張小莉

(海軍計(jì)算技術(shù)研究所，北京100841)

TMS320VC54x系列DSP上電時(shí)，需要通過(guò)掩膜在DSP片上ROM的Bootloader（自舉）程序完成對(duì)用戶(hù)應(yīng)用程序的加載過(guò)程，即DSP上電后自動(dòng)將固化在Flash中的應(yīng)用程序讀入到DSP的片上RAM或片外RAM映射成的存儲(chǔ)區(qū)間的一個(gè)過(guò)程[1]。由于片上Bootloader程序在外擴(kuò)Flash并行自舉方式下,用戶(hù)應(yīng)用程序可執(zhí)行代碼長(zhǎng)度不能超過(guò)32 KB,所以在實(shí)際應(yīng)用中常常會(huì)遇到可執(zhí)行代碼超過(guò)32 KB的問(wèn)題。因此，用戶(hù)必須設(shè)計(jì)自己的Bootloader程序,通過(guò)二次自舉的方法完成對(duì)應(yīng)用程序的自舉。

1 TMS320VC54x系列DSP的自舉

1.1 自舉方式

TI公司的TMS320VC54x系列DSP所提供的自舉功能非常強(qiáng)大，它支持多種自舉方式，可以滿(mǎn)足用戶(hù)多種不同的需求。

這些方式包括串行口（標(biāo)準(zhǔn)串口、時(shí)分串口、緩沖串口）輸入方式、并行口輸入方式、HPI口輸入方式、I/O口等方式。此外，按照數(shù)據(jù)進(jìn)入DSP時(shí)的字長(zhǎng)又分為8 bit方式和 16 bit方式[2]8-11。

1.2 自舉過(guò)程

當(dāng)MP/MC=0時(shí)，TMS320C54x被置于微計(jì)算機(jī)模式。上電或復(fù)位時(shí)，程序指針指向片內(nèi)ROM區(qū)的0xff80單元。該單元放置了一條跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到0xf800單元，而0xf800單元的內(nèi)容就是Bootloader引導(dǎo)程序的起始地址。Bootloader將存放在外部Flash中的應(yīng)用程序搬移到DSP內(nèi)部或外部的RAM區(qū)，搬移完成后跳轉(zhuǎn)到該程序的入口處執(zhí)行。存放在外部Flash的用戶(hù)程序與一些必要的引導(dǎo)信號(hào)組合在一起稱(chēng)為自舉表。自舉表內(nèi)容不僅包括了欲加載的各段代碼，而且包括各段代碼長(zhǎng)度、各代碼段存放的目標(biāo)地址、程序入口地址等信息。TMS320VC54x系列DSP的自舉表結(jié)構(gòu)[3]如表1所示。

2 用戶(hù)Bootloader設(shè)計(jì)

2.1 外擴(kuò)Flash并行自舉的局限性及解決方法

采用外擴(kuò)Flash的16 bit并行自舉是一種比較方便的使用方式。由于TMS320VC54x DSP系列CPU的數(shù)據(jù)空間只有 64 KB，其中低端 32 KB(地址從 0000h-7fffh)映射到內(nèi)部，映射到外部數(shù)據(jù)空間的只有高端32 KB（地址從8000h-ffffh）。TI掩膜自舉程序的處理方式是僅在這32 KB空間內(nèi)進(jìn)行尋址搬移[4]。如果用戶(hù)應(yīng)用程序超過(guò)了32 KB，則無(wú)法完成自舉過(guò)程。

表1 自舉表結(jié)構(gòu)示意表

文中設(shè)計(jì)的TMS320VC5410A目標(biāo)平臺(tái)采用的Flash為 39VF800，存儲(chǔ)容量 512 KB×16 bit，用來(lái)存儲(chǔ)超過(guò) 32 KB的用戶(hù)主程序。由于TI的5410 ADSP的外部數(shù)據(jù)空間只有 32 KB（地址從 8000h-ffffh）。因此，將 Flash分為16頁(yè)，每頁(yè)32 KB，重用8000h-ffffh地址空間。頁(yè)編號(hào)從0開(kāi)始，在訪(fǎng)問(wèn)Flash時(shí)需要先指定頁(yè)號(hào)，然后讀取數(shù)據(jù)。將用戶(hù)自舉程序放在Flash上電默認(rèn)頁(yè) (即第0頁(yè))的最后2 KB，因此需要在Flash的第0頁(yè)的ffffh位置寫(xiě)上F800h。用戶(hù)自舉程序從F800h開(kāi)始連續(xù)存放。fffdh中存放主程序常用區(qū)起始頁(yè)，供Bootloader程序?qū)ぶ?，F(xiàn)lash資源分配示意如表2所示。

