基于DSP的外部存储器引导方法实现

TI公司的高速数字信号处理器TMS320C6000系列DSP支持并行处理，采用甚长指令字(VLIW)体系结构，内部设置有8个功能单元(两个乘法器和6个ALU)，8个功能单元可并行操作，最多可以在一个周期内同时执行八条32位指令。指令操作为“流水线”工作方式。应用高性能DSP可以大大提高数据密集型应用系统的性能，能快速完成滤波、卷积、FFT等数字信号处理或进行更复杂的运算，在现代信号数字化处理中有很好的应用前景。
   　　由于内部结构上的差异，TMS320C6000系列与TMS320C54系列的引导方式有很大差别。在开发应用TMS320C6000系列DSP时，许多开发者，尤其是初涉及者对DSP ROM引导的实现有些困难，花费许多时间和精力摸索。笔者结合开发实例，介绍了实现外部存储器引导的具体方法。
   　　DSP的引导过程
   　　DSP系统的引导(BOOT)是指系统加电或复位时，DSP将一段存储在外部的非易失性存储器的程序代码通过DMA方式拷贝到内部的高速内存中运行。这样既能扩展DSP有限的存储空间，又能充分发挥DSP内部资源的效能。用户的代码也可以通过掩膜方式写入到DSP内部ROM中，但这样受容量和价格的限制，且不便于扩展和升级。
   　　DSP的引导过程如下：
   　　1) DSP复位后，通过DMA方式将外部CE1空间的数据读入到内部程序空间地址0处，读入数据的多少因芯片而异(TMS320C6712一次只拷贝1KB)。
   　　2) DSP推出复位状态，开始执行内部程序空间地址0处的程序，这段程序先将外部主程序数据读入到DSP内部程序空间相应地址，然后跳转到主程序运行。
   　　第一步是由芯片自动完成，关键是第二步：用户需要编写相应的汇编程序，实现二次引导，即用户主程序的装载。
   　　引导失败的原因分析
   　　(1)链接命令文件(.cmd)文件
   　　链接命令文件定义了链接的参数，描述系统生成的可执行代码各段的段名及映射到目标板的物理空间。当这些段的起始地址或段的长度编写错误时，引导程序就可能发生错误。
   　　(2)可执行代码的二进制文件格式
   　　用户的程序在CCS开发环境下编译生成COFF文件格式，仿真过程中可以直接加载COFF文件运行。但当调试仿真通过后，目标板要脱离CCS环境独立运行时，可执行代码就需要转换为二进制文件格式，保存在目标板的外部存储器上。转换时需要使用正确的配置文件。
   　　(3)目标板的硬件电路(引导模式，系统时钟)
   　　目标板的硬件电路也会影响引导程序的正常运行，如设置的引导模式与实际的外部存储器不符，系统时钟电路不工作，复位信号恒有效等。
   　　下面结合TMS320C6212的开发实例，具体介绍外部存储器引导的实现。
   　　ROM引导实例
   　　TMS320C6212是TMS320C6201的简化版芯片，内部资源相对较少，工作频率相对较低，但其价格低廉，具有很高的性能价格比。TMS320C6212的工作频率可达150MHz，最高处理能力为900MIPS，很适合中小型系统开发。
   　　由于FLASH是一种高密度、非易失的电擦写存储器，系统采用FLASH作为外部存储器。除了专用的硬件编程器可以把二进制代码写入FLASH中，还可以利用DSP的调试系统，通过软件编程写入。DSP与FLASH的接口连接如图1所示。
   　　
   
   　　系统工程在CCS开发环境下使用C语言编程，这样可以缩短开发周期，提高工作效率，并具有移植性好的优点。引导工程的文件流程如图2所示。
   　　
   (1) 中断向量表 vectors.asm
   
