基于DSP芯片的Flash程序自舉引導的方法實現(xiàn)

　　作者：陳若珠，胡金平，李戰(zhàn)明

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，DSP 被廣泛應用于各種數(shù)字信號處理系統(tǒng)中。終開發(fā)的系統(tǒng)若要脫離仿真器運行， 必須將程序代碼存儲在非易失性存儲器中。Flash 是一種可在線進行電擦寫而掉電后信息又不丟失的存儲器， 它具有功耗低、容量大、擦寫速度快等特點。如何將程序燒寫進Flash ， 并在上電時加載到DSP 內(nèi)部的RAM 中， 是Flash 在DSP 系統(tǒng)應用中的兩個基本問題。本文基于TI 公司的TMS320VC5509A 和AMD 公司的AM29LV800開發(fā)系統(tǒng)， 詳細闡述了在線燒寫Flash 并實現(xiàn)自舉啟動的方法。

1 硬件電路設(shè)計

圖1 為TMS320VC5509A 與AM29LV800 的連接示意圖，F(xiàn)lash 擴展在CE1 空間， 起始地址為200000。由于TMS320VC5509A 只有14 根地址線A0~A13， 又因為Flash作為數(shù)據(jù)存儲空間使用時的地址編碼采用字尋址方式，則DSP 的A0 信號無效， 所以AM29LV800 芯片的低13位地址線A0 ~A12 連接TMS320VC5509A 的地址線A1 ~A13， 高6 位地址線A13 ~A18 由緩沖串口來擴展。

圖1 TMS320VC5509A 與AM29LV800 的連接示意圖

AM29LV800 是低功耗Flash ， 工作在2.7 V~3.6 V 電壓下， 一般存儲數(shù)據(jù)可以保存100 年以上， 可以重復編程次數(shù)高達10 萬次。A18~A0 為外部地址管腳，DQ0~DQ15為16 條數(shù)據(jù)線，為片選控制管腳，為輸出控制管腳，為寫入控制管腳。

2 自啟動過程分析及啟動表結(jié)構(gòu)

DSP 系統(tǒng)的bootloader 是指在系統(tǒng)上電時將一段存儲在外部非易失性存儲器中的程序搬移到DSP 片內(nèi)或片外擴展的高速RAM 中并執(zhí)行的代碼。Bootloader 程序性地存儲在DSP 以FF8000H 開始的ROM 中，DSP系統(tǒng)在復位后PC=FF8000H ， 即從Bootloader 程序首地址開始執(zhí)行。

TMS320VC5509 DSP 的Bootloader 有多種加載方式［3］，如表1 所示， 設(shè)置DSP 的GPIO0-GPIO3 ，DSP 在復位時讀取這4 個引腳上的狀態(tài)以確定所使用的啟動模式。本文使用16-bit EMIF 加載方式， 雖然連線復雜， 需要考慮并行非易失存儲器Flash 與EMIF 接口的匹配關(guān)系， 但是它的優(yōu)點很多： 不需要外部時鐘驅(qū)動， 非易失存儲器種類多樣， 容量較大， 除了存儲表之外， 還可存儲系統(tǒng)需要保存的關(guān)鍵數(shù)據(jù)， 以便在掉電時保存信息。

表1 TMS320VC5509A 的加載方式

在這些加載模式下， 程序之前先要生成一張載入表， 即引導表。引導表的結(jié)構(gòu)如圖2 所示， 引導表攜帶的信息有代碼段和數(shù)據(jù)段信息， 向DSP 程序的入口點地址、寄存器配置信息和可編程延時信息。

圖2 引導表結(jié)構(gòu)

讀引導表可知以下信息： 程序入口地址是引導表加載結(jié)束后用戶程序開始執(zhí)行的地址， 也就是用戶程序生成的map 文件中顯示的入口地址； 需配置寄存器數(shù)表明后面有多少個需要配置的寄存器； 當延時標志為0xFFFF 時， 執(zhí)行延時， 延時長度決定了在寄存器配置后延時多少個CPU 周期才進行下一個動作； 段字節(jié)數(shù)、段起始地址和數(shù)據(jù)表示用戶程序中定義的各個段的內(nèi)容；引導表以32 個0 為結(jié)束標志。

生成引導表的方法： 通過在DOS 環(huán)境下使用hex55.exe 轉(zhuǎn)換工具。在轉(zhuǎn)換操作之前， 先把用戶程序生成的。out 文件、包含轉(zhuǎn)換選項的CMD 文件hex5509.cmd 和轉(zhuǎn)換工具hex55.exe 放在同一個文件夾里， 在DOS 方式下先將路徑修改為文件所在的位置， 然后在此路徑下運行命令hex55 hex5509.cmd ， 即可生成想要的。hex 文件。

