TMS320C54x系列DSP應(yīng)用初探

【摘要】本文介紹了TMS320C54x系列DSP的存儲結(jié)構(gòu)，詳細(xì)討論了存儲器和存儲空間的映射關(guān)系，分析了存儲空間的配置方法，并結(jié)合實(shí)例給出了C5410型DSP的存儲器映射關(guān)系和鏈接配置文件。

【關(guān)鍵詞】DSP；存儲器；存儲空間；映射；鏈接配置文件

1.引言

根據(jù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的需求，對DSP可用存儲空間的分析和配置是開發(fā)過程的第一步，也是設(shè)計(jì)者需要考慮的關(guān)鍵問題，因此，存儲空間分配的好壞不僅關(guān)系到開發(fā)設(shè)計(jì)的成敗，而且反映了一個(gè)DSP程序員的水平和經(jīng)驗(yàn)。對于DSP，我們總是遇到這樣的兩個(gè)名詞，存儲器（RAM、ROM、EPROM和FLASH等）和存儲空間（程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間和I/O存儲空間）。而這兩個(gè)名詞又總是阻礙著DSP設(shè)計(jì)者前進(jìn)的腳步，使之望而卻步。為此，本文首先探討存儲器和存儲空間的映射關(guān)系的問題。同時(shí)，由于DSP的廣泛應(yīng)用，程序代碼不斷地增大，這就涉及到本文要探討地第二個(gè)問題，如何合理地配置DSP的存儲空間，使之更好地利用DSP地內(nèi)部資源，并以C5410型DSP為例，給出了存儲空間配置的CMD文件。

2.C54x系列DSP的存儲結(jié)構(gòu)

C54x系列DSP一般有192K字的存儲空間，分為三個(gè)相互獨(dú)立可選擇的空間：64K字的程序存儲空間、64K字的數(shù)據(jù)存儲空間和64K字的I/O存儲空間[1]。其中程序存儲空間存放待執(zhí)行的指令和執(zhí)行過程中所需要的系數(shù)表（數(shù)學(xué)用表，常數(shù)），可使用片內(nèi)或片外的RAM、ROM或FLASH等來構(gòu)成；數(shù)據(jù)存儲空間存放指令執(zhí)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可使用片內(nèi)或片外的RAM和ROM來構(gòu)成；I/O存儲空間提供與外部存儲器映射的接口，也可以作為外部數(shù)據(jù)存儲空間使用。

C54x系列DSP片內(nèi)都有隨機(jī)存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM），而RAM又分為兩種類型：DARAM（雙訪問RAM，每個(gè)機(jī)器周期可以訪問2次）和SARAM（單訪問RAM，每個(gè)機(jī)器周期只能訪問1次）。

3.存儲器和存儲空間的映射關(guān)系

3.1 片內(nèi)存儲器映射

針對存儲器和存儲空間兩個(gè)不同的概念，本節(jié)詳細(xì)分析C54x系列DSP的片內(nèi)存儲器的映射關(guān)系。

C54x通過處理器工作方式的狀態(tài)寄存器（PMST）中的3個(gè)狀態(tài)位，來選擇片內(nèi)存儲器作為程序空間或數(shù)據(jù)空間。這3個(gè)狀態(tài)位是：

（1）MP/MC位，決定是否使能片內(nèi)ROM。MP/MC=0，片內(nèi)ROM使能，映射到程序空間；MP/MC=1，則片內(nèi)ROM不使能，此時(shí)將不會用到DSP的自引導(dǎo)程序。系統(tǒng)僅在復(fù)位時(shí)采樣一次MP/MC引腳，并將引腳值傳遞給MP/MC位，而復(fù)位后便可通過軟件設(shè)置MP/MC位來禁止或使能片上ROM。在使用仿真器開發(fā)程序時(shí)，需要將MP/MC置為1，此時(shí)DSP處于微處理器方式，應(yīng)用程序通過TI公司的DSP開發(fā)軟件CCS（Code Composer Studio）在線寫入程序存儲區(qū)；在DSP脫機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要將MP/MC清0，此時(shí)DSP處于微計(jì)算機(jī)方式，DSP在上電或復(fù)位后，其片內(nèi)ROM中的自舉加載程序?qū)紫茸詣舆\(yùn)行，將用戶程序代碼移入程序空間后，再將控制權(quán)交給用戶代碼[3]。

（2）OVLY位。OVLY=1，則片內(nèi)RAM映射到程序和數(shù)據(jù)空間，程序在RAM中運(yùn)行；OVLY=0，則片內(nèi)RAM只映射到數(shù)據(jù)存儲空間，此時(shí)可用一個(gè)外部FLASH映射到程序空間，程序可在其中運(yùn)行。顯然這種方式不如程序在片內(nèi)RAM中執(zhí)行速度快。

