資料介紹
隨著數字信號處理技術的快速發展,數字信號處理器(DSP)越來越廣泛地應用于各種實時嵌入式系統中。當系統調試完畢,想脫離仿真環境并在上電復位后自動啟動程序代碼運行時,必須將程序代碼存儲在非易失性存儲器中。Flash存儲器以其大容量和可在線編程等特點已成為DSP系統的一個基本配置。在系統上電復位后,DSP芯片內部固化的引導裝載器(Bootloader)把應用程序從Flash引導到DSP芯片內高速 RAM中執行。這樣既利用了外部存儲器擴展DSP有限的ROM資源,又可以充分保證用戶程序的全速運行[1-2]。
本文采用德州儀器公司的16位定點DSP芯片TMS320VC5509A(以下簡稱5509A),其PGE封裝形式只有14根地址總線(A0~A13),最大只能尋址16KB的Flash存儲器[3]。若要尋址更大地址空間,就需要控制Flash存儲器的高位地址線。常見的解決方案是采用DSP的通用輸入輸出GPIO(General Purpose Input/Output)引腳來控制Flash的高位地址線,從而實現Flash存儲器的分頁訪問[5-6]。然而,對于較大容量的Flash存儲器,如本文采用的Am29LV800的容量為512K×16bit,有19根地址線[4],如果采用上述方法,硬件連接雖然簡單,但會占用較多的GPIO引腳,而且以后的系統擴展也不方便。本文介紹了一種基于CPLD快速譯碼的DSP二次引導方法,利用CPLD的時序嚴格、譯碼速度快、可在線編程等特點,在 DSP的外部存儲器接口EMIF(Exteral Memory Interface)的CE2空間模擬了一個Flash換頁寄存器FPR(Flash Page Register),在上電復位后控制Flash的高位地址線,從而實現Flash的分頁訪問。因此,可通過二次bootloader程序修改FPR的值,控制Flash的高位地址線,將最終的應用程序加載到RAM中運行。
1 TMS320VC5509A的并行引導模式
1.1 5509A的引導模式
5509A的引導模式選擇是通過4個模式選擇引腳BOOTM[3:0]來配置的,BOOTM3~0引腳分別與GPIO0、3、2、1相連。5509A提供了六種引導模式,即EHPI引導模式、8位/16位并行EMIF引導模式、8位/16位標準串行口引導模式、SPI EEPROM引導模式、USB引導模式以及I2C E2PROM引導模式。本文采用16位并行EMIF引導模式,將BOOTM[3:0]設置為1011即可。
在16位并行EMIF引導模式下,DSP芯片內部固化的Bootloader程序上電復位后,首先從CE1空間首地址0x200000h處開始讀取程序代碼,并加載到RAM中運行。
1.2 5509A的引導表格式
程序代碼以引導表的格式存儲在Flash存儲器中。引導表是獨立于所選引導模式的一種特定的格式,包含了用戶程序的代碼段、數據段、段在RAM中的目標地址以及程序入口地址等其他相關信息。5509A引導表結構如表1所示。

DSP芯片內部固化的Bootloader的主要功能是將Flash中存儲的引導表按一定順序加載到 RAM中,然后跳轉到32位程序入口地址開始執行。引導表文件可以通過TI公司提供的16進制轉換工具生成,一般是hex格式,然后將此hex文件燒寫到 Flash存儲器中供Bootloader加載。
2 DSP二次Bootloader的原理及實現
由上述分析可知,DSP用戶程序的并行加載過程是由DSP內固化的Bootloader實現的。由于5509A的PGE封裝只有14根地址線,最多只能訪問到16K×16bit地址空間。對于超過16KB的用戶代碼,Bootloader將不能加載全部的引導表文件。因此若要加載超過16K的用戶代碼,必須進行二次Bootloader。
二次Bootloader的原理是由用戶自行編寫一個代碼長度小于16KB的引導程序(以下簡稱 uboot),其功能與DSP內固化的Bootloader相同,用于加載最終的用戶代碼。在uboot程序中控制Flash存儲器的高位地址線來訪問 Flash的其他存儲內容。這樣,DSP上電復位后,Bootloader首先加載uboot并運行,然后uboot又加載最終用戶代碼,實現了大于 16K代碼的二次引導。
2.1 DSP與Flash及CPLD的硬件接口
本文采用AMD的 Am29LV800作為DSP的外部存儲器擴展。Am29LV800按8位方式訪問,容量為1M字;按16位方式訪問,容量為512K字。DSP外圍電路邏輯譯碼及Flash高位地址線模擬由CPLD實現。Xilinx公司的XC9572XL是一款高性能的CPLD芯片,最高主頻可達178MHz,包含了 72個宏單元,1 600個可用門電路,其TQFP封裝有72個可用I/O引腳[7]。圖1是5509A與CPLD及Flash之間的硬件接口設計原理圖。

