陳俊凱，劉笑凱，周 林，馮國(guó)兵，徐一鳳,劉書(shū)萌，王 龍

(中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京 100083)

0 引言

TMS320C6455是一款非常優(yōu)秀的DSP處理芯片，由于內(nèi)部沒(méi)有Flash存儲(chǔ)空間，離線運(yùn)行時(shí)需要外部加載程序，因此在設(shè)計(jì)通用信號(hào)處理模塊前，有必要研究DSP的加載方式。許多文獻(xiàn)介紹了將執(zhí)行程序加載到DSP內(nèi)部L2RAM的設(shè)計(jì)方法，但是TMS320C6455的內(nèi)部存儲(chǔ)空間較小，只有32 KB的L1P程序空間、32 KB的L1D數(shù)據(jù)空間及2 MB的L2RAM。沒(méi)有內(nèi)部Flash[1]，當(dāng)代碼量超過(guò)2 MB時(shí)，或者需要在L2RAM留出較大的數(shù)據(jù)空間時(shí)，將代碼加載到內(nèi)部L2RAM變得不可行，由于TMS320C6455設(shè)計(jì)有DDR2接口，可以擴(kuò)展最大512 MB的外部存儲(chǔ)空間。本文設(shè)計(jì)將代碼加載到空間很大的外部DDR2芯片，緩解內(nèi)部存儲(chǔ)空間不足的矛盾。如圖1所示，TMS320C6455通過(guò)EMIFA接口連接Flash芯片，通過(guò)DDR2接口外擴(kuò)DDR2芯片，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，使用戶程序存儲(chǔ)于Flash芯片，執(zhí)行于DDR2芯片。

圖1 TMS320C6455外部擴(kuò)展DDR2和Flash芯片框圖

1 在線仿真

開(kāi)發(fā)人員在進(jìn)行程序代碼的仿真調(diào)試過(guò)程中，由于TMS320C6455的內(nèi)部存儲(chǔ)空間有限，可以盡可能地把代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)空間DDR2上。使用DDR2存儲(chǔ)空間的條件是，在CMD文件中將生成帶代碼及數(shù)據(jù)段映射到DDR2的存儲(chǔ)空間上，還需要在調(diào)試代碼之前，初始化TMS320C6455的DDR2配置寄存器。此時(shí)，可以借助GEL文件，通過(guò)仿真器初始化DDR2配置寄存器，然后在接口函數(shù)OnTargetConnect()中調(diào)用DDR2初始化函數(shù)，利用外部存儲(chǔ)空間DDR2在線仿真調(diào)試代碼。GEL文件中的初始化DDR2控制器代碼如下：

init_ddr2()

{

*(int *)PERCFG1 = 0x00000003;

DDR_SDCFG = 0x00D38832;

DDR_SDRFC = 0x0000079E;

DDR_SDTIM1 = 0x3EDB4B91;

DDR_SDRIM2 = 0x00A2C722;

DDR_DDRPHYC = 0x00000006;

DDR_SDCFG = 0x00538832;

}

2 外部Flash加載過(guò)程

TMS6455引導(dǎo)模式包括外部Flash啟動(dòng)、主機(jī)接口啟動(dòng)、SRIO啟動(dòng)、IIC啟動(dòng)等多種啟動(dòng)方式[2-3]，而在實(shí)際應(yīng)用中，啟動(dòng)模式絕大多數(shù)為外部Flash啟動(dòng)方式。DSP在該方式下從外部EMIFA接口CS3模式下加載1 KB代碼，然而1 KB大小的代碼量無(wú)法滿足系統(tǒng)需要。要達(dá)到DSP的高速運(yùn)算，又不能將大量代碼放在外部Flash中運(yùn)行。因此，當(dāng)用戶代碼長(zhǎng)度大于1 KB時(shí)，需要使用二次加載[4]。即專(zhuān)門(mén)編寫(xiě)一段長(zhǎng)度為1 KB的二次加載程序，在初始化時(shí)被加載到DSP。而這段程序的功能是從外部Flash的某個(gè)地址處將1 KB 以外的全部用戶程序和數(shù)據(jù)拷貝到其運(yùn)行地址處，如圖2所示。

