基于多核DSP的BootLoader程序的實(shí)現(xiàn)

DSP芯片的BootLoader程序用于實(shí)現(xiàn)用戶程序上電自舉，它有多種工作方式。上電自舉就是將用戶存放在片外的非易失性、慢速的存儲(chǔ)器中的程序裝載到片內(nèi)易失的、高速的存儲(chǔ)空間中，以保證用戶程序在DSP核內(nèi)的高速運(yùn)行。

多核DSP是指由多個(gè)獨(dú)立的DSP子核集成的DSP芯片，且所有DSP子核共享一套片外總線。由于每個(gè)DSP子核內(nèi)部都有其自身獨(dú)立的掩模BootLoader程序，當(dāng)DSP芯片上電或復(fù)位時(shí)所有DSP子核都將自行啟動(dòng)自身獨(dú)立的BootLoader程序，實(shí)現(xiàn)用戶程序的上電自舉。

所以，多核DSP的BootLoader程序的實(shí)現(xiàn)方法與單核DSP的BootLoader程序的實(shí)現(xiàn)方法有較大的差異。為此，本文立足于實(shí)踐，以雙核DSP- TMS320VC5421的１６位并行ＥＰＲＯＭ的BootLoader程序的工作方式為例，詳細(xì)闡述了多核DSP的BootLoader程序的實(shí)現(xiàn)方法。

１ BootLoader程序簡介

１．１ BootLoader程序的四種工作方式

一般的DSP都采用常見的BootLoader程序工作方式來實(shí)現(xiàn)用戶程序的上電自舉：

處理器通信口（主端口）HPI方式--通過DSP芯片與ＰＣ機(jī)或DSP芯片與其它DSP芯片之間的主機(jī)通信端口實(shí)現(xiàn)上電自舉；

８位或１６位并行EPROM方式--通過DSP內(nèi)核的ＤＭＡ通道實(shí)現(xiàn)上電自舉；

８位或１６位并行I/O方式--通過DSP芯片的片外并行I/O接口實(shí)現(xiàn)上電自舉；

８位或１６位串行口方式--通過DSP芯片的串行端口實(shí)現(xiàn)上電自舉。

在以上四種工作方式中，最常用的是１６位并行EPROM方式。即在DSP芯片上電或復(fù)位時(shí)，通過ＤＭＡ通道將存儲(chǔ)在核外EPROM中的程序以１６位形式存儲(chǔ)到核內(nèi)的程序空間中。

１．２ １６位并行EPROM方式的Boot表

各種方式的BootLoader程序都有其固定格式的Boot表，用來實(shí)現(xiàn)用戶程序的上電自舉。１６位并行EPROM方式的Boot表如表１所示。表中的第１表項(xiàng)存放BootLoader程序工作方式控制字，用于DSP芯片上電或復(fù)位時(shí)確認(rèn)該Boot表是否為１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的Boot表。該表項(xiàng)內(nèi)容為10AAH，表示DSP內(nèi)核認(rèn)為該Boot表是１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的BootLoader程序的Boot表；

否則DSP內(nèi)核認(rèn)為該Boot表不是１６位并行ＥＰＲＯＭ的方式的Boot表；第２表項(xiàng)存放DSP特殊寄存器SWWSR在上電或復(fù)位時(shí)被賦予的初始化數(shù)值；第３表項(xiàng)存放DSP特殊寄存器ＢＳＣＲ在上電或復(fù)位時(shí)被賦予的初始化數(shù)值；第４表項(xiàng)存放用戶程序?qū)⒁淮娣旁贒SP核內(nèi)程序空間的頁地址；第５表項(xiàng)存放用戶程序?qū)⒁淮娣诺紻SP核內(nèi)程序空間的頁內(nèi)偏移地址；

從第６表項(xiàng)開始依次存放用戶程序第ｍ段代碼的長度Ｎ。用戶程序第ｍ段代碼將要被存放到DSP核內(nèi)程序空間的頁地址，用戶程序第ｍ段代碼將要被存放到DSP核內(nèi)程序空間的頁內(nèi)偏移地址，用戶程序第ｍ段代碼的第１個(gè)字，第２個(gè)字，……，第Ｎ個(gè)字；

Boot表的最后表項(xiàng)存放Boot表結(jié)束字００００Ｈ，表示Boot表到此結(jié)束。因此DSP內(nèi)核要實(shí)現(xiàn)BootLoader程序，在上電復(fù)位后首先要申請(qǐng)到片外數(shù)據(jù)、地址總線的控制權(quán)，然后再根據(jù)Boot表完成用戶程序上電自舉過程。

