某信號處理模塊FT6678 DSP應(yīng)用程序加載方案設(shè)計(jì)

摘 要：為了解決FT6678 DSP應(yīng)用程序升級困難的問題，結(jié)合某信號處理模塊的硬件特征，提出了一種二級啟動(dòng)方案，并基于該流程設(shè)計(jì)了DSP應(yīng)用程序的兩種固化加載方式，即串口固化、網(wǎng)口固化。詳細(xì)闡述了兩種方式的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了DSP程序的快速燒寫及可靠固化。

關(guān)鍵詞：二級啟動(dòng)；串口固化；網(wǎng)口固化

中圖分類號：TP311.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0032-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.008

0" " 引言

隨著數(shù)字信號處理、嵌入式實(shí)時(shí)計(jì)算及并行運(yùn)算需求的不斷增多，多核DSP在移動(dòng)通信、圖像處理、雷達(dá)聲吶等多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛[1]。FT6678作為一款高性能的國產(chǎn)化多核DSP處理器，憑借其強(qiáng)大的信號處理能力，在高性能信號處理市場占據(jù)了一席之地。隨著用戶需求的不斷提升，需要經(jīng)常對已經(jīng)投入使用的嵌入式設(shè)備程序進(jìn)行更新，以前使用的通過仿真器升級DSP程序的方法會給程序升級帶來極大的不便。本文以FT6678為核心處理器，結(jié)合所在的信號處理模塊特征，設(shè)計(jì)出一種DSP二級啟動(dòng)方案，并基于此流程提出了應(yīng)用程序的兩種固化加載方式——串口固化及網(wǎng)口固化。

1" " DSP二級啟動(dòng)流程

FT6678在上電復(fù)位后，首先運(yùn)行固化在片上ROM的自動(dòng)程序加載器（ROM Boot Loader，RBL），RBL獲取并依據(jù)硬件配置引腳BOOTMODE的狀態(tài)，判斷設(shè)定的Boot模式進(jìn)入主機(jī)加載或存儲器加載模式[2]，輔助EMIF、PCI Express、SPI、Serial RapidIO等接口進(jìn)行主機(jī)加載，或?qū)⒋a從外部存儲器讀到內(nèi)部L2 SRAM，完成代碼加載。

加載完成后，目前通用的方法是運(yùn)行核0的代碼，執(zhí)行外設(shè)初始化，并發(fā)送IPC中斷給其余7個(gè)從核[3]，從核接收到中斷后，跳入程序入口地址執(zhí)行程序。該方法原理簡單，可操作性強(qiáng)，但存在一定缺陷：即當(dāng)核0程序加載固化失敗后，會導(dǎo)致無法借助串口/網(wǎng)口進(jìn)行再次升級，除非借助仿真器方可升級，給實(shí)際應(yīng)用造成了很大的困擾。

針對此種缺陷，本文提出了一種二級啟動(dòng)方案：將原來在核0上的程序按功能拆解，一部分為Boot程序，專職完成應(yīng)用程序的加載及啟動(dòng)；另一部分為應(yīng)用程序，著重完成后續(xù)的信號處理業(yè)務(wù)。Boot程序因其功能專一，變更較少，基本不用升級，設(shè)備出廠時(shí)僅需一次燒錄即可。即使后續(xù)更新Boot，也可用串口對其進(jìn)行更新，更新Boot時(shí)會有密碼保護(hù)，防止因固化失敗導(dǎo)致的問題，提高了整個(gè)系統(tǒng)升級的可靠性。

Boot啟動(dòng)完成后，讀取外部離散量，判斷是啟動(dòng)應(yīng)用模式還是固化模式：若為應(yīng)用啟動(dòng)模式，則直接跳轉(zhuǎn)至核0應(yīng)用啟動(dòng)地址，完成后續(xù)的從核加載等工作；若為固化模式，會進(jìn)一步判斷開關(guān)量，跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)的串口/網(wǎng)口分支，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的固化操作。

2" " 串口固化

本信號處理模塊采用DSP+FPGA+CPU的處理架構(gòu)（CPU采用FT2000處理器，DSP采用FT6678處理器，F(xiàn)PGA采用Xilinx Virtex系列處理器），F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的接收與預(yù)處理，處理好的結(jié)果傳送到DSP參與算法運(yùn)算，DSP通過RapidIO網(wǎng)絡(luò)將最終結(jié)果發(fā)送至CPU。CPU作為主控設(shè)備，可以通過FC網(wǎng)絡(luò)接收顯示設(shè)備的控制消息，也會定期將最終結(jié)果上傳至顯控設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。為方便后續(xù)的調(diào)試與程序加載，信號處理模塊通過連接器引出兩路網(wǎng)口（CPU和DSP各一路）、兩路RS232串口（CPU和DSP各一路）。