圖2 DSP使用二次加載程序的加載過(guò)程

在DSP芯片復(fù)位期間，程序指針自動(dòng)指向片內(nèi)ROM中的Boot Loader的小程序，這個(gè)程序會(huì)根據(jù)相應(yīng)的BOOTMODE管腳狀態(tài)選擇相應(yīng)的程序加載方法，按照默認(rèn)的時(shí)序?qū)⑼獠縁lash中的程序搬移到DSP內(nèi)部的RAM程序區(qū)中，通常被傳輸?shù)氖嵌渭虞d程序，傳輸完成后，運(yùn)行二次加載程序，初始化關(guān)鍵的寄存器，然后將系統(tǒng)程序剩余代碼和數(shù)據(jù)拷貝到指定的位置中[5-6]。本文介紹如何將系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)拷貝到DDR2中運(yùn)行的設(shè)置方法，在二次加載程序的最后跳轉(zhuǎn)到_c_int00處，初始化C運(yùn)行時(shí)的環(huán)境，一旦運(yùn)行到環(huán)境初始化完成，就開(kāi)始運(yùn)行用戶代碼。

3 存儲(chǔ)區(qū)域分配

TI的集成開(kāi)發(fā)工具CCS編譯鏈接后生成的.out文件是通用對(duì)象文件格式(Common Object File Format，COFF)的，不能直接燒錄到外部Flash，因?yàn)镕lash中保存的應(yīng)該是原始的DSP機(jī)器碼，即燒錄的應(yīng)該是DSP程序的二進(jìn)制文件[3]。有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)文件格式的轉(zhuǎn)換，一種是直接提取COFF文件中的原始數(shù)據(jù)部分。這種方法比較復(fù)雜，但是有助于理解.cmd文件的編寫(xiě)原理以及鏈接器的工作過(guò)程。還有一種方法是借助CCS自帶的工具，在編譯選項(xiàng)Build的Step選項(xiàng)卡的post-Build step Command文本框中，填寫(xiě)如下命令：

“MYM{CCE_INSTALL_ROOT}/utils/tiobj2bin/tiobj2bin.bat”

“MYM{BuildArtifactFileName}”

“MYM{BuildArtifactFileBaseName}.bin”

“MYM{CG_TOOL_ROOT}/bin/ofd6x.exe”

“MYM{CG_TOOL_ROOT}/bin/hex6x.exe”

“MYM{CCE_INSTALL_ROOT}/utils/tiobj2bin/mkhex4bin.exe”

在Debug目錄下生成的.bin文件可以直接燒錄到外部Flash中。

以上方法都需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，還有一種較為簡(jiǎn)單的方法，直接利用CCS開(kāi)發(fā)工具將用戶程序(包含二次加載程序)編譯鏈接后生成的.out文件通過(guò)仿真器下載到與DSP連接的DDR2中，但是不運(yùn)行程序。用戶程序在DSP外部DDR2中就是以二進(jìn)制的格式存儲(chǔ)的機(jī)器碼，可以直接通過(guò)在線編程的方法燒寫(xiě)到片外的Flash中。開(kāi)發(fā)人員運(yùn)行在線燒寫(xiě)Flash的程序(這個(gè)程序完成的功能是將代碼寫(xiě)入到Flash)，這里存在的風(fēng)險(xiǎn)就是燒寫(xiě)程序的存儲(chǔ)區(qū)域與前面用戶程序的存儲(chǔ)區(qū)域相沖突，要注意在兩個(gè)工程的cmd文件中存儲(chǔ)區(qū)域不要重疊，如圖3所示。

圖3 程序在DSP+DDR2的存儲(chǔ)分配方式

在用戶工程的CMD文件中，也就是第一個(gè)工程中，將二次加載程序及用戶程序配置在DSP外部DDR2空間中(0xE0000000～0xF0000000)；在燒寫(xiě)Flash工程的CMD文件中，將代碼配置在DSP內(nèi)部L2RAM的空間，保證燒寫(xiě)Flash程序的.out文件下載下去之后不會(huì)與前面下載的目標(biāo)工程的.out文件存儲(chǔ)區(qū)域相沖突。然后運(yùn)行燒寫(xiě)Flash程序，將前面下載的用戶程序?qū)懭胪獠縁lash芯片中。

4 二次加載程序

二次加載程序?qū)崿F(xiàn)的功能為：(1)初始化關(guān)鍵寄存器，如DDR2寄存器；(2)將用戶程序的剩余代碼和數(shù)據(jù)拷貝到指定位置；(3)搬移完代碼之后，跳轉(zhuǎn)到_c_int00處，開(kāi)始執(zhí)行用戶代碼。本文將代碼段和數(shù)據(jù)段存放在DDR2空間。因此在編寫(xiě)二次加載程序時(shí)，搬移代碼之前，需要初始化DDR2寄存器，才可以正常將代碼搬移到DDR2空間中。同時(shí)查看用戶工程map文件中代碼段的大小，設(shè)置搬移代碼BOOT_SIZE的值，注意匯編程序每次搬移是16位數(shù)據(jù)，所以BOOT_SIZE的大小等于真實(shí)代碼段大小除以2，由于二次加載程序受限于1 KB字節(jié)的大小，因此二次加載程序采用更為簡(jiǎn)潔的匯編程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。二次加載程序的代碼大小、代碼搬移地址、代碼DDR2寄存器、EMIFA寄存器參數(shù)的設(shè)置如下：

