基于DSP在線(xiàn)程序加載的研究與實(shí)現(xiàn)

祖文祥，丁勁濤

（四川長(zhǎng)虹電源有限責(zé)任公司，四川 綿陽(yáng) 621000）

0 引 言

數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和豐富的外設(shè)，使其成為控制領(lǐng)域的首選控制芯片。當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行軟件升級(jí)時(shí)，需要將程序代碼重新下載到DSP的FLASH中。傳統(tǒng)的升級(jí)方式是將產(chǎn)品從系統(tǒng)上拆卸下來(lái)，打開(kāi)產(chǎn)品蓋板，連上JTAG下載器進(jìn)行軟件燒寫(xiě)升級(jí)。使用JTAG下載器進(jìn)行軟件升級(jí)雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但存在以下局限性[1]：

（1）由于安裝位置的限制，有時(shí)裝在系統(tǒng)上的產(chǎn)品較難拆卸；

（2）取下產(chǎn)品后，還需要打開(kāi)產(chǎn)品殼蓋才能實(shí)施下載，操作非常不便。

為了減少產(chǎn)品的維護(hù)成本和提高效率，DSP芯片在線(xiàn)加載功能的實(shí)現(xiàn)顯得尤為重要。DSP在線(xiàn)加載是指完全脫離下載器，通過(guò)通信總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP片內(nèi)FLASH的擦、寫(xiě)，完成軟件升級(jí)。在線(xiàn)加載利用產(chǎn)品原有的通信接口，無(wú)需添加額外的接口設(shè)備，具有方便靈活等特點(diǎn)，改善了傳統(tǒng)DSP程序下載的局限性。

1 芯片介紹

TMS320F2812存儲(chǔ)器空間定義如下[1]。

（1）片內(nèi)RAM（18K×16）。5個(gè)存儲(chǔ)塊組成，H0（8K×16，0x3F8000～ 0x3F9FFF）、L0和 L1（2×4K×16，0x008000～0x009FFF，受保護(hù)，不可用）、M0和 M1（2×1K×16，0x000040 ～ 0x0003FF）。

（2）片內(nèi)OTP（1K×16 ROM）。0x3D7800～0x 3D7BFF，TI保留空間（1K×16）。

（3）Boot ROM（4K×16 ROM）。0x3FF000～0x3FFFFF，TI限制，不可用。其中，0x3FFC00～0x3FFFBF存放TI公司的引導(dǎo)裝載程序，0x3FFFC0～0x3FFFFF存放復(fù)位向量。

（4）片內(nèi)Flash（128K×16 Flash）。①J～B區(qū)：0x3D8000～0x3F5FFF，120K×16，用戶(hù)使用空間；②A區(qū)：0x3F6000～0x3F7FF5，16K×16，0x3F7FF6～0x3F7FF7入口地址；③密碼區(qū)：0x3F7FF8～0x3F7FFF，8×16，CSM安全模塊，保密需要時(shí)使用。

2 芯片啟動(dòng)說(shuō)明

系統(tǒng)上電復(fù)位后，復(fù)位向量指向0x3FFFC0，其中是一條跳轉(zhuǎn)指令。如果MP/MC=0，地址跳轉(zhuǎn)至0x3FFC00運(yùn)行TI固化的引導(dǎo)裝載程序（簡(jiǎn)稱(chēng)一級(jí)Boot）。引導(dǎo)裝載程序是根據(jù)GPIO引腳狀態(tài)決定啟動(dòng)類(lèi)型，見(jiàn)表1[2]。

表1 DSP上電啟動(dòng)類(lèi)型

本系統(tǒng)選擇的是Flash引導(dǎo)模式，所以一級(jí)Boot引導(dǎo)至地址0x3F7FF6，從中取出一條跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到至程序初始化入口地址（DSP281x_CodeStartBranch.asm中的_c_int00指定該入口地址，在編譯時(shí)編譯器會(huì)自動(dòng)生成入口地址，具體可通過(guò)map文件中的ENTRY POINT SYMBOL:"_c_int00"address:XXXXXXXX查詢(xún)），然后從主函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行。

3 在線(xiàn)加載需求

為了實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)加載功能，必須有一段引導(dǎo)程序能夠根據(jù)需要引導(dǎo)至加載程序或者APP程序，該引導(dǎo)程序簡(jiǎn)稱(chēng)二級(jí)Boot。這里不對(duì)上位機(jī)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行說(shuō)明，二級(jí)Boot的具體設(shè)計(jì)見(jiàn)第4章。