DSP芯片通過EMIF總線與Nor Flash芯片連接，在上電時(shí)通過EMIF自舉方式將代碼從Flash搬移至L2運(yùn)行[4]。通過串口將程序固化至Flash時(shí)，需要通過串口調(diào)試線與PC相連，PC上存儲有上位機(jī)軟件（無須安裝），簡單地點(diǎn)開圖標(biāo)即可運(yùn)行。Boot程序上電運(yùn)行后，采集調(diào)試設(shè)備上的離散量開關(guān)，若為串口加載模式，跳轉(zhuǎn)至對應(yīng)分支，在上位機(jī)軟件顯示交互界面。

在“1.Enter App Mode（跳入應(yīng)用）” “2.Enter Setup Mode（進(jìn)入設(shè)置模式）” “3.Start Program Flash Online（開始程序固化）”中選擇3后，上位機(jī)自動(dòng)彈出加載窗口，加載文件中需要選擇加載的bin文件路徑，加載地址需要手動(dòng)輸入bin文件的燒寫地址。輸入完成后，點(diǎn)擊“確定”按鈕，上位機(jī)通過串口發(fā)送握手信號，如圖2所示。DSP Boot程序接收到串口數(shù)據(jù)后，判斷是否為約定的握手信號，如正確，通知上位機(jī)繼續(xù)發(fā)送固化地址；否則，循環(huán)讀取三次，均不為握手信號，通過上位機(jī)握手失敗，返回主交互界面。DSP Boot接收到地址數(shù)據(jù)后，判斷地址范圍，超出Flash地址邊界輸出地址錯(cuò)誤，退出固化流程；若地址為App燒寫地址，進(jìn)入應(yīng)用固化分支；地址為Boot燒寫地址，進(jìn)入Boot固化分支。兩者唯一的區(qū)別是Boot程序固化需要輸入密碼，保護(hù)Boot程序不被誤篡改。Boot程序的固化過程應(yīng)保證信號處理模塊不斷電，否則會導(dǎo)致Boot程序無法啟動(dòng)，此時(shí)需拆開設(shè)備插上仿真器進(jìn)行升級，會給升級工作造成極大的不便。

地址發(fā)送成功后，上位機(jī)軟件將文件拆包為4k大小發(fā)送，數(shù)據(jù)格式為Header+長度+內(nèi)容+校驗(yàn)碼。Boot接收到數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行CRC運(yùn)算，與最后的校驗(yàn)碼進(jìn)行對比，不一致會通知上位機(jī)重發(fā)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，Boot會對收到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行一次總體校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后，開始調(diào)用固化程序?qū)⑽募浿罭or Flash中。

固化程序根據(jù)接收到的目的Flash地址、數(shù)據(jù)長度，計(jì)算頭扇區(qū)扇區(qū)號和尾扇區(qū)扇區(qū)號。若數(shù)據(jù)大于一個(gè)扇區(qū)且頭尾在不同的扇區(qū)：如果用戶數(shù)據(jù)頭部地址落在Flash扇區(qū)中部，讀回Flash頭扇區(qū)數(shù)據(jù)，將待燒寫數(shù)據(jù)不滿一個(gè)扇區(qū)的部分（頭部數(shù)據(jù)）與Flash中讀回?cái)?shù)據(jù)拼接在一起；如果用戶數(shù)據(jù)尾部地址落在Flash扇區(qū)中部，讀回Flash尾部扇區(qū)數(shù)據(jù)，將待燒寫數(shù)據(jù)不滿一個(gè)扇區(qū)的部分（尾部數(shù)據(jù)）與Flash中讀回?cái)?shù)據(jù)拼接在一起；在不考慮頭尾數(shù)據(jù)的情況下，將所有數(shù)據(jù)寫入Flash，接著判斷頭/尾數(shù)據(jù)是否在中部，在中部的情況下，分別將拼接的數(shù)據(jù)寫入頭/尾扇區(qū)。如數(shù)據(jù)小于一個(gè)扇區(qū)，則將Flash中一個(gè)扇區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)全部讀出，接著將用戶數(shù)據(jù)插入對應(yīng)的位置，擦除整個(gè)扇區(qū)后，將該組合數(shù)據(jù)全部寫至Flash。

