基于C语言和GEL语言的Flash编程新方法

摘要 以TMS320VC5402为例，探讨一种综合运用C语言、数据文件及GEL语言的Flash编程新方法。该方法完全采用C语言编写烧写程序，解决了指针不能访问高端Flash的问题；把引导表作成数据文件，可实现大引导表的分批次加载；通过GEL程序控制C程序执行，较好地体现了Flash编程的流程。
关键词 TMS320VC5402 Flash 引导表 通用扩展语言 GEL
引言
　　在DSP应用系统开发的后期，一般需要将用户程序写进Flash等非易失性存储器，以便采用并行引导的方法实现用户程序的自举加载。这一步骤称为“烧写”；针对Flash的烧写又称为Flash编程。以往的编程方法大多采用汇编语言编写程序，可读性较差，并将引导表的制作也放在程序中实现；用户程序一变，烧写程序就得重新编写，不具有通用性。参考文献[1]采用C语言完成Flash读写，较清晰地体现了Flash编程的思想，但是它采用指针访问Flash空间，不能对高端Flash（64 K字存储空间以外）进行访问，且将引导表作成数组的方法仍显机械。
　　这里提出的Flash编程方法完全采用C语言编写烧写程序，运用函数地址访问高端Flash，借助数据文件将引导表加载到数据空间。GEL（General Extension Language,通用扩展语言）作为一种程序扩展语言，被广泛用于调试及程序运行环境的定制。这里将GEL语言运用于Flash编程，可以控制C程序在数据加载完成后执行烧写过程，从而实现大引导表的烧写。
1 DSP开发板及Flash存储器
　　笔者使用的DSP开发板上有1片TMS320VC5402通用DSP芯片、1片SST39VF400A存储芯片（Flash）、键盘和液晶显示器等。其中Flash容量为256 K字（1字=16位），组织为128个扇区或8个块。为充分发挥Flash容量大的特点，本系统在硬件上将Flash空间的映射设计为：在上电自举过程中，Flash空间的0x04000～0x0FFFF映射到数据空间的0x4000～0xFFFF；上电自举完成后，整个Flash空间0x00000～0x3FFFF映射到程序空间的0x80000～0xBFFFF,即映射到了TMS320VC5402的扩展程序空间，处于高地址，因此称为“高端Flash”。由此可知，对系统进行应用开发时，Flash总是表现为高端Flash。

图1 Flash编程流程
2 Flash编程流程
　　用户程序一般以可执行COFF（公共目标文件格式）文件格式存在（后缀名为.out），Flash编程所要完成的就是将此可执行文件转换成特定的ASCII码引导表的格式，并按此格式顺序写进Flash。Flash编程流程如图1所示。下面仅以一个动画显示程序qq.out为例，介绍如何将其烧写进Flash。
2.1 生成引导表
　　通过Hex转换工具，将用户程序qq.out文件转换成十六进制形式的ASCII码流文件(ASCIIHex格式文件[2])qq.asc。首先编写一个convert.cmd命令文件。部分内容如下：
　　qq.out/*用户程序*/
　　-a/*转换成ASCIIHex格式文件*/
　　-map qq.mxp/*包含引导表的长度等信息*/
　　-o qq.asc/*转换成qq.asc*/
　　执行命令行“hex500 convert.cmd”将产生qq.mxp和qq.asc文件。其中qq.mxp文件有这样的信息：“CONTENTS: 00000000…0000433b”。表示qq.asc中的引导表长度为0x433C字，内容大致为：“10 AA 7F FF 00 02 00 00…”。
2.2 转换成数据文件
　　编程将ASCIIHex格式文件qq.asc转换成CCS（Code Composer Studio，代码集成开发环境）支持的数据文件（后缀名为.dat）。例中的引导表已属较大的表，这里将其转换为两个数据文件qq_dat1.dat和qq_dat2.dat，以在同一缓冲区分两次装载，避免因缓冲区太小而容纳不了引导表的情况发生。
　　CCS支持的数据文件的第一行为文件头信息，格式为：
　　幻数　　数据格式　　起始地址　　页类型　　数据块大小
其后是文件内容，每行表示一个数据。其中幻数固定为“1651”，数据格式可以选择“1”（十六进制整型）、“2”（十进制整型）、“3”（十进制长整型）、“4”（十进制浮点型）。
　　利用VC6.0编写该转换程序是简单的，程序运行后产生的qq_dat1.dat文件将是：“1651 1 4000 1 2000 0x10AA…”。从文件头信息可知，加载该文件可将引导表装载到数据空间0x4000起始的长度为0x2000的缓冲区中。
2.3 Flash烧写
　　利用GEL程序将引导表形成的数据文件qq_dat1.dat和qq_dat2.dat逐次装载到数据空间，调用C程序执行烧写过程。
　　由于Flash空间映射到TMS320VC5402程序空间的0x80000～0xBFFFF，故实际编写程序时使用的Flash空间的地址均需偏移0x80000。例如，Flash空间的0x5555地址单元实际上为0x85555。
　　正如前面所介绍的，虽然高端Flash囊括了整个Flash空间，但是对于C54x系列芯片，其C语言指针的宽度为16位，只能访问64 K字范围（0x0000～0xFFFF）之内的存储空间，而不能访问高端Flash（0x80000~0xBFFFF）。
　　参考文献[3]讨论了用C语言指针不能访问C54x系列DSP扩展程序空间的问题，提出了用函数名代替指针来访问扩展程序空间的方法，并给出了可供C程序调用的pfunc_ext.lib库。这一方法本质上是将函数名代表的程序空间地址（20位）传送到40位的累加器，进行累加器寻址，因此使用该库恰好可以解决指针不能访问高端Flash的问题。库中以下两个函数是有用的：
int PFUNC_wordRead(PFUNC addrProg);
//读取（扩展）程序空间地址addrProg处的一个字
void PFUNC_wordWrite(PFUNC addrProg,int wData);
//将字wData写到（扩展）程序空间地址addrProg处
　　为应用pfunc_ext.lib库，需定义一些函数，并在命令文件中为这些函数所在的自定义代码段分配段地址，以使这些函数的函数名指向Flash特定的地址单元。例如，可以编写一个C程序源文件，定义一个空函数FLASH_5555以指向0x85555:
#pragma CODE_SECTION(FLASH_5555,"bigpointer")
void FLASH_5555(void){}
　　Flash的其他地址可依此方法得到, pfunc_ext.lib库的具体说明见参考文献[3]。
　　下面应用pfunc_ext.lib库编写了Flash擦除和编程的3个基本函数flash_erase()、flash_word_write()、flash_serial_write()，分别完成Flash擦除、字编程和连续编程。其中连续编程只是循环调用了字编程函数。擦除和字编程的流程分别如图2和图3所示。擦除函数的代码如下：
//实现片擦除、块擦除或扇区擦除，type定义擦除方式，addr给出扇区起始地址或块起始地址
unsigned int flash_erase(PFUNC addr,unsigned type){
　　//执行SST39VF400A的擦除命令序列
　　PFUNC_wordWrite(FLASH_5555,FLASH_CMD1);
　　//0xAA﹥*(0x85555)
　　…
　　PFUNC_wordWrite(addr,type);//擦除类型命令
　　…
　　}

