000~0x2fff、0x3000~0x3fff、0x4000~0x7fff。其余各页，每页为1个模块，共有19个模块。
牐牰訤lash的操作要靠写入一系列特定的地址和数据序列来完成。在每次对flash写入之前，要对其原来的内容进行擦除。flash的擦除包括块擦除和芯片擦除两种。块擦除是对一个模块进行擦除，芯片擦除是擦除整个flash的内容。因此，对flash的操作，是以模块为基本单元的。对flash的操作由指令决定，其必须满足flash的时序要求，每条指令需要1～6个不等的指令周期。主要操作指令包括读数据指令、编程指令、复位指令、自动选择指令和擦除指令。每个指令周期由一个命令构成，每个命令代码所执行的任务如表1所列。
表1 flash的命令说明
| hex代码 | 命 令 |
| 00h | 有效/保留 |
| 10h | 芯片擦除确认 |
| 20h | 保留 |
| 30h | 模块擦除继续/确认 |
| 80h | 建立擦除 |
| 90h | 读电平信号/模块保护状态 |
| a0h | 编程 |
| b0h | 擦除中止 |
| f0h | 读阵列/复位 |
牐犗旅嬉訫29w800ab flash的块擦除指令为例，具体说明flash的操作时序：块擦除指令需要6个总线周期，先以2个解锁周期开始，然后是1个擦除建立周期，接下来又是2个解锁周期，最后是1个擦除确认周期，其指令时序如表2所列。
表2 flash擦除指令说明
| 周期 | 第1周期 | 第2周期 | 第3周期 | 第4周期 | 第5周期 | 第6周期 |
| 地址 | 5555h | 2aaah | 5555h | 5555h | 2aaah | 模块地址 |
| 数据 | aah | 55h | 80h | aah | 55h | 30h |
牐犉銫语言程序设计代码如下：
#define flash ((volatile unsigned int*)0x8000)
block_erase(addr){
flash[0x5555] = 0x00aa;
wait(1000);
flash[0x2aaa] = 0x0055;
wait(1000);
flash[0x5555] = 0x0080;
wait(1000);
flash[0x5555] = 0x00aa;
wait(1000);
flash[0x2aaa] = 0x0055;
wait(1000);
flash[addr] = 0x0030;
}
牐犘枰注意的是，flash相对于dsp来说是慢速设备，编程时，对flash的访问需要有足够的延时等待。对其它指令这里就不一一介绍了。要了解更多内容，可参考具体的flash存储器手册。
3 引导装载
牐燭ms320vc5410和tms320vc5416片内rom中固化有ti公司的引导装载(bootloader)程序，用于在上电复位时把用户代码从外部存储器引导到片内ram中运行。引导程序是在一些片内固化的一个程序，它负责上电时初始化存储器。换句话说，它将程序从非易失性存储器（如flash存储器）中调入系统的存储器中。其提供的片内引导模式有： hpi（主机接口）引导、并行eprom引导、并行i/o引导和串行口引导等。下面先介绍这两块芯片的上电引导过程。
牐燚sp上电复位后，先检测其mp/mc引脚，如果mp/mc＝“0”，表示使用片内rom引导。此时，dsp从0xff80处开始执行ti的片内引导程序。进入引导程序后，hint引脚变为低电平，然后开始检测int2是否为低电平（有效）。如有效，则进入hpi引导方式；否则，检测int3引脚。如有int3请求中断，则进入串行引导方式；否则，就进入并行引导方式。在本系统中，我们采用ti公司提供的bootlooder程序进行引导装载，为此，应将mp/mc引脚接低电平。引导程序流程如图2所示。
3.1 hpi模式实现tms320vc5416的程序加载