１．３ １６位并行EPROM工作方式Boot表的生成

所有BootLoader程序所需的Boot表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是通過執(zhí)行包含－ｖ５４８參數(shù)的鏈接命令和Ｈｅｘ５００轉(zhuǎn)換命令的程序形成的。在鏈接過程中確定用戶程序和數(shù)據(jù)的存放地址，在Ｈｅｘ５００轉(zhuǎn)換過程中定義BootLoader程序的工作方式和用戶程序執(zhí)行的入口地址等。

為了生成１６位并行ＥＰＲＯＭ方式的Boot表首先，在鏈接程序時(shí)必須設(shè)置－ｖ５４８選項(xiàng)；然后使用ＴＩ公司DSP開發(fā)工具自帶的ＨＥＸ５００．ＥＸＥ文件，根據(jù)用戶的ＣＯＦＦ格式的代碼生成Boot表中的相應(yīng)內(nèi)容。

HEX500.EXE可執(zhí)行文件一般使用以下幾種參數(shù)

（１）*.out ：用戶的COFF格式的程序；

（２）-e ：確定用戶程序的入口點(diǎn)；

（３）-a ：以ASCII形式，根據(jù)用戶的。ｏｕｔ文件輸出對(duì)應(yīng)的ＨＥＸ文件；

（４） －Boot實(shí)現(xiàn)用戶程序的裝載；

（５） －bootorg ：確定生成哪種形式的Boot表；

（６） －ｍｅｍｗｉｄｔｈ：確定引導(dǎo)方式的位數(shù)；

（７） －Ｏ *．ｈｅｘ：輸出的ＨＥＸ文件的名稱。

例如：

hex500 ti.out ／根據(jù)ti.out文件生成Boot表／

-e 0x4000 ／用戶程序的入口點(diǎn)為0x4000／-a ／以ASCII形式輸出ＨＥＸ文件／－Boot ／ 裝載用戶的程序ｔｉ．ｏｕｔ／

－Bootｏｒｇ ＰＡＲＡＬＬＥＬ／生成并行ＥＰＲＯＭ方式的Boot表／－ｍｅｍｗｉｄｔｈ １６ ／生成１６位的Boot表／

－ｏ ｔｉ．ｈｅｘ ／生成的ＨＥＸ文件名為ｔｉ．ｈｅｘ／

執(zhí)行完該HEX500.EXE命令后，系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)文件名為ｔｉ．ｈｅｘ的ＡＳＣＩＩ文件，然后用戶根據(jù)ｔｉ．ｈｅｘ文件內(nèi)容對(duì)ＥＰＲＯＭ進(jìn)行編程就能產(chǎn)生上述的１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的Boot表。

２ 多核DSP的BootLoader程序的實(shí)現(xiàn)

目前ＴＩ公司已經(jīng)不再局限于生產(chǎn)單核DSP。為了提高用戶程序運(yùn)行的效率，ＴＩ公司又推出了２核、４核等多核DSP。在實(shí)現(xiàn)多核DSP上電自舉時(shí)，每一個(gè)子核都需要申請(qǐng)片外總線的控制權(quán)。對(duì)于單核DSP而言，只有一個(gè)DSP內(nèi)核，對(duì)應(yīng)一個(gè)BootLoader程序，DSP核可以永遠(yuǎn)擁有片外總線的控制權(quán)。

但對(duì)于多核DSP而言，由于只有一套片外總線，所以片外總線的控制權(quán)不允許也不可能永遠(yuǎn)被其中的某一個(gè)DSP子核所擁有。因此，多核DSP需要片外總線仲裁機(jī)制，以避免片外總線沖突。

下面以雙核DSP-ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的１６位并行ＥＰＲＯＭ方式的BootLoader程序?qū)崿F(xiàn)過程為例，詳細(xì)闡述多核DSP的BootLoader程序的實(shí)現(xiàn)。

２．１ TMS320VC5421結(jié)構(gòu)簡介

TMS320VC5421 １６位定點(diǎn)雙核DSP，它集中了早期ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ系列DSP的優(yōu)點(diǎn)，并提供了許多新的功能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與ＴＭＳ３２０Ｃ５４Ｘ系列的其它款式DSP有很大的不同，其簡單結(jié)構(gòu)框圖如圖１所示。

由于每個(gè)DSP子核的工作頻率是１００ＭＨｚ，所以它的工作速率可達(dá)到２００ＭＩＰＳ，且它的每一個(gè)DSP子核都具備單核DSP（如ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２）的所有特性。２．２ TMS320VC5421的１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的BootLoader程序的選擇

