王玲 王辰平 崔超群

(1中兵通信科技有限公司國(guó)營(yíng)第760廠河南新鄉(xiāng) 453009)

（2 空軍駐新鄉(xiāng)地區(qū)軍事代表室河南新鄉(xiāng) 453009)

TMS320VC5502 SPI方式自舉引導(dǎo)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王玲1王辰平1崔超群2

(1中兵通信科技有限公司國(guó)營(yíng)第760廠河南新鄉(xiāng) 453009)

（2 空軍駐新鄉(xiāng)地區(qū)軍事代表室河南新鄉(xiāng) 453009)

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展和DSP的廣泛應(yīng)用，作為其外掛的SPI EEPROM存儲(chǔ)器也得到越來(lái)越多地關(guān)注和應(yīng)用?；赥I公司的TMS320VC5502和ST公司的M45PE20開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為背景，著重介紹了硬件接口的設(shè)計(jì)、程序燒寫(xiě)和上電時(shí)正確的自舉引導(dǎo)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，對(duì)燒寫(xiě)過(guò)程和自舉引導(dǎo)時(shí)序作了詳細(xì)的描述，在示波器上抓到了其過(guò)程波形，并且在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。

SPI 自舉引導(dǎo) DSP 程序燒寫(xiě)

1 引言

隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，DSP被廣泛的應(yīng)用到各種數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中[1]。由于其內(nèi)部的ROM較小，所以程序要想脫離仿真器運(yùn)行，必須將程序代碼存儲(chǔ)在外部非易失性存儲(chǔ)器中。FLASH存儲(chǔ)器以其大容量和可在線編程等特點(diǎn)已成為DSP系統(tǒng)的一個(gè)基本配置，但是FLASH占用空間較大，而且扇區(qū)擦除難度和時(shí)延較大，這時(shí)可以選擇SPI EEPROM作為外掛的存儲(chǔ)器。如何將程序燒寫(xiě)進(jìn)EEPROM，并在上電時(shí)進(jìn)行正確的bootloader是使用SPI EEPROM芯片時(shí)必須解決的2個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

本文以基于TI公司的TMS320VC5502和ST公司的M45PE20開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)為背景，介紹該系統(tǒng)引導(dǎo)相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)[2]，燒寫(xiě)軟件設(shè)計(jì)以及自舉引導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)方法。

2 硬件設(shè)計(jì)

TMS320c5502有多種bootload模式[3]，外部SPI ROM、IIC ROM、并行異步ROM、HPI接口和USB接口等。bootload模式是由外部的3個(gè)管腳的狀態(tài)決定的，當(dāng)選擇SPI外部bootload模式。需要特別注意的是只有MCBSP0可以作為SPI口來(lái)進(jìn)行上電后的bootloader，只有通用IO4可以作為EEPROM的片選，這是因?yàn)門(mén)I公司的DSP出廠時(shí)，在內(nèi)部的ROM中固化有一段引導(dǎo)裝載程序，其主要功能是將外部存儲(chǔ)器中的程序加載到片內(nèi)RAM中運(yùn)行，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，正是這一段引導(dǎo)裝載程序決定了SPI bootload模式的管腳分配。

M45PE20是ST公司的一款3 V供電的SPI EEPROM芯片，8位位寬，容量有2 Mbit，具有封裝小、低功耗和高性能等特點(diǎn)，專(zhuān)為需要高耐用性和低功耗的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，針對(duì)持續(xù)可靠的非揮發(fā)性存儲(chǔ)方案。TMS320VC5502是TI公司55X系列的一款低功耗華為高性能，具有多種片內(nèi)外設(shè)的芯片。硬件連接圖如圖1所示。

圖1 硬件連接圖

3 程序燒入

3.1 生成引導(dǎo)表

引導(dǎo)表就是在DSP芯片上電復(fù)位后由bootloader從外部存儲(chǔ)器裝入片內(nèi)RAM的一個(gè)數(shù)據(jù)塊，這個(gè)數(shù)據(jù)塊不僅包括用戶(hù)程序的全部信息，還包括程序入口地址、寄存器設(shè)置、可編程延時(shí)和段長(zhǎng)等信息。

