TMS320C6713B系統(tǒng)自動(dòng)引導(dǎo)的方法與編程實(shí)現(xiàn)

三峽大學(xué)科技學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化系 徐晶晶

1.引言

TMS320C6713B是TI公司生產(chǎn)的TMS320系列產(chǎn)品中一款高性能的DSP芯片，特別適用于高速數(shù)字信號(hào)處理。它主要由三個(gè)部分組成：CPU內(nèi)核、外設(shè)和存儲(chǔ)器。CPU中8個(gè)功能單元可以并行工作，這些功能單元被分成類似的兩組，每組由4個(gè)基本功能單元組成。CPU有兩組寄存器，每組寄存器由16個(gè)32位寄存器組成。由于在運(yùn)行期間不做硬件數(shù)據(jù)相關(guān)性檢查，所以程序運(yùn)行時(shí)可以同時(shí)執(zhí)行8條指令，極大地提高了芯片處理速度，使得該芯片在電子測(cè)量、測(cè)控、圖像、雷達(dá)、聲納和軟件無線電等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

一般的DSP應(yīng)用系統(tǒng)如圖1所示，主要包括了電源、存儲(chǔ)器、外部接口、數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路等部分。利用這樣一個(gè)DSP系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理，并利用程序指令實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制操作。其中，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器非常重要，因?yàn)殚_發(fā)這樣一個(gè)有特殊應(yīng)用的DSP系統(tǒng)，最終必然要脫離仿真器獨(dú)立運(yùn)行，這時(shí)就需要一個(gè)能在斷電后保存程序及初始化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。由于FLASH具有電信號(hào)擦除功能且擦除速度快，集成度高，因此成為了構(gòu)建DSP應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)存儲(chǔ)器的首選。系統(tǒng)上電時(shí)，由DSP自帶的引導(dǎo)程序?qū)?yīng)用程序從該存儲(chǔ)器引導(dǎo)到DSP應(yīng)用板上的高速存儲(chǔ)器(如內(nèi)部SRAM，SDRAM等)中，而如何實(shí)現(xiàn)該過程就成了DSP開發(fā)中不可避免的問題。

2.DSP加電后的引導(dǎo)過程

DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)（BOOT）是在系統(tǒng)加電或復(fù)位時(shí)，DSP將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器的程序代碼通過DMA/EDMA方式拷貝到內(nèi)部的高速內(nèi)存中運(yùn)行。這樣既能擴(kuò)展DSP有限的存儲(chǔ)空間，又能充分發(fā)揮DSP內(nèi)部資源的效能。當(dāng)然用戶的代碼也可以通過掩膜方式寫入到DSP內(nèi)部的ROM中，但這樣會(huì)受到容量和價(jià)格的限制，且不便于擴(kuò)展和升級(jí)。DSP系統(tǒng)的引導(dǎo)方式 不是唯一的，對(duì)于TMS320C6713B系統(tǒng)來說，加電后RESET信號(hào)為低，芯片復(fù)位，在RESET信號(hào)上升沿處，鎖存Bootmode(HD[4:3])信號(hào)，從而決定芯片的引導(dǎo)方式，具體方式如表1所示。因此，只需要對(duì)HD[4:3]管腳電平通過電阻上拉或下拉即可實(shí)現(xiàn)不同的引導(dǎo)方式。

下面簡(jiǎn)要敘述一下三種不同的引導(dǎo)模式。

(1)主機(jī)(host)引導(dǎo)

CPU停留在保持狀態(tài)，其余硬件部分均保持正常狀態(tài)。在這期間，外部主機(jī)通過主機(jī)口初始化CPU的存儲(chǔ)空間，包括寄存器的初始化，例如控制EMIF和其它一些外圍設(shè)備的配置寄存器。主機(jī)完成所有的初始化工作后，將主機(jī)口控制寄存器中的DSPINT位設(shè)置為1，結(jié)束引導(dǎo)過程。此時(shí)CPU退出復(fù)位狀態(tài)，開始執(zhí)行地址0處的指令。在這個(gè)過程中，DSPINT并不是通過CPU來觸發(fā)，因?yàn)榇藭r(shí)CPU仍然處于保持狀態(tài)。而且，也只有在主機(jī)引導(dǎo)過程中，DSPINT才能將CPU從保持狀態(tài)喚醒。另外，主機(jī)可以對(duì)DSP所有的存儲(chǔ)空間進(jìn)行讀和寫，這樣就允許主機(jī)在必要的時(shí)候更改發(fā)送給DSP的內(nèi)容。值得注意的是，在CPU跳出保持狀態(tài)后需要清除DSPINT，否則，就收不到其它的DSPINT了。

(2)Emulation引導(dǎo)

這種模式不是通過主機(jī)加載代碼和設(shè)置DSPINT，而是利用仿真器來設(shè)置DSPINT，從而CPU開始從地址0處執(zhí)行指令。在每次操作之前，仿真器就在地址0處設(shè)有斷點(diǎn)。這種模式在調(diào)試階段是一個(gè)很好的手段。

(3)EMIF引導(dǎo)