TMS320VC5421的兩個(gè)DSP子核在DSP芯片上電或復(fù)位時(shí)，能否啟動(dòng)各自的BootLoader程序以完成上電自舉功能，是由每個(gè)子核自身的XIO和ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ兩個(gè)管腳決定的。在DSP芯片上電或復(fù)位時(shí)，每個(gè)DSP子核自動(dòng)檢測自身的ＸＩＯ和ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ兩個(gè)管腳，如果對(duì)應(yīng)的ＸＩＯ和ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ兩個(gè)管腳都為高電平則啟動(dòng)自身的BootLoader程序完成用戶程序的上電自舉。

每個(gè)DSP子核啟動(dòng)BootLoader程序后，采用哪一種BootLoader程序的工作方式是由各自的ＧＰＩＯ１管腳的狀態(tài)和各自以ＤＭＡ方式從核外數(shù)據(jù)空間００００Ｈ地址單元讀入的數(shù)據(jù)決定的：檢測ＧＰＩＯ１管腳，如果ＧＰＩＯ１管腳為高電平，則采用串行口ＥＥＰＲＯＭ的BootLoader工作方式，否則采用并行ＥＰＲＯＭ的BootLoader工作方式。

若DSP子核的ＤＭＡ通道讀入核外數(shù)據(jù)空間００００Ｈ單元中的數(shù)據(jù)為１０ＡＡＨ，則采用１６位并行ＥＰＲＯＭ的BootLoader工作方式；若讀入的數(shù)據(jù)為ｘｘ０８Ｈ或ｘｘＡＡＨ則采用８位并行ＥＰＲＯＭ的BootLoader工作方式。否則將重新判斷ＧＰＩＯ１管腳的電平，進(jìn)入死循環(huán)。２．３ TMS320VC5421的BootLoader程序片外總線沖突的解決

DSP核的BootLoader程序總是在DSP核上電或復(fù)位時(shí)啟動(dòng)，且一啟動(dòng)BootLoader程序，對(duì)應(yīng)的DSP核就要申請(qǐng)核外的總線控制權(quán)。因此為了避免多核DSP的各個(gè)DSP子核啟動(dòng)BootLoader程序時(shí)引起的片外總線沖突，可通過控制每個(gè)DSP子核的復(fù)位過程，使每個(gè)DSP子核在不同的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)自身的BootLoader程序來解決片外總線沖突的問題。

為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DSP子核復(fù)位過程的分離，應(yīng)采用如圖２所示的DSP子核復(fù)位過程控制方法。

由于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１中Ａ核擁有倍頻的鎖相環(huán)電路，所以首先復(fù)位Ａ核，啟動(dòng)Ａ核的BootLoader程序，實(shí)現(xiàn)Ａ核的用戶程序上電自舉。然后再由Ａ核的用戶程序控制Ｂ核的復(fù)位過程，啟動(dòng)Ｂ核的BootLoader程序，實(shí)現(xiàn)Ｂ核的用戶程序上電自舉。

在Ａ核的BootLoader程序執(zhí)行完后，Ａ核就會(huì)執(zhí)行自身的用戶程序代碼。Ａ核的用戶程序代碼釋放片外總線的控制權(quán)，并且控制Ｂ核的復(fù)位管腳，促使Ｂ核啟動(dòng)自身的BootLoader程序。如果此時(shí)Ａ核中的用戶代碼又申請(qǐng)片外總線控制權(quán)或正在使用片外總線，就會(huì)造成片外總線沖突。解決此沖突的辦法有如下兩個(gè)：

粗略估計(jì)Ｂ核的BootLoader程序執(zhí)行時(shí)間，在Ａ核的有效程序代碼前加一個(gè)延遲程序。

在Ａ核的有效程序代碼前加入一個(gè)死循環(huán)程序，當(dāng)Ｂ核BootLoader程序執(zhí)行完后，Ｂ核通知Ａ核，Ａ核就跳出這個(gè)死循環(huán)程序，開始執(zhí)行自己的有效代碼。

２．４ TMS320VC5421的１６位并行EPROM工作方式的BootLoader程序的編程實(shí)現(xiàn)