在轉(zhuǎn)換時， 提供引導表的相關(guān)配置信息的CMD 文件這里被命名為hex5509.cmd ， 文中用到的hex5509.cmd的內(nèi)容為：

3 Flash 燒寫

Flash 的讀操作與傳統(tǒng)EPROM 讀操作相同。由于芯片使用軟件保護模式進行操作， 用戶編程時， 只要向指定的地址寫入指定的序列， 就可以啟動Flash 芯片內(nèi)部的寫狀態(tài)機， 完成指定的操作。表2 為Flash 的操作命令說明（ 對芯片的擦除和編程都是按照字進行的）， 表中所有的數(shù)據(jù)都是十六進制數(shù)。

Flash 的正確操作順序： 先復位， 再擦除， 編程。

按照表2 提供的操作命令時序來實現(xiàn)對AM29LV800 的擦除和編程，PA 為編程地址，PD 為編程數(shù)據(jù)。Flash 擴展在CE1 空間， 起始地址是200000， 所以操作時所有地址必須加上200000。例如燒寫工程中擦除部分命令為：

表2 AM29LV800B 的操作命令說明

芯片擦除需要占用6 個總線周期， 而芯片編程需要4 個總線周期， 依照表3 的數(shù)據(jù)， 在每個總線周期對相應地址寫入命令字就可以了。用戶一般都是對芯片進行寫操作， 寫操作只能使‘1’ 變‘0’ ， 而擦除只能使‘0’ 變?yōu)椤?’ 。圖3 為擦除和編程命令波形圖， 清楚地顯示了擦除和編程操作過程。

圖3 擦除和編程命令波形圖

判斷編程或擦除的結(jié)束是當把編程或擦除的命令字按照其時序?qū)懭隖lash 時， 在寫編程命令時序或擦除命令時序的一個WE 上升沿到來之后，AM29LV800會自動運行一個嵌入在Flash 內(nèi)部的算法來判斷編程或擦除操作是否結(jié)束。采用觸發(fā)位校驗的方法， 檢測數(shù)據(jù)切換位DQ6（Toggle Bit） 的狀態(tài)， 連續(xù)讀數(shù)據(jù)會使DQ6 的值在‘0’ 和‘1’ 之間來回切換， 當編程或擦除結(jié)束時，DQ6 就停止值的切換。因此， 可以通過連續(xù)兩次讀DQ6 的值來判斷編程或擦除是否結(jié)束， 當兩次讀得的值相同時， 說明編程或擦除結(jié)束， 否則沒有。觸發(fā)位檢測算法流程圖如圖4 所示。

圖4 觸發(fā)位檢測算法流程圖

4 程序的燒寫實現(xiàn)

本系統(tǒng)在CCS 仿真環(huán)境下對Flash 進行在線編程。

先建立一個Flash 的燒寫工程， 并在工程中將要燒寫進Flash 的引導表文件通過CCS 的LOAD DATA 功能直接加載進DSP 的內(nèi)存， 根據(jù)加載的首地址和數(shù)據(jù)長度， 在仿真環(huán)境下燒寫進Flash 中。值得注意的是， 程序加載的內(nèi)存空間不能與Flash 的燒寫程序重疊， 否則燒寫失敗。

燒寫完成以后， 關(guān)掉電源， 拔掉仿真器電纜， 讓仿真器和計算機脫開： 重新打開電源， 實驗板上指示燈閃爍， 表明燒寫進Flash 程序正在運行， 自啟動成功。

需要補充的是， 經(jīng)過hex55.exe 文件轉(zhuǎn)化后的hex 文件的引導表文件不能直接導入CCS 中，CCS 只支持將特別規(guī)定的DAT 格式文件通過LOAD DATA 導入內(nèi)存， 所以在導入之前必須先將引導表轉(zhuǎn)化成DAT 格式文件， 這個工作可以由VC 編寫一個簡單的C 語言轉(zhuǎn)化程序?qū)崿F(xiàn)。

本文闡述了一種針對TMS320VC5509A DSP 簡單有效的Flash 燒寫方法， 并提出了程序自舉引導的實現(xiàn)方法?？梢杂行У亟鉀Q程序代碼存儲問題和DSP 脫機自舉問題， 不僅提高了調(diào)試效率， 也增加了系統(tǒng)的靈活性。本文討論的引導方法包括硬件設(shè)計及相關(guān)程序， 已經(jīng)在筆者的實際開發(fā)語音項目中使用并成功運行。

責任編輯：gt