（3）DROM位。對于不同型號的DSP，DROM代表不同的意義。C542、C543、C548片內(nèi)只有2K字ROM，如前所述這2K字的內(nèi)容是由TI公司定義的，不可修改，也不能用作用戶程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，因此DROM位對此類器件并無影響。對C541、C545、C546、C549、C5402而言，DROM位決定片內(nèi)的ROM是否部分映射到數(shù)據(jù)空間：DROM=1，部分片內(nèi)ROM映射到數(shù)據(jù)空間；DROM=0，片內(nèi)ROM不映射到數(shù)據(jù)空間。而對C5410、C5416、C5420（無片內(nèi)ROM）而言，片內(nèi)ROM并不映射到數(shù)據(jù)空間，此時(shí)DROM位決定數(shù)據(jù)空間的高32K字是由片內(nèi)的RAM構(gòu)成還是由片外的RAM構(gòu)成：DROM=1，片內(nèi)排列的第二組32K字（片內(nèi)RAM的排列是先排DARAM，再排SARAM，32K為一組。

3.2 程序存儲空間的分頁擴(kuò)展

程序設(shè)計(jì)者可根據(jù)片內(nèi)存儲器的大小和不同的應(yīng)用需求，相應(yīng)地配置這3個(gè)位，使系統(tǒng)的存儲空間滿足應(yīng)用要求。但是由于程序代碼的不斷增長，64K的程序空間已不能滿足需要，所以C54x系列DSP從C548開始，地址線增加到了23根（C5402為20根，C5420為18根），具有8M字的尋址空間（引入了頁的概念，每頁64K字），為此還增加了一個(gè)額外的存儲器映像寄存器程序計(jì)數(shù)器擴(kuò)展寄存器XPC（當(dāng)前程序空間地址的高7位），以及6條尋址擴(kuò)展程序空間的指令。

4.存儲空間的配置

4.1 簡單分析

在這里，我們以TMS320C5410為例介紹如何配置存儲空間。C5410片內(nèi)有16K字ROM，8K字DARAM和56K字SARAM。由于片內(nèi)ROM的不易修改性和RAM的掉電易失性，因此外加一個(gè)64K字的FLASH存儲器（映射到程序空間），用來存儲用戶程序和引導(dǎo)程序。自己編寫上電引導(dǎo)程序，并和用戶程序代碼一起燒寫到位于程序空間的FLASH中

4.2 CMD文件的編寫

匯編器和鏈接器產(chǎn)生的目標(biāo)文件采用COFF（Common Object File Format）公共目標(biāo)文件格式，代碼和數(shù)據(jù)塊是按段（Section）來組織和存儲的，便于模塊化編程。鏈接器的作用是將由匯編器產(chǎn)生的OBJ文件（目標(biāo)文件）作為輸入塊，將相應(yīng)的段結(jié)合在一起產(chǎn)生可執(zhí)行的輸出模塊，并將輸出的段分配到存儲器中的指定地址[5]。完成這個(gè)任務(wù)的是CMD文件（鏈接器配置文件或鏈接命令文件），簡稱為命令文件。其中關(guān)鍵是MEMORY和SECTIONS兩個(gè)偽指令的使用。

CMD文件由3部分組成：

①輸入/輸出文件定義：.obj文件：鏈接器要鏈接的目標(biāo)文件；.lib文件：鏈接器要鏈接的庫文件；.map文件：鏈接器生成的存儲器映射文件；.out文件：鏈接器生成的可執(zhí)行代碼文件；

②MEMORY命令：配置目標(biāo)存儲器，建立模型；

③SECTIONS命令：根據(jù)這個(gè)模型來安排各個(gè)段的存放位置。

按照上節(jié)例子，程序中需要定義了四個(gè)基本的段，段名分別取為“.text”、“.vectors”、“.boot”和“.table”，它們的內(nèi)容分別對應(yīng)于用戶程序、中斷向量表、上電引導(dǎo)程序和引導(dǎo)表。燒寫程序完成把四個(gè)段的內(nèi)容燒寫到FLASH存儲器中。另外，還有“.bss”、“.data”和“.stack”，它們的內(nèi)容分別對應(yīng)于未初始化的變量、初始化的數(shù)據(jù)和堆棧段。本例中，假設(shè)“.text”段的長度位1000H，它被燒寫到FLASH中從08000H開始的存儲單元，上電后將被加載到程序空間中從2000H開始的存儲單元中。

5.結(jié)束語

隨著DSP應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓廣，程序代碼的不斷增加，使得存儲空間的配置顯得越來越重要。根據(jù)開發(fā)需求選擇合適的DSP芯片，并加以擴(kuò)展的片外存儲器，正確地劃分程序和數(shù)據(jù)空間中各段的大小，合理地配置存儲空間，將使空間利用率大大提高。

參考文獻(xiàn)

[1]支長義，程志平，陳書立.等.DSP原理及開發(fā)應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2010.8.

[2]胡海鵬，魏豐.TMS320C54X系列DSP存儲空間的配置方法研究[J].電測與儀表，2012年第6期.