源程序在CCS3.1編譯器中編譯后生成.out文件，但是這個(gè)文件不能直接燒入，必須要生成適合bootloader的引導(dǎo)表[4]，要生成引導(dǎo)表，可以將最終編譯生成的.out文件通過(guò)CCS自帶的hex55.exe轉(zhuǎn)換程序得到。將hex55.exe、.out文件和cmd文件放在同一個(gè)文件夾中，通過(guò)dos命令格式調(diào)用hex55.exe，即可完成.out文件到hex格式的引導(dǎo)表文件的轉(zhuǎn)化。CMD文件用來(lái)提供引導(dǎo)表的相關(guān)配置信息[5]，研究的cmd文件如下：

3.2 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

引導(dǎo)表制作成功以后，其數(shù)據(jù)并不能直接被C5502讀寫(xiě)，所以要把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可以被讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)文件格式，這樣數(shù)據(jù)才能被寫(xiě)入EEPROM芯片。如果輸出文件格式是intel格式，那么可以用一個(gè)change.exe來(lái)自動(dòng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，但如果輸出是ASCII碼的時(shí)候，這個(gè)自動(dòng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化就不能用了，必須編程轉(zhuǎn)換或者用下面方法轉(zhuǎn)換。

將輸出的ASCII碼格式的文件testa.hex打開(kāi)，把里面的有效數(shù)據(jù)全部選中復(fù)制（第一行和最后一行的方框刪除）到word或ultraedit應(yīng)用編輯軟件中，然后通過(guò)以下操作來(lái)完成格式轉(zhuǎn)換：

用“,0x”來(lái)替換所有的空格；

將第一個(gè)字節(jié)手動(dòng)加上0x；

把所有的“0x^p”替換成“0x^p”，^p表示回車(chē)。

這樣生成的數(shù)據(jù)文件比較完整，每個(gè)段都能完整地顯示出來(lái)。然后可以在編輯軟件里統(tǒng)計(jì)0x（即字節(jié)）的個(gè)數(shù)，然后就可以把這些數(shù)據(jù)寫(xiě)入EEPROM芯片中。

3.3 數(shù)據(jù)的燒寫(xiě)

數(shù)據(jù)寫(xiě)入EEPROM芯片M45PE20有2種方法：一種是用編程器直接燒寫(xiě)，一種是在線系統(tǒng)編程燒寫(xiě)。用編程器操作比較簡(jiǎn)單，但是不適用于貼片的EEPROM芯片，所以最好采用在線系統(tǒng)編程燒寫(xiě)方法。無(wú)論是用那種方法燒寫(xiě)，本質(zhì)上都是要在片外的EEPROM芯片中存放整個(gè)引導(dǎo)表的內(nèi)容。

C5502同步緩沖串口的SPI模式數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度可以設(shè)成8、12、16、20、24或32位[6]。因?yàn)镸45PE20的指令和數(shù)據(jù)是8位，而地址需要24位，所以可以把SPI模式都設(shè)置成8位，地址可以分3次發(fā)送，根據(jù)M45PE20的讀寫(xiě)時(shí)序關(guān)系來(lái)設(shè)置DSP C5502的同步緩沖串口寄存器[7]。寄存器設(shè)置如下：

選擇合適的時(shí)鐘和串口時(shí)鐘，配置好串口寄存器之后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的燒寫(xiě)，燒寫(xiě)時(shí)序如圖2所示，1路信號(hào)是C5502的IO4連接M45PE20的片選，2路信號(hào)是C5502串口發(fā)時(shí)鐘，3路信號(hào)是DSP發(fā)出的要燒入M45PE20的數(shù)據(jù)線主出從入（MOSI），B1是示波器直接顯示的串口線上的總線數(shù)據(jù)，從這里可以很明顯地看到發(fā)出的一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)，幫助大家更好更快地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。從圖2可以看出，片選從高變低后開(kāi)始有效，第一個(gè)字節(jié)是MOSI線上送出寫(xiě)指令0x0A，然后分3次送出24 Bytes首地址0x000000，從第5個(gè)字節(jié)就開(kāi)始寫(xiě)燒入M45PE20儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。