牐牥匆陨仙杓疲5416dsp的程序加载采用hpi（主机接口）模式。对于hpi引导模式，必须将hint和int2引脚连接在一起，以保证bootloader程序能检测到int2有效。当检测其为低电平时，进入hpi引导方式。主处理器5410启动运行后，5410程序从flash中下载5416程序，通过5410与5416之间的hpi写入5416 ram。在将程序写入5416时，要按照5416程序的cmd文件配置，将从flash中读出的代码写入5416程序空间的代码段。写完代码后，还应将5416代码的起始地址写入5416的0x7f单元，将0写入0x7e单元，起始地址可在ccs仿真环境中编译5416代码后看出，此时pc所指向的位置就是代码的起始地址。这是因为，当5416进入hpi引导方式后，boodloader程序开始检测0x7f单元的内容（0x7e和0x7f两单元内容在boodloader程序开始执行时就清零）。当检测到其内容不为零时，即将0x7e的内容赋给xpc，将0x7f的内容赋给pc，程序跳转到pc所指向位置执行用户代码。这样就实现了从片5416的程序加载启动。图3是hpi模式加载用户代码的流程。
3.2 并行加载模式实现tms320vc5410的程序加载
牐5410主处理器的用户代码加载采用并行模式加载。在本系统中，有多份5410用户代码存储于flash中。系统上电后，先要从flash中下载fpga配置代码，然后读出拨码开关的值，再选择相应的用户代码下载，完成后，跳转到用户代码的入口地址开始执行用户代码。为此，需要设计一启动程序以实现以上功能。启动程序的内容包括下载fpga配置代码，读拔码开关值，并根据此值选择下载相应的5410用户代码到其cmd文件配置的相应程序空间。完成后，跳转到用户代码起始地址。代码的起始地址通过ccs仿真环境编译后获得，启动程序的下载运行，则要依靠ti的片内引导程序，采用16位并行模式引导加载，需要构建引导表。所谓引导表就是引导程序要调入的代码。引导表中除了包括源代码之外，还包含一些附加信息。这些信息指导引导程序的具体执行过程。因此，可以说引导表是由程序代码和一些附加组成的一种数据结构。在这里，我们需要用启动程序构建引导表，并将引导表也写入flash中。
牐犜诖讼低持校現lash存储器映射为dsp的0x8000～0xffff数据空间。对flash操作时，首先要选择页，每一页都对应为dsp的0x8000～0xffff地址的数据空间。需要注意：除了将引导表写入flash外，还应将引导表的起始地址（对于dsp处理器而言的地址，如果在flash中为0，则对dsp即为0x8000）写入flash第一页的最后一个单元（0x7fff单元），即dsp存储空间的0xffffh单元。
牐犚导程序进入并行加载模式后，将查询数据空间的0xffffh单元，直到读入一个有效的地址数据。此数据为用户引导表的入口地址。这时，引导程序就跳转到flash中的用户引导表开始执行。需要注意的是，对于不同型号和厂家的flash，其引导表的格式和内容是不同的。下面就m29w800ab flash引导表的格式及我们所配置的内容说明如下：
| 10aah(16位模式) |
| 7fff(swwsr寄存器值) |
| 8000h(bscr寄存器值) |
| 0h(启动程序运行的xpc值) |
| d08h（启动程序运行起始的pc值） |
| 22f8h(启动程序的长度) |
| 0h(启动程序装载的起始地址xpc) |
| d08h（启动程序装载起始地址pc） |
| 启动程序代码… |
| 连接8个单元的0h(表示引导表结束) |
牐牫绦蚋据引导表的内容将用户代码下载到指定的程序空间中，并将指定的程序入口地址值赋给pc，使程序从此处开始执行，从而完成5410 dsp的引导启动。并行引导流程如图4所示。
牐犜谙低车氖导实魇怨程中，通过hpi加载5416代码时，要注意5410和5416的时钟要匹配。一般来说，要求从片时钟为主片时钟的1.25倍以上。在此系统中，系统基准时钟为8mhz，5410启动时钟设为8mhz，5416设为10倍频80mhz。
牐牨鞠低匙畲蟮挠诺闶鞘迪至艘换多用，扩展了系统的功能，增强了系统的灵活性和通用性，在实际应用中已取得了良好的效果。