图2 擦除流程

图3 字编程流程
　　有了这些基本函数，就可以在主函数中完成Flash的烧写。下面的主函数实现将引导表烧写进Flash。
void main(){
　　…
　　asm("erase:");//擦除0x80000~0x97FFF,块擦除
　　for(i=0;i<3;i++)
　　flag=flash_erase((PFUNC)i,FLASH_BLOCK_ERASE);
　　asm("program1:");//连续编程
　　flag=flash_serial_write(FLASH_BASE,MEM_BASE,usercode_length1);//FLASH_BASE指向0x84000
　　asm("program2:");//连续编程
　　…
　　asm("program_bootaddr:");//字编程
　　flag=flash_write_word(FLASH_FFFF,0x4000);
}
　　例中采用了块擦除的方式。MEM_BASE是多次加载引导表的缓冲区起始地址，为与数据文件qq_dat1.dat中文件头对应，应保证MEM_BASE指向0x4000。其方法类似于上述函数名的地址分配（使用#pragma DATA_SECTION伪指令）。最后完成字编程，使Bootloader上电时得以在数据空间的0xFFFF处读取引导表在数据空间的起始地址，例中为0x4000。
　　为使主函数正确执行，需借GEL语言的运行调试功能，由此设计的GEL程序真正体现了Flash烧写的流程。GEL程序流程如图4所示，部分代码如下：
menuitem "PROGRAMMING";
hotmenu FlashFiring(){…
　　GEL_Load("ProgramFlash.out");//加载C烧写程序
　　…
　　if(flag){
　　GEL_Load("qq_dat1.dat");//加载数据文件
　　GEL_Go(program1); //执行连续编程
　　…
　　GEL_Load("qq_dat2.dat");//加载数据文件
　　GEL_Go(program2); //执行连续编程…
}
　　}

图4 GEL程序流程
　　GEL程序在C程序每次执行前设定正确的环境变量并初始化缓冲区。例如，数据文件的长度usercode_length1就是需要根据实际的数据文件长度进行设定的环境变量；而在进行连续编程之前，需要GEL程序重新加载MEM_BASE缓冲区。
3 运行结果
　　在CCS环境下选择File/Load GEL,装载以上GEL程序，选择GEL/ PROGRAMMING/FlashFiring,即可实现Flash烧写。拔掉仿真器，给系统重新上电，可以看到液晶显示器上QQ企鹅的动画。
4 结论
　　通过函数地址可以进行Flash的全空间访问；采用C语言编写Flash擦除和编程函数，增强了程序的可读性；将引导表作成多个数据文件，一方面适于大引导表的加载，另一方面使Flash编程算法与编程数据完全分离，提高了算法的通用性；仅在GEL程序中修改参数即可实现另一用户程序的烧写，体现了方法的灵活性。
参考文献
[1] 张勇.C/C++语言硬件程序设计--基于TMS320C5000系列DSP[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003（5）:206-230.
[2] Texas Instruments. TMS320C54x Assembly Language Tools User's Guide. SPRUF102,200-210.
[3] David M Alter. Using C to Access Data Stored in Program Memory on the TMS320C54x DSP[R]. SPRA177A, Texas Instruments Application Report,2005-08.
[4] 北京合众达电子技术有限公司. SEED--MMI5402用户指南. 2004-06.
王海涛（硕士），主要研究方向为机器视觉、焊接自动控制；
张文明（教授），主要研究方向为焊接自动控制；
王滨（教授），主要研究方向为机器视觉。