BOOT_SIZE .equ 0x000FF000

FLASH_START .equ 0xB0000000

BOOT_START .equ 0xE0000000 ;DDR2

;EMIF config

EMIF_CF3CFG_R .equ 0x70000084

EMIF_AWCC_R .equ 0x700000A0

EMIF_CF3CFG_V .equ 0x012C8024

EMIF_AWCC_V .equ 0x40000380

;DDR config

PERCFG1_R .equ 0x02AC002C

DDR_MIDR_R .equ 0x78000000

DDR_SDCFG_R .equ 0x78000008

DDR_SDRFC_R .equ 0x7800000C

DDR_SDTIM1_R .equ 0x78000010

DDR_SDTIM2_R .equ 0x78000014

DDR_DDRPHYC_R .equ 0x780000E4

PERCFG1_V .equ 0x00000003

DDR_SDCFG_V1 .equ 0x00D38832

DDR_SDRFC_V .equ 0x000007A2

DDR_SDTIM1_V .equ 0x3EDB4B91

DDR_SDTIM2_V .equ 0x00A2C722

DDR_DDRPHYC_V .equ 0x00000006

DDR_SDCFG_V2 .equ 0x00538832

將上述參數(shù)以下面的匯編語(yǔ)句寫(xiě)入相應(yīng)得寄存器地址，完成寄存器參數(shù)的配置：

MVKL EMIF_CF3CFG_R,A4

MVKH EMIF_CF3CFG_R,A4

MVKL EMIF_CF3CFG_V,B4

MVKH EMIF_CF3CFG_V,B4

STW B4,*A4

將DDR2的起始地址BOOT_START加載到A4寄存器，將Flash的起始地址FLASH_START加載到B4寄存器，代碼搬移長(zhǎng)度BOOT_SIZE加載到A0寄存器，然后下面的語(yǔ)句完成代碼從Flash到DDR2的搬移過(guò)程。

_wait_loop:LDH *B4++[1],B5

SUB A0,1,A0

NOP 4

STH B5,*A4++[1]

[A0] B _wait_loop

NOP 5

搬移完成之后，跳轉(zhuǎn)到_c_int00位置，啟動(dòng)程序。

MVKL.S2 _c_int00,B0

MVKH.S2 _c_int00,B0

B.S2 B0

NOP 5

5 燒寫(xiě)程序設(shè)計(jì)

用戶程序和二次加載程序都編寫(xiě)完畢后，想要完成加載功能，還需要的就是燒寫(xiě)程序的編寫(xiě)了。寫(xiě)入Flash芯片之前需要先擦除掉原來(lái)的內(nèi)容，再寫(xiě)入用戶代碼。擦除和寫(xiě)入操作驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)不同的Flash芯片有所不同。本文只給出燒寫(xiě)部分內(nèi)容，CODE_SIZE為實(shí)際要燒寫(xiě)的用戶程序大?。?/p>

#define CODE_SIZE 0x127fd1

#define DDR_ADDR 0xE0000000

#define FLASH_ADDR 0xB0000000

//擦除Flash

flash_Erase();

//燒寫(xiě)用戶程序

Count= 0;

for(i = 0;i < CODE_SIZE;i++)

{

if(0!=flash_writes(FLASH_ADDR +i,*(unsigned char *)(DDR_ADDR +i)))

Count++;

}

6 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了TMS320C6455+DDR2的在線仿真及ROM加載模式，并給出了二次加載程序的匯編代碼以及Flash燒寫(xiě)代碼。通過(guò)上文的方法，可以實(shí)現(xiàn)將執(zhí)行代碼加載到DSP的外部存儲(chǔ)空間DDR2上，用戶代碼受限于DSP內(nèi)部存儲(chǔ)空間的大小，有利于運(yùn)行復(fù)雜度比較高得數(shù)據(jù)運(yùn)算，其TMS320C6455+DDR2的硬件平臺(tái)可以支撐起有大量運(yùn)算需求的產(chǎn)品應(yīng)用，在信息安全領(lǐng)域的密碼方面[7-8]，可以為對(duì)稱密碼算法(如AES、3DES)、公鑰密碼算法(如RSA算法、橢圓曲線算法)、消息摘要的哈希算法等大運(yùn)算量的算法提供良好的硬件平臺(tái)。