表2 Flash資源分配表

2.2 二次自舉

所謂二次自舉是指上電時(shí)CPU片上自舉程序首先將用戶(hù)的自舉程序搬移到片內(nèi)RAM中運(yùn)行,用戶(hù)自舉程序取得控制權(quán)后，再將用戶(hù)的應(yīng)用程序自舉到RAM中運(yùn)行。由于用戶(hù)自舉程序是自己編制的，在需要時(shí)可以控制Flash換頁(yè)，因此也就突破了32 KB的限制。

2.3 可自舉文件的生成

用戶(hù)的自舉過(guò)程完全仿照TI的處理方法，只是增加了處理超過(guò)32KB時(shí)的尋址切換問(wèn)題。首先,利用CCS5000的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)調(diào)試自舉程序和應(yīng)用程序，并生成 .out文件[5]。然后利用TI公司提供的Hex轉(zhuǎn)換工具Hex500.exe程序?qū)?out文件轉(zhuǎn)換為ASCII碼文件，生成的ASCII碼文件是一個(gè)嚴(yán)格按照自舉表格式排列的可執(zhí)行代碼。同時(shí)生成的還有該文件的MAP文件，可以從MAP表中找到程序的入口地址[2]352-380,用戶(hù)需將ASCII碼文件進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制文件，最后，將二進(jìn)制的用戶(hù)自舉程序和用戶(hù)主程序分別燒寫(xiě)到Flash中相應(yīng)的位置（如表1所示）即可。

可以利用編程器對(duì)Flash進(jìn)行燒寫(xiě)。此外,CCS5000的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了豐富的BIOS函數(shù),使得文件讀寫(xiě)變得極為方便。用戶(hù)也可以自己編寫(xiě)Flash的文件燒結(jié)程序，并通過(guò)仿真器將用戶(hù)程序燒制到Flash中。

2.4 用戶(hù)Bootloader實(shí)現(xiàn)

圖1 自舉程序設(shè)計(jì)流程圖

如圖1所示，用戶(hù)的自舉程序需要完成CPU初始化、自舉表格式實(shí)現(xiàn)、Flash讀寫(xiě)操作、Flash分頁(yè)切換等工作。當(dāng)?shù)刂吩黾佑?xffffh變?yōu)?x0000h時(shí),則表明地址溢出,需要換頁(yè)。自舉程序從數(shù)據(jù)空間讀取用戶(hù)主程序數(shù)據(jù)寫(xiě)入到程序空間，搬移完畢后，用戶(hù)自舉程序?qū)⒖刂茩?quán)交給用戶(hù)主程序，從而完成自舉過(guò)程。

TMS320VC54x系列DSP具有低功耗、高速度和多總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，在嵌入式開(kāi)發(fā)中具有廣泛的應(yīng)用。本文介紹的二次自舉方法,可以很好地解決用戶(hù)程序代碼超過(guò)32 KB的問(wèn)題，這種方法具有較好的通用性和實(shí)用性，對(duì)DSP的技術(shù)開(kāi)發(fā)人員有一定的參考啟發(fā)。

[1]張勇,陳天麒.C/C++語(yǔ)言硬件程序設(shè)計(jì)——基于TMS320VC54x系列DSP[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2003:205-207.

[2]劉益成.TMS320VC54x DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.

[3]自動(dòng)化在線(xiàn).TMS320VC54x DSP在線(xiàn)燒寫(xiě)Flash存儲(chǔ)器并實(shí)現(xiàn)自舉引導(dǎo)的方法[J/OL].(2009-4-21)[2011-11-25].http://www.autooo.net/classid124-id45154.html.

[4]鄭紅，吳冠.TMS320VC54x DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[5]尹勇，歐光軍，關(guān)榮鋒.DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS開(kāi)發(fā)指南[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.