4 設(shè)計(jì)方案

分為3個(gè)程序模塊，分別是二級(jí)Boot、加載程序和APP程序[2]。經(jīng)過(guò)一級(jí)Boot后，進(jìn)入二級(jí)Boot。在二級(jí)Boot中運(yùn)行程序，根據(jù)設(shè)定的條件跳轉(zhuǎn)至加載程序或者APP程序。加載程序通過(guò)通信總線(xiàn)獲取APP目標(biāo)代碼，將其寫(xiě)入到FLASH區(qū)段，等待產(chǎn)品下電。APP目標(biāo)代碼是采用TI公司的Code Composer Studio（5.0及以上版本）開(kāi)發(fā)環(huán)境直接編譯生成.bin文件（對(duì)于5.0以下版本則只能生成.out文件，但可通過(guò)轉(zhuǎn)換工具如HEX2000.exe轉(zhuǎn)換為.bin文件）。

5 設(shè)計(jì)說(shuō)明

5.1 二級(jí)Boot

二級(jí)Boot可根據(jù)不同的在線(xiàn)加載方法設(shè)計(jì)程序[3]。運(yùn)行一級(jí)Boot后，地址跳至二級(jí)Boot程序的入口地址，通過(guò)該入口地址進(jìn)入運(yùn)行二級(jí)Boot程序。該入口地址的獲取與二級(jí)Boot程序存放的Flash的位置有關(guān)，通過(guò)在CMD文件中配置.text確定存放的Flash區(qū)段（需手動(dòng)配置），編譯時(shí)自動(dòng)生成進(jìn)入該區(qū)段的入口地址，并自動(dòng)填寫(xiě)至0x3F7FF6地址中。

二級(jí)Boot跳轉(zhuǎn)指令分別如下。

（1）跳至加載程序

（2）跳至APP程序

5.2 加載程序

在加載程序的CMD文件中手動(dòng)配置.text（SECTIONS段內(nèi)的所有Flash空間定義都改為所占用的Flash區(qū)段），編譯時(shí)自動(dòng)生成進(jìn)入該區(qū)段的入口地址0x3f6d2d（該地址不固定，每次編譯可能會(huì)變化），將該地址手動(dòng)填寫(xiě)至二級(jí)Boot程序中的跳轉(zhuǎn)指令中，作為跳轉(zhuǎn)至加載程序的入口地址。

加載程序接收到APP目標(biāo)碼后，寫(xiě)入到指定Flash的空間[4]。寫(xiě)入的起始地址從0x3E4000開(kāi)始（該地址在CMD文件中配置，例如APP只占用F～C區(qū)段，起始地址就為0x3E4000）。執(zhí)行過(guò)程為：擦除該區(qū)段→接收一幀目標(biāo)碼→判斷是否超過(guò)該區(qū)段，超過(guò)就擦除下一區(qū)段，直到能夠容納該目標(biāo)碼長(zhǎng)度為止→寫(xiě)入目標(biāo)碼→接收下一幀目標(biāo)碼。寫(xiě)入完成后，等待手動(dòng)下電。

5.3 APP程序

對(duì)于APP程序的入口地址，在接收到第一幀目標(biāo)碼中獲取后就寫(xiě)入到指定空間[5]，本案例是0x3F3FF0-0x3F3FFF。

在APP程序的CMD文件中手動(dòng)配置.text（SECTIONS段內(nèi)的所有Flash空間定義都改為所占用的Flash區(qū)段），編譯時(shí)自動(dòng)生成進(jìn)入該區(qū)段的入口地址（該地址不固定，每次編譯可能會(huì)變化）。該地址通過(guò)通信總線(xiàn)下發(fā)至加載程序，寫(xiě)入至0x3F3FF0地址。

6 灌 裝

在代碼編寫(xiě)時(shí)分別創(chuàng)建3個(gè)工程，分別對(duì)應(yīng)BOOT程序、加載程序和APP程序。3個(gè)工程中的CMD文件做相應(yīng)的配置修改，代碼編寫(xiě)并通過(guò)編譯后，按照以下操作灌裝至DSP中。

（1）打開(kāi)Code Composer Studio，導(dǎo)入Boot程序工程和加載程序工程；

（2）分別在兩個(gè)工程的debug屬性中選擇Flash setting，在其中選擇需要操作的Flash區(qū)段；

（3）分別灌裝兩個(gè)程序；

（4）退出CCS，利用上位機(jī)通過(guò)通信向DSP下載APP目標(biāo)碼，第一幀包含APP入口地址；通過(guò)JTAG將二級(jí)Boot和加載程序灌裝到DSP中，然后通過(guò)配套的上位機(jī)將APP程序目標(biāo)代碼通過(guò)通信總線(xiàn)下發(fā)至DSP。圖1為灌裝BOOT程序和加載程序界面，圖2為灌裝APP程序界面。

圖1 灌裝Boot程序和加載程序

圖2 上位機(jī)通過(guò)1394通信灌裝APP程序