歐　斌，李敬超，高　霞，徐彬彬

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

基于以太網(wǎng)傳輸?shù)那度胧蕉嗪薉SP自啟引導(dǎo)

歐斌，李敬超，高霞，徐彬彬

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶400030）

TI推出的基于KeyStone架構(gòu)的TMS320C66xx系列產(chǎn)品在圖像處理、語(yǔ)音處理、信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，多核自啟引導(dǎo)關(guān)系到DSP內(nèi)核代碼之間能否在離線模式下同步并行工作和獨(dú)立自主運(yùn)行。結(jié)合以太網(wǎng)接口的高速傳輸特性和NAND FLASH大容量非易失存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)在FLASH燒寫(xiě)程序中嵌入U(xiǎn)DP協(xié)議代碼實(shí)現(xiàn)多核鏡像文件的以太網(wǎng)傳輸功能，并且對(duì)IBL二級(jí)自啟引導(dǎo)代碼進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了多核鏡像文件從FLASH到內(nèi)核的引導(dǎo)。經(jīng)過(guò)在TMS320C6670 DSP平臺(tái)上驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)多核程序代碼到FLASH的高效傳輸、燒寫(xiě)和自啟引導(dǎo)，為嵌入式DSP設(shè)備出廠制造和程序升級(jí)提供了新的思路。

嵌入式；多核；自啟引導(dǎo)；以太網(wǎng)；DSP處理器；NAND FLASH存儲(chǔ)器

1　引　言

TI推出的基于KeyStone架構(gòu)的TMS320C66xx系列產(chǎn)品在圖像處理、語(yǔ)音處理、信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1］。其采用的多核并行和高速接口工作機(jī)制，提高了DSP的處理能力，高效地進(jìn)行多核程序的自啟引導(dǎo)和程序升級(jí)成為設(shè)備成品和離廠維護(hù)的必備選擇。

DSP的自啟引導(dǎo)可分為處理器加載和存儲(chǔ)器加載兩種模式。前者需要其它處理器作為上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)口［2］、RapidIO、HyperLink、PCIe等高速接口快速加載應(yīng)用程序；后者通過(guò)存儲(chǔ)在非易失的EEPROM、FLASH等存儲(chǔ)芯片中可實(shí)現(xiàn)DSP加載應(yīng)用程序［3］。嵌入式的DSP系統(tǒng)普遍采用存儲(chǔ)器模式的獨(dú)立自啟設(shè)計(jì)。一般I2C總線連接EEPROM容量較小，主要用于存儲(chǔ)較小體積的引導(dǎo)程序，例如DSP的二級(jí)引導(dǎo)程序IBL。大容量用戶(hù)程序自啟引導(dǎo)需要FLASH存儲(chǔ)器完成加載。

以TMS320C6670為例，通過(guò)對(duì)自啟引導(dǎo)程序的重新設(shè)計(jì)，提出了一種通過(guò)千兆以太網(wǎng)進(jìn)行鏡像傳輸，使用串口監(jiān)控和指導(dǎo)NAND FLASH程序燒寫(xiě)和更新，實(shí)現(xiàn)DSP多核程序自啟引導(dǎo)的方法。

2　系統(tǒng)架構(gòu)

嵌入式的DSP用戶(hù)程序鏡像的傳輸燒寫(xiě)、自啟引導(dǎo)工作主要使用PC客戶(hù)端、DSP內(nèi)核、外部存儲(chǔ)三大模塊的協(xié)調(diào)工作完成，整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

PC模塊主要用于完成用戶(hù)鏡像文件的傳輸，以及程序運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和控制處理。外存用于存放自啟引導(dǎo)所需的鏡像文件和自啟引導(dǎo)程序。DSP模塊作為核心部分完成鏡像的燒寫(xiě)和加載工作。

圖1　系統(tǒng)架構(gòu)

3　硬件設(shè)計(jì)

DSP提供了UART接口［4］，需要通過(guò)在外部電路中接入MAX3221換為RS232信號(hào)，以方便PC機(jī)通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口工具同DSP進(jìn)行通信。串口電路如圖2所示。

圖2　串口電路

DSP提供了SGMII高速接口用于數(shù)據(jù)的高效傳輸。為實(shí)現(xiàn)DSP與PC的網(wǎng)絡(luò)通信，需要將通信接口SGMII與PHY相連，然后通過(guò)變壓器和RJ45連接，配置為標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口進(jìn)行通信。以太網(wǎng)接口電路如圖3所示。