如圖1所示,5509A的地址線A[13:1]與Flash的地址線A[12:0],A0未用。Flash存儲器被映射到DSP的CE1空間,由片選線CE1經CPLD譯碼后選通。其中DSP的地址線A13和A[3:1]與CPLD接口,用于換頁寄存器FPR的模擬。Flash存儲器的BYTE引腳經上拉后接高電平,即按16位方式訪問。
本文采用德州儀器公司的16位定點DSP芯片TMS320VC5509A(以下簡稱5509A),其PGE封裝形式只有14根地址總線(A0~A13),最大只能尋址16KB的Flash存儲器[3]。若要尋址更大地址空間,就需要控制Flash存儲器的高位地址線。常見的解決方案是采用DSP的通用輸入輸出GPIO(General Purpose Input/Output)引腳來控制Flash的高位地址線,從而實現Flash存儲器的分頁訪問[5-6]。然而,對于較大容量的Flash存儲器,如本文采用的Am29LV800的容量為512K×16bit,有19根地址線[4],如果采用上述方法,硬件連接雖然簡單,但會占用較多的GPIO引腳,而且以后的系統擴展也不方便。本文介紹了一種基于CPLD快速譯碼的DSP二次引導方法,利用CPLD的時序嚴格、譯碼速度快、可在線編程等特點,在 DSP的外部存儲器接口EMIF(Exteral Memory Interface)的CE2空間模擬了一個Flash換頁寄存器FPR(Flash Page Register),在上電復位后控制Flash的高位地址線,從而實現Flash的分頁訪問。因此,可通過二次bootloader程序修改FPR的值,控制Flash的高位地址線,將最終的應用程序加載到RAM中運行。
1 TMS320VC5509A的并行引導模式
1.1 5509A的引導模式
5509A的引導模式選擇是通過4個模式選擇引腳BOOTM[3:0]來配置的,BOOTM3~0引腳分別與GPIO0、3、2、1相連。5509A提供了六種引導模式,即EHPI引導模式、8位/16位并行EMIF引導模式、8位/16位標準串行口引導模式、SPI EEPROM引導模式、USB引導模式以及I2C E2PROM引導模式。本文采用16位并行EMIF引導模式,將BOOTM[3:0]設置為1011即可。
在16位并行EMIF引導模式下,DSP芯片內部固化的Bootloader程序上電復位后,首先從CE1空間首地址0x200000h處開始讀取程序代碼,并加載到RAM中運行。
1.2 5509A的引導表格式
程序代碼以引導表的格式存儲在Flash存儲器中。引導表是獨立于所選引導模式的一種特定的格式,包含了用戶程序的代碼段、數據段、段在RAM中的目標地址以及程序入口地址等其他相關信息。5509A引導表結構如表1所示。

DSP芯片內部固化的Bootloader的主要功能是將Flash中存儲的引導表按一定順序加載到 RAM中,然后跳轉到32位程序入口地址開始執行。引導表文件可以通過TI公司提供的16進制轉換工具生成,一般是hex格式,然后將此hex文件燒寫到 Flash存儲器中供Bootloader加載。
2 DSP二次Bootloader的原理及實現
由上述分析可知,DSP用戶程序的并行加載過程是由DSP內固化的Bootloader實現的。由于5509A的PGE封裝只有14根地址線,最多只能訪問到16K×16bit地址空間。對于超過16KB的用戶代碼,Bootloader將不能加載全部的引導表文件。因此若要加載超過16K的用戶代碼,必須進行二次Bootloader。
二次Bootloader的原理是由用戶自行編寫一個代碼長度小于16KB的引導程序(以下簡稱 uboot),其功能與DSP內固化的Bootloader相同,用于加載最終的用戶代碼。在uboot程序中控制Flash存儲器的高位地址線來訪問 Flash的其他存儲內容。這樣,DSP上電復位后,Bootloader首先加載uboot并運行,然后uboot又加載最終用戶代碼,實現了大于 16K代碼的二次引導。
2.1 DSP與Flash及CPLD的硬件接口
本文采用AMD的 Am29LV800作為DSP的外部存儲器擴展。Am29LV800按8位方式訪問,容量為1M字;按16位方式訪問,容量為512K字。DSP外圍電路邏輯譯碼及Flash高位地址線模擬由CPLD實現。Xilinx公司的XC9572XL是一款高性能的CPLD芯片,最高主頻可達178MHz,包含了 72個宏單元,1 600個可用門電路,其TQFP封裝有72個可用I/O引腳[7]。圖1是5509A與CPLD及Flash之間的硬件接口設計原理圖。

如圖1所示,5509A的地址線A[13:1]與Flash的地址線A[12:0],A0未用。Flash存儲器被映射到DSP的CE1空間,由片選線CE1經CPLD譯碼后選通。其中DSP的地址線A13和A[3:1]與CPLD接口,用于換頁寄存器FPR的模擬。Flash存儲器的BYTE引腳經上拉后接高電平,即按16位方式訪問。
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