Flash的擦除方式有兩種：整片擦除和扇區(qū)擦除。整片擦除是將整芯片的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行擦除；而扇區(qū)擦除只擦除所需的單個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)擦除機(jī)制使得指定的存儲扇區(qū)被擦除和重新編程而不影響其他數(shù)據(jù)。模塊中Flash還儲存有其他用戶數(shù)據(jù)，因此選擇扇區(qū)擦除。Flash的擦除和編程都是通過發(fā)送指令序列進(jìn)行，控制命令可通過標(biāo)準(zhǔn)的操作及時(shí)序進(jìn)行命令輸入，F(xiàn)lash芯片響應(yīng)相應(yīng)的命令并執(zhí)行所要求的操作。一旦編程或擦除操作開始，DSP需要通過檢測DQ7或DQ6信號是否翻轉(zhuǎn)，或者監(jiān)控輸出信號Ready/

Busy#（RY/BY#）來判定操作是否完成。

DSP Boot完成數(shù)據(jù)燒寫后，對Flash進(jìn)行讀校驗(yàn)，校驗(yàn)通過則給上位機(jī)返回成功，上位機(jī)顯示固化完成；校驗(yàn)失敗則返回失敗，上位機(jī)顯示固化失敗。

3" " 網(wǎng)口固化

串口固化簡單易用，工作穩(wěn)定，在調(diào)試階段或小批量固化時(shí)非常實(shí)用，但隨著產(chǎn)品規(guī)模增加，加上串口傳輸速度和距離的限制，在外場升級時(shí)其存在一定的局限性。為解決該問題，設(shè)計(jì)出了網(wǎng)口固化方案，該方案升級速度快，可以實(shí)現(xiàn)文件的批量加載，更適用于外場升級。

選擇網(wǎng)口升級時(shí)，用戶需要將外部離散量開關(guān)撥至網(wǎng)口加載狀態(tài)，DSP Boot程序采集到以后會跳入網(wǎng)口加載分支，完成DSP網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)的初始化。此時(shí)，PC機(jī)通過交換機(jī)與整套綜合信號處理機(jī)連接，各信號處理模塊根據(jù)其槽位號分配固定的IP地址，固化時(shí)PC機(jī)配置自身IP與其處于同一網(wǎng)段。上位機(jī)軟件加載時(shí)，可以選擇多DSP加載，選擇導(dǎo)入配置所有信號處理模塊IP號的XML文件，該文件中包含模塊號與對應(yīng)的IP關(guān)系。導(dǎo)入完成后，界面會顯示模塊及IP地址，上位機(jī)繼續(xù)提示選擇固化文件存儲位置，文件存儲位置按照模塊編號固定排序，文件中包含固化的bin文件及其燒寫地址，點(diǎn)擊“確定”按鈕后，上位機(jī)會彈出模塊名稱供用戶選擇，用戶可以選擇全部模塊或部分模塊進(jìn)行燒寫。DSP Boot會將接收燒寫進(jìn)度返回給上位機(jī)軟件，燒寫成功且校驗(yàn)通過上位機(jī)會顯示固化完成，否則會顯示失敗原因，用戶可根據(jù)錯(cuò)誤提示進(jìn)一步定位固化故障。網(wǎng)口加載流程如圖3所示。

網(wǎng)口固化的數(shù)據(jù)傳輸方式與串口固化類似，也是握手，發(fā)送地址、數(shù)據(jù)長度、校驗(yàn)位，接收完成后，DSP Boot程序根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)調(diào)用Flash燒寫驅(qū)動(dòng)將數(shù)據(jù)固化至目標(biāo)地址。FT6678 DSP集成了千兆以太網(wǎng)，相較于波特率115 200 B/s的串口而言，傳輸速度有了飛躍提升；另外，網(wǎng)絡(luò)加載可以多DSP并行燒寫，在外場升級中效率顯著提升。

4" " 結(jié)束語

本文針對DSP程序升級困難的痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)了兩種DSP程序固化方案，并對其軟件實(shí)現(xiàn)方式分別進(jìn)行了介紹。串口固化調(diào)試簡單，工作可靠，適用于調(diào)試及小規(guī)模固化場景；網(wǎng)口固化傳輸效率高，固化速度快，但DSP側(cè)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)及上位機(jī)軟件開發(fā)較為復(fù)雜，適合于大規(guī)模軟件升級場景。上述兩種方案均可實(shí)現(xiàn)對DSP程序的穩(wěn)定加載，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對于后續(xù)的DSP固化升級具有一定的參考價(jià)值。

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收稿日期：2025-02-24

作者簡介：袁斌斌（1989—），男，陜西咸陽人，碩士，工程師，研究方向：嵌入式軟件、RapidIO網(wǎng)絡(luò)通信等。