圖3　以太網(wǎng)接口電路

DSP6670的NAND FLASH通過(guò)GPIO接口同DSP連接［5］，用于存儲(chǔ)DSP多核鏡像。EEPROM通過(guò)I2C總線同DSP連接用于存儲(chǔ)二級(jí)自啟程序IBL［3、6］。存儲(chǔ)電路如圖4所示。

圖4　存儲(chǔ)電路

4　軟件設(shè)計(jì)

4．1多核鏡像傳輸和燒寫(xiě)設(shè)計(jì)

TI提供了NAND FLASH的燒寫(xiě)工程，傳統(tǒng)模式下，從PC通過(guò)仿真線加載用戶(hù)鏡像文件并寫(xiě)入FLASH。通過(guò)在以太網(wǎng)系統(tǒng)工程中嵌入NAND FLASH燒寫(xiě)模塊實(shí)現(xiàn)PC同DSP之間的以太網(wǎng)通信，用于接收鏡像文件并直接對(duì)其進(jìn)行燒寫(xiě)［7］。改進(jìn)的以太網(wǎng)系統(tǒng)鏡像文件預(yù)先使用傳統(tǒng)方式燒寫(xiě)到FLASH中，當(dāng)用戶(hù)需要進(jìn)行程序更新時(shí)，DSP加電啟動(dòng)后會(huì)從FLASH中加載該工程。流程圖如圖5所示，具體介紹如下：

圖5　多核鏡像的傳輸和燒寫(xiě)流程

（1）以太網(wǎng)系統(tǒng)傳輸模塊

DSP接收包含多核鏡像的以太網(wǎng)包需要本地MAC和IP地址進(jìn)行匹配，然后通過(guò)多核導(dǎo)航器QMSS接收描述符裝載的數(shù)據(jù)流到內(nèi)存空間，最后通過(guò)輪詢(xún)或中斷的方式判斷傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是否滿足以太網(wǎng)包包含的鏡像大小信息，決定是否接收完成。這一過(guò)程通過(guò)使能多核導(dǎo)航器QMSS，CPPI通道，SGMII高速口以及以太網(wǎng)收發(fā)線程完成。接收完成的多核鏡像文件暫存在DSP DDR3內(nèi)存，等待寫(xiě)入FLASH。

（2）NAND FLASH燒寫(xiě)模塊

NAND FLASH的讀寫(xiě)、擦除均是以塊為單位進(jìn)行的，因此存放在DSP內(nèi)存的鏡像數(shù)據(jù)要進(jìn)行分塊處理，然后根據(jù)以太網(wǎng)包中包含的鏡像文件存儲(chǔ)區(qū)域信息通過(guò)NAND FLASH的驅(qū)動(dòng)程序?qū)懭氲紽LASH中相應(yīng)的代碼存儲(chǔ)區(qū)域。

4．2多核鏡像加載和引導(dǎo)設(shè)計(jì)

TI提供的NAND FLASH的二級(jí)引導(dǎo)代碼只可進(jìn)行單核應(yīng)用程序的加載，需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展設(shè)計(jì)，完成多核程序的加載和引導(dǎo)功能。多核鏡像的加載流程如圖6所示，具體過(guò)程如下：

圖6　多核鏡像加載引導(dǎo)流程圖

（1）程序升級(jí)選擇階段

DSP加電啟動(dòng)時(shí)需要用戶(hù)選擇正常加載多核鏡像文件或燒寫(xiě)程序鏡像文件，該指令通過(guò)更改IBL中的程序加入U(xiǎn)ART串口輸入功能完成。

（2）多核程序加載階段

將多核鏡像文件各自存放在FLASH中的地址參數(shù)提供給IBL的NAND Boot函數(shù)后使其循環(huán)運(yùn)行，該函數(shù)通過(guò)查詢(xún)FLASH內(nèi)OUT文件的標(biāo)識(shí)，開(kāi)始以代碼段的模式加載到DSP相應(yīng)內(nèi)存中，完成FLASH中用戶(hù)代碼到DSP的加載。