這種模式是把程序代碼或數(shù)據(jù)表保存在ROM、FLASH或其它非易失性存儲(chǔ)器中，它們對(duì)應(yīng)著DSP的CE1空間，數(shù)據(jù)格式跟系統(tǒng)一樣。在內(nèi)部復(fù)位時(shí)，DSP使用默認(rèn)的ROM時(shí)序從CE1空間拷貝1kB數(shù)據(jù)到地址0處。用戶可以指定外部ROM的存儲(chǔ)寬度，EMIF會(huì)自動(dòng)將相鄰的8bit/16bit數(shù)據(jù)合并成32bit。DSP用EDMA進(jìn)行的這一加載過程是一個(gè)單幀的數(shù)據(jù)塊傳輸。傳輸過程完成之后，CPU退出復(fù)位狀態(tài)，開始執(zhí)行地址0處的程序。一般來說，這段1kB程序的功能是先將外部主程序數(shù)據(jù)讀入到DSP內(nèi)部程序空間相應(yīng)地址，然后跳轉(zhuǎn)到主程序運(yùn)行。在DSP系統(tǒng)應(yīng)用中，用戶就需要編寫這段1kB大小的程序，實(shí)現(xiàn)二次引導(dǎo)，此即為用戶的引導(dǎo)程序。其過程簡(jiǎn)單歸納如下：

1)在CCS環(huán)境中，編寫主程序、裝載程序以及相應(yīng)的命令文件(link.cmd)，編譯鏈接以形成.hex(COFF格式)文件，通過編程器轉(zhuǎn)化成.bin文件(二進(jìn)制文件)，燒到ROM中；

2)系統(tǒng)加電復(fù)位，芯片從ROM中拷貝固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊（其中包括用戶自身的引導(dǎo)代碼）到RAM中，用以初始化部分存儲(chǔ)器；

表1 TMS320C6713B系統(tǒng)的不同引導(dǎo)方式

圖1 典型的DSP應(yīng)用系統(tǒng)

圖2 FLASH引導(dǎo)程序的組成

3)執(zhí)行用戶的引導(dǎo)代碼和其它數(shù)據(jù)段以及程序段初始化所必需的段復(fù)制；

4)程序從main()處開始執(zhí)行。

3.EMIF引導(dǎo)模式實(shí)現(xiàn)

如果程序代碼或數(shù)據(jù)表保存在ROM、FLASH或其它非易失性存儲(chǔ)器中，在開發(fā)引導(dǎo)程序時(shí)，必須考慮以下幾點(diǎn)：

1)用戶引導(dǎo)代碼必須鏈接到應(yīng)用程序中，這樣在系統(tǒng)加電復(fù)位后，用戶的引導(dǎo)程序才能被合適地加載和執(zhí)行；

2)只有通過編寫自己的引導(dǎo)代碼用戶才能正確地從ROM中拷貝COFF格式的段，而引導(dǎo)代碼的大小不能超過1kB；

3)在程序連接時(shí)，只有通過合理編寫命令文件（.cmd），使這些段被合理地連接后，才能實(shí)現(xiàn)從ROM中加載，從DSP內(nèi)部RAM中執(zhí)行。

在這個(gè)過程中，所用到的命令文件和用戶引導(dǎo)代碼如圖2所示，它們對(duì)于程序能否正確地執(zhí)行起著非常重要的作用。在某軟件無線電工程的開發(fā)中，筆者就是在C語言環(huán)境下，成功地開發(fā)了TMS320C6713B系統(tǒng)基于EMIF的自引導(dǎo)程序。下面就針對(duì)這兩個(gè)方面加以詳細(xì)說明，以供大家借鑒。

3.1 命令文件

利用TI的代碼產(chǎn)生工具，可以按照?qǐng)D2所示的步驟生成可執(zhí)行文件(.out)。匯編器接收匯編優(yōu)化器或編譯器產(chǎn)生的.asm文件，經(jīng)過匯編后產(chǎn)生可重新分配地址的COFF格式的目標(biāo)文件.obj。該格式文件包含了匯編器所生成的各個(gè)段(如表2所示)，命令文件就是指導(dǎo)鏈接如何將各段分配到相應(yīng)的存儲(chǔ)器中。編寫命令文件時(shí)，有一點(diǎn)需要注意，那就是在很多情況下需要對(duì)某段說明兩個(gè)不同的地址：加載地址和運(yùn)行地址。加載地址決定了二進(jìn)制程序代碼的存儲(chǔ)位置和程序的引導(dǎo)地址，但在運(yùn)行過程中對(duì)于該段的任何引用則是以它的運(yùn)行地址作為參考的。因此，當(dāng)用戶對(duì)某段分別說明了加載地址和運(yùn)行地址時(shí)，只有將該段從加載地址復(fù)制到運(yùn)行地址上，該段才可以被訪問。

在命令文件中，合理地分配各段對(duì)于整個(gè)程序的正確運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。在TI可查閱的文檔和相關(guān)網(wǎng)站上，很少有涉及這方面內(nèi)容的文章。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐，筆者取得了一些經(jīng)驗(yàn)，下面是在實(shí)踐中編寫的命令文件(.cmd)

表2 編譯器產(chǎn)生的默認(rèn)代碼段和數(shù)據(jù)段

3.2 編寫用戶引導(dǎo)代碼

DSP加電復(fù)位后，自動(dòng)從CE1空間中拷貝1kB數(shù)據(jù)（程序代碼）到地址0處，然后從0地址處開始執(zhí)行指令。下面這段程序，其主要作用是將程序從外部ROM中搬到片內(nèi)RAM區(qū)，然后跳轉(zhuǎn)到C程序的入口地址C_int00處，保證程序順利啟動(dòng)運(yùn)行。

編寫程序的具體步驟如下：

4.總結(jié)

TI高速信號(hào)處理器TMS320C6713B需要從外部的存儲(chǔ)器(ROM或FLASH)中引導(dǎo)應(yīng)用程序，這是開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和處理速度，它在整個(gè)DSP嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中有著至關(guān)重要的作用。如果開發(fā)者在設(shè)計(jì)之初就掌握了這項(xiàng)技術(shù)，就會(huì)大大方便系統(tǒng)的調(diào)試，縮短開發(fā)時(shí)間。

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