   　　中断向量表缺省保存在DSP芯片内部RAM的0地址开始的0x200字节空间，上电或复位后，芯片自动运行复位中断。因此，复位中断向量设置为引导程序(_boot)的入口地址，引导程序的主体在boot.asm中定义。部分程序如下：
   　　.ref _boot ;调用引导程序
   　　.sect “.vectors” ;段声明
   　　RESET_RST: ;复位中断向量
   　　mvkl .S2 _boot, B0 ;装载引导程序地址
   　　mvkh .S2 _boot, B0
   　　B .S2 B0 ;跳转到引导程序执行
   　　NOP 5
   　　(2) 自引导的汇编程序 boot.asm
   　　自引导汇编程序主要是配置基本的寄存器，并将保存在外部FLASH中的二进制程序拷贝到DSP内部的RAM中再执行。由于TMS320C6712自动拷贝1KB，因此起始地址是从0x400开始，汇编程序如下：
   　　.sect “.boot_load” ;定义数据段
   　　.ref _c_int00 ;声明外部函数
   　　.global _boot ;定义全局函数
   　　_boot:
   　　;先设置控制寄存器，如EMIF_GCR等，(略)
   　　;拷贝FLASH中的程序到DSP内部RAM
   　　mvkl 0x00000400, A4 ;A4为RAM地址指针
   　　|| mvkl 0x90000400, B4 ;B4为FLASH地址指针
   　　mvkh 0x00000400, A4
   　　|| mvkh 0x90000400, B4
   　　zero A1 ;A1用作计数器
   　　_boot_loop: ;DSP开始读取FLASH中程序
   　　ldb *B4++, B5
   　　mvkl 0x0000F200, B6 ;B6为需要拷贝的字节数
   　　add 1, A1, A1
   　　|| mvkh 0x0000F200, B6
   　　cmplt A1, B6, A0
   　　nop
   　　stb B5, *A4++
   　　[B0] b _boot_loop
   　　nop 5
   　　mvkl .S2 _c_int00, B0 ;循环结束后，跳转到主函数main执行
   　　mvkh .S2 _c_int00, B0
   　　B .S2 B0
   　　Nop 5
   　　(3) 主程序 main.c
   　　主程序是DSP要实现具体功能的主体，其定义的主函数main()经编译后在函数_c_int00中调用，因此在上面的引导程序结束时，将跳转到函数_c_int00，即主函数main执行。
   　　(4) 链接命令程序 link.cmd
   　　链接命令程序用于定义系统各存储器的地址及大小，并分配编译后各段到相应的存储空间，link.cmd内容如下：
   　　-c
   　　-lrts6201.lib
   　　MEMORY
   　　{
   　　vecs: o = 00000000h =00000200h
   　　BOOT_RAM: o = 00000200h l = 00000200h
   　　IRAM: o = 00000400h l = 0000c400h
   　　CE0: o = 80000000h l = 01000000h
   　　CE1: o = 90000000h l = 00100000h
   　　}
   　　SECTIONS
   　　{
   　　.vectors > vecs fill = 0
   　　.boot_load > BOOT_RAM fill = 0
   　　.text > IRAM fill = 0
   　　.stack > IRAM fill = 0
   　　.bss > IRAM fill = 0
   　　.cinit > IRAM fill = 0
   　　.far > IRAM fill = 0
   　　.sysmem > IRAM fill = 0
   　　.cio > IRAM fill = 0
   　　}
   　　(5) 转换命令程序 convert.cmd
   　　上面的工程文件经CCS系统编译、汇编后生成可执行COFF文件(.out)，它需要转换为二进制文件，再写入到FLASH中。CCS开发系统带有转换程序：
   　　hex6x.exe 将可执行COFF文件(.out)转换为十六进制文件(.hex)
   　　hex2bin.exe将十六进制文件(.hex)转换为二进制文件(.bin)
   　　命令行的格式为：
   　　hex6x.exe convert.cmd
   　　hex2bin.exe mboot
   　　其中convert.cmd内容如下：
   　　mboot.out ;输入文件名 .out 格式
   　　-x
   　　-map mboot.map ;生成映射文件
   　　-image
   　　-memwidth 8 ;内存的位宽
   　　-o mboot.hex ;输出文件名 .hex格式
   　　ROMS
   　　{
   　　FLASH: org = 0, len = 0x10000, romwidth = 8
   　　}
   　　结束语
   　　综上所述，实现TMS320C6712的外部内存自引导并不复杂，关键是要理解芯片的自引导过程和程序汇编后各部分的作用，配置好引导代码段和程序代码段的实际物理地址，并且正确地初始化相应的寄存器和变量。