圖2 數(shù)據(jù)寫(xiě)入EEPROM芯片M45PE20的時(shí)序圖

程序燒入后要驗(yàn)證燒入的正確性，需要重新上電復(fù)位后固化在DSP ROM中的bootloader程序開(kāi)始運(yùn)行，通過(guò)串口將燒入M45PE20的數(shù)據(jù)重新讀入DSP內(nèi)部的RAM中，這個(gè)過(guò)程如圖3所示，1路信號(hào)是C5502的IO4連接M45PE20的片選，2路信號(hào)是C5502串口發(fā)時(shí)鐘，3路信號(hào)是數(shù)據(jù)線主出從入（MOSI），3路信號(hào)是數(shù)據(jù)線主入從出（MISO），B1是MOSI和MISO的總線數(shù)據(jù)。開(kāi)始是MOSI線上送出讀出指令0x03，然后送出24 Bytes首地址0x000000，從第5個(gè)字節(jié)就可以開(kāi)始讀M45PE20儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，與燒入的數(shù)據(jù)對(duì)比就可以了。

需要注意的是：M45PE20有一個(gè)頁(yè)寫(xiě)指令0x0A，一個(gè)頁(yè)編程指令0x02，頁(yè)寫(xiě)指令可以使每個(gè)bit從1寫(xiě)成0或0寫(xiě)成1，所以寫(xiě)之前不需要擦除操作；而頁(yè)編程指令只能將每個(gè)bit從1寫(xiě)成0，所以在再次寫(xiě)之前必需進(jìn)行擦除，將需要的存儲(chǔ)空間或是全部空間的bit位全部變成1才可以進(jìn)行編程操作。

圖3 M45PE20的數(shù)據(jù)重新讀入DSP內(nèi)部的RAM中上電引導(dǎo)時(shí)序圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種針對(duì)C5502的SPI的bootloader燒寫(xiě)方式[8]，簡(jiǎn)單易用，不用擦除，讀寫(xiě)都很簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，實(shí)際應(yīng)用表明它是一種行之有效的燒寫(xiě)方法。

[1]申敏.DSP原理及其在移動(dòng)通信中的應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2001.

[2]TI.TMS320VC55X系列DSP的CPU與外設(shè)[M].彭啟琮,武樂(lè)琴,張艦,等,譯，北京：清華大學(xué)出版社,2005.

[3]張彪,方方,黃洪全,等.TMS320VC5502外擴(kuò)Flash自舉引導(dǎo)方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù).2009,9(6): 1303-1306.

[4]TI.Using the Tms320VC5501/C5502 Bootloader[R].TI,2004.

[5]TI.TMS320VC55X DSP CPU Reference Guide[M].TI,2004.

[6]TMS320C55X Assembly Language Tools User’s Guide[M]. TI,2003.

[7]TI.TMS320VC55X optimizing C/C++Compiler User’s Guide[R].TI,2003.

[8]閆昌浩,郭寶龍,黃斌.TMS320VC55X系列DSP在線燒寫(xiě)方法研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2009，17(1):54-56.

Design and Implementation of SPI Boot Loader Based on TMS320VC5502

WANG Ling1,WANG Chen-ping1,CUI Chao-qun2
(1 No.760 Factory,Xinxiang He’nan 453009,China;
（2 Military Representative Office of PLA Air Force stationed in Xinxiang Region,Xinxiang He’nan 453009,China)

With the rapid development of digital signal processing technology and the extensive application of DSP processor,SPI EEPROM memorizer is gaining more attention and extensive application.Based on the development systems of TI company's TMS320VC5502 and ST company's M45PE20,this paper mainly introduces such key technologies as hardware interface design,program writing and right boot loader at power up time,describes in detail the process of program writing and the sequence of boot loader,gets the waveform of process on an oscilloscope,and verifies its feasibility in the practical application.

SPI;boot loader;DSP;program writing

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

1008-1739（2014）20-67-3

定稿日期：2014-09-26