（3）多核并行自啟動(dòng)預(yù)處理階段

多核自啟動(dòng)需要從BOOT_MAGIC地址內(nèi)獲取入口地址（_c_int00）方能開(kāi)始運(yùn)行。在IBL啟動(dòng)程序中，預(yù)先將各個(gè)核的入口地址寫(xiě)入多核處理器各自L2SDRAM內(nèi)存上的BOOT_MAGIC全局地址內(nèi)（0x1*8ffffc，‘*'為內(nèi)核標(biāo)號(hào)）［8］，IBL運(yùn)行完之后跳轉(zhuǎn)到主核（CORE0）入口地址開(kāi)始運(yùn)行。主核通過(guò)IPC中斷進(jìn)行核間觸發(fā)，從核（CORE1～CORE3）被激活，從各自BOOT_MAGIC內(nèi)獲取入口地址開(kāi)始執(zhí)行應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)多核應(yīng)用程序并行工作。

需要注意的是，從核存儲(chǔ)在DSP L2SDRAM的代碼和數(shù)據(jù)需要在存儲(chǔ)映射文件中設(shè)置為全局地址，否則CPU將會(huì)認(rèn)為該地址為主核CORE0的L2局部地址運(yùn)行，導(dǎo)致程序紊亂。

5　測(cè)試與驗(yàn)證

DSP設(shè)置為NAND BOOT模式啟動(dòng)后，串口打印如圖7所示。wait等待接受指令，輸入升級(jí)指令后，接收到以太網(wǎng)客戶(hù)端發(fā)送的多核用戶(hù)OUT文件，并自動(dòng)完成多核鏡像的燒寫(xiě)，說(shuō)明鏡像傳輸和FLASH燒寫(xiě)功能正常。

重啟DSP后，串口打印如圖8所示，IBL等待超時(shí)后自動(dòng)加載多核用戶(hù)程序，各核均有串口輸出，證明多核自啟引導(dǎo)運(yùn)行正常。

圖7　鏡像傳輸和燒寫(xiě)驗(yàn)證

圖8　多核自啟引導(dǎo)驗(yàn)證

6　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)嵌入帶有以太網(wǎng)傳輸模塊的DSP升級(jí)程序和IBL的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)千兆以太網(wǎng)接口進(jìn)行多核應(yīng)用程序的高效快速升級(jí)更新和自啟引導(dǎo)，對(duì)批量DSP設(shè)備的生產(chǎn)制造和軟件升級(jí)維護(hù)具有一定的參考價(jià)值。

［1］Texas Instruments Incorporated．TMS320C6670 multicore fixed and floating－point system on chip user guide［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［2］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture GbE Swith subsystem［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［3］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture Bootloader［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［4］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture Universal Asynchronous Receiver_Transmitter（UART）［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［5］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture EMIF16［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［6］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture I2C［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［7］左顥睿，劉永清，張傲華，等．基于以太網(wǎng)的DSP遠(yuǎn)程加載技術(shù)研究［J］．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012（5）：24－26．Zuo Hao－rui，Liu Yong－qing，Zhang Ao－h(huán)ua，et al．Remote Loading Technology Research of DSP Based on Ethernet［J］．Microcontrollers＆Embedded Systems，2012（5）：24－26．

［8］劉章文，劉七華，謝川林，等．基于TMS320C6678的多核DSP上電加載技術(shù)［J］．現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（18）：111－114．Liu Zhangwen，Liu Qihua，Xie Chuanlin，et al．Multi core DSP BootLoad technology based on TMS320C6678［J］．Modern Electronics Technique，2013，36（18）：111－114．

Bootloader of Embedded Muti－core DSP Based on Ethernet

Ou Bin，Li Jingchao，Gao Xia，Xu Binbin
（Chongqing Jinmei Communication CO．，Ltd．，Chongqing 400030，China）

A series of TMS320C66xx DSPs from TI，based on KeyStone，are widely used in fields of image processing，signal processing and speech processing．The multi－core DSP boot load affects operation between kernel code，sync parallel and independently run in offline mode．In this paper，combined with high－speed Ethernet interface transmission characteristics and high capacity NAND FLASH nonvolatile storage advantage，the multi－core image files from Ethernet are

by embedding UDP protocol to FLASH programmer procedures，and the multi－core image files are loaded from the FLASH to the kernel by improving IBL boot code．The proof on the TMS320C6670 DSP platform shows that it enables efficient transmission of multi－core code to FLASH and provides a new thinking for embedded DSP device in factory manufacture and upgrade field．

Embedded；Muti－core；Bootload；Ethernet；DSP；NAND FLASH

10．3969／j．issn．1002－2279．2016．05．021

TN964

A

1002－2279（2016）05－0089－03

歐斌（1982－），男，四川省德陽(yáng)市人，碩士研究生，主研方向：無(wú)線通信。

2016－01－07