分页烧写Flash的多页程序并行自举方法 - 单片机/处理器 -

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TI公司的DSP芯片TMS320Vc5410(简称5410)是性能卓越的低功耗定点DSP，在嵌入式系统中有着广泛的应用。5410没有自带的片上非易失性存储器，因此需要外部的非易失性存储介质，如EPROM或FLASH，来存储程序和数据。5410片内有64 K字RAM，由于在片内RAM运行程序比片外运行有高速度低功耗等显著优点，通常上电后都需要从片外EPROM或Flash上加载程序到片内RAM，但是芯片自带的自举程序(简称BootLoader)只支持32 K字以内的外部程序加载，因此程序设计往往局限于32 K字空间内，限制了编程的灵活性，不能充分发挥5410的性能。当程序空问大于32 K字时，就需要自己编写程序来实现自举。下面首先介绍使用5410对Am29LV200BFlash存储器进行程序分页烧写的方法，然后重点介绍利用Bootloader来编程实现多页并行自举引导的方法。

1 Am29LV200B Flash 存储器的分页烧写

1.1 FIash 存储器简介

Am29LV200B(简称Flash)是AMD公司生产的Flash存储器，主要特点有：3 V单电源供电，可内部产生高电压进行编程和擦除操作；支持JEDEC单电源Flash存储器标准；只需向其命令寄存器写人标准的微处理器指令，具体编程、擦除操作由内部嵌入的算法实现，并且可以通过查询特定的引脚或数据线监控操作是否完成；可以对任一扇区进行读、写或擦除操作，而不影响其他部分的数据。文中128K×16位Am29LV200BFlash映射为5410的片外数据存储空间，地址为：0x8000～0xFFFF，数据总线16位，用于16位方式的并行引导装载。128K的Flash被分为7页进行访问。本文通过DSP的I／O端口向FPGA写控制字，由FPGA控制Flash的换页引脚对各个分页进行访问；以烧写2个页面为例，使用Flash的第1、2页，初始化时选中第l页。

1.2 Flash 存储器的分页烧写  

Flash的页面分配和相应的引脚控制如表1所列。关于Am29LV200B的擦除、写、校验等详细操作。


从表1可以看到，通过对A16、A15等地址引脚的控制，可以实现Flash的页面切换。在烧写过程中，只要在指定页面烧写完预定空间后就对Flash进行换页，然后将烧写指针指向新的一页的首地址，就可以继续进行烧写，当程序烧写完成后需要将页面换回到第1页，在第1页的FFFFH地址写入8000H，这样Bootloader可以从这一页开始自举。整个烧写程序流程如图1所示。


这里会出现一个问题：程序烧写好后，虽然Bootloader可以自动加载程序，但是Bootloader怎样在加载过程中自动换页?下面详细介绍利用片上Bootloader编程实现多页程序并行加载的方法。

2 多页并行加载的实现

实现多页加载，关键问题是要让Bootloader知道什么时候可以换页；但是Bootloader是固化在5410片上ROM内的，无法对其进行编程。解决的方法是通过自己编写一段“前导”加载程序(简称Loader)来实现加载中的换页：首先将Loader和用户程序都烧写到Flash中，当系统上电后，Bootloader将Loader加载到片上并运行，然后Loader将Flash中的用户程序加载到目标RAM空间。这个加载过程是用户编程可控的，因此在需要换页时，可以控制Flash进行换页，加载完成后，Loader跳转到用户程序的人口地址处运行用户程序。

2.1 BootLoader的并行自举表结构和编程后的自举表结构  

5410的并行加载过程以及生成并行自举表的详细方法请见参考文献[1]、[3]。Bootloader使用图2所示的并行自举表来加载程序。Bootloader从表头开始依次读取自举表，然后将相应的程序段加载到目标RAM，最后以程序段大小为0来结束自举表的读取，跳转到用户程序入口地址执行用户程序。从图2可以看到，Bootloader是以自举表中的程序长度为0来结束自举的，于是就可以利用这个特性，给Bootloader制造一个“假象”，让Bootloader在加载完Loader程序后，认为程序已经加载完毕，然后开始运行Loader程序，继续加载用户程序。按照这个思路，可以建立图3所示的自举表。

图3中的黑体字部分，是嵌入了Loader程序的自举表，有了图3这样形式的并行自举表，系统就可以实现多页程序的并行自举。建立这样的自举表很简单，只需要将hex500格式转换工具生成的Loader的并行自举表和用户程序的并行自举表按图3给定的格式，通过简单的文件操作合并在一起就可以了。注意：Loader程序要占用一部分RAM空间，用户程序空间不能和Loader的RAM空间重叠在一起。


2.2 Loader程序的具体实现

下面以分布在2个FLASH页面的程序为例，给出5410并行自举的示例程序。程序中，当I／O端口5写人数据O时，选中Flash第1页；写1时选中第2页。程序里用黑体字标出的注释部分，是Loader程序设计的重点或难点。

示例程序中,DSP上电后，Bootloader将Loader程序加载到RAM中，然后执行Loader程序：Loadelr程序从Flash第1页的8080H开始读取用户程序自举表，当Flash读取计数值超过31 K时，将Flash切换到页面2，继续加载，自举完成后，跳转到用户程序入口地址执行用户程序。在编写自举程序过程中，有这样几个问题需要注意：  

①在换页时，一般情况下程序段都会跨越两个页面，因此在确定需要换页时要计算出第1页和第2页分别要加载的段长度。  

②整个用户程序段开始时有2个字的入口信息，每一个程序段都有3个字的段信息，因此需要在Flash读取计数时给予修正，才能正确加载数据。  

③在确定需要换页时要将换页标志置为1，换页后要将换页标志置为0，而且换页后要将数据读取指针指向第2页的开头地址。  

如果要使用本文的示例程序，一定要将Loader程序烧写到Flash第1页8000H的位置，用户程序段烧写到8080H以后的位置。再次提醒，Loader程序加载到RAM中的地址，不能和用户程序段加载到RAM中的地址重叠。例如Loader使用了RAM中的7F80H～8000H这段空间，则用户程序不能使用这段空间，否则会出现错误。Loader的自举流程如图4所示。


3总 结

要实现5410的多页程序并行自举，有如下几个步骤：  

①根据用户程序的需求以及实际使用Flash的分页设置，参考第2部分提供的思路和例子编写Loader程序；  

②使用hex500代码转化工具分别生成Loader程序和用户程序的自举表；  

③将两个自举表按图2的格式生成一个新的自举表，再使用第1部分介绍的方法将新的自举表分页烧写到Flash上。  

使用本文介绍的方法，通过多次试验，系统上电后，能够很好地实现2个页面程序的并行自举。虽然是以2个页面为例介绍FLASH烧写和并行自举的方法，但是对于2页以上的程序烧写和并行自举同样适用，只需要进行一些细微的改动即可。本文提供的方法以不到128字的RAM空间代价，在5410上实现了将大于32 K字的程序并行自举到片上RAM，大大提高了编程的自由度和程序的运行速度，降低了系统功耗。这个方法有很强的通用性，可以在很多存在类似问题的DSP芯片(5409、5416等)上进行应用，具有较高的实用价值。