首先設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的電路圖，在DSP的Ａ＿ＸＦ和Ｂ＿ＸＦ兩個(gè)管腳分別連接一個(gè)發(fā)光二極管，Ａ核以２Ｈｚ的頻率點(diǎn)亮發(fā)光二極管，Ｂ核以１０Ｈｚ的頻率點(diǎn)亮發(fā)光二極管。將１２８Ｋ的ＦＬＡＳＨ？ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ？分成兩頁，每頁為６４Ｋ。ＦＬＡＳＨ的頁的選擇由ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的Ａ＿ＢＤＸＯ管腳控制。當(dāng)Ａ＿ＢＤＸ０為低電平，即ＦＬＡＳＨ的Ａ１６地址線為低電平時(shí)，選中ＦＬＡＳＨ的第一頁，由ＦＬＡＳＨ的Ａ０～Ａ１５地址線選擇頁內(nèi)地址，用于存放Ａ核的１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的Boot表。當(dāng)Ａ＿ＢＤＸ０為高電平，即ＦＬＡＳＨ的Ａ１６地址線為高電平時(shí)，選中ＦＬＡＳＨ的第二頁，由ＦＬＡＳＨ的Ａ０～Ａ１５地址線選擇頁內(nèi)地址，用于存放Ｂ核的１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的Boot表。

1片外總線沖突的解決

估算Ｂ核執(zhí)行BootLoader程序所需的時(shí)間后，在Ａ核的用戶有效程序之前，加一段延遲程序。

延遲的時(shí)間計(jì)算如下：

TMS320VC5421DSP的ＤＭＡ通道從片外數(shù)據(jù)空間讀取一個(gè)字到片內(nèi)數(shù)據(jù)空間，需要７個(gè)指令周期時(shí)間。

統(tǒng)計(jì)用戶程序大?。繉?duì)應(yīng)Boot表中的所有段的大小相加？Ｎ１＋Ｎ２＋．．．＝Ｎ。

延遲的時(shí)間為Ｎ×７＝７Ｎ個(gè)指令周期。

由上面所述的方法可知，只需在開始執(zhí)行Ａ核的有效程序之前加一段延遲７Ｎ個(gè)指令周期的代碼即可。

（２）生成Boot表

對(duì)CPU_A來說，以Ａ核程序流程圖建立一個(gè)項(xiàng)目Ａｔｉ．ｍｓｋ。產(chǎn)生Ａｔｉ．ｏｕｔ文件后，進(jìn)入該目錄的ＤＯＳ環(huán)境，鍵入：

hex500 Ati．out－ａ－ｅ 0x4000h－Boot－Bootｏｒｇ PARALLEL－ｍｅｍｗｉｄｔｈ １６－ｒｏｍｗｉｄｔｈ １６－ｏ Ａｔｉ．ｈｅｘ

生成Ａ核的１６位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的Boot表。

對(duì)ＣＰＵ＿Ｂ來說，同樣以Ｂ核程序流程圖建立一個(gè)項(xiàng)目Ｂｔｉ．ｍｓｋ。產(chǎn)生Ｂｔｉ．ｏｕｔ文件后，進(jìn)入該目錄的ＤＯＳ環(huán)境，鍵入：

hex500 Bti.out-a -e0x4000h－Boot－Bootorg PARALLEL－ｍｅｍｗｉｄｔｈ １６－romwidth １６－ｏ Bti.hex

生成Ｂ核的16位并行ＥＰＲＯＭ工作方式的Boot表。

在實(shí)現(xiàn)雙核DSP的上電自舉后，Ａ核和Ｂ核的用戶程序?qū)?huì)被存放在核內(nèi)程序空間的不同頁面上。如從ＤＭＡ的角度觀看：Ａ核的用戶程序?qū)⒈淮娣旁冢梁说某绦蚩臻g的第０頁上；Ｂ核的用戶程序?qū)⒈淮娣旁冢潞说某绦蚩臻g的第２頁上。因此Ａ核的Boot表不需要修改，而Ｂ核的Boot表中的所有存放頁地址的表項(xiàng)中的內(nèi)容要更改為２。

（3）FLASH編程實(shí)現(xiàn)

根據(jù)FLASH芯片的控制時(shí)序，編寫一個(gè)簡單的DSP程序，用于將Ａ核的Boot表寫入FLASH的低６４Ｋ，將Ｂ核的Boot表寫入FLASH的高６４Ｋ。

3上電試驗(yàn)結(jié)果

將電路上電后，Ａ核控制的發(fā)光二極管開始閃爍，Ｂ核控制的發(fā)光二極管也開始閃爍，且Ａ核發(fā)光二極管閃爍頻率要低于Ｂ核發(fā)光二極管閃爍頻率。由此現(xiàn)象可得出？Ａ核與Ｂ核的BootLoader實(shí)現(xiàn)成功，未產(chǎn)生片外總線沖突；Ａ核以２Ｈｚ的頻率點(diǎn)亮發(fā)光二極管，Ｂ核以１０Ｈｚ的頻率點(diǎn)亮發(fā)光二極管。

編輯：jq