DSP自动加载过程及程序烧写的简化设计

vikey_zhu

关键字：DSP  程序烧写  自动加载 TMS320C6701
TMS320C6701(以下简称C6701)是一款浮点运算DSP，适用于需要大量运算且实时性要求高的场合，如导航解算等。在浮点DSP芯片中，C6701是一款可应用于恶劣环境并具有高可靠性的产品，因此该型DSP芯片虽然推出较早，却依然在某些领域具有重要应用价值。

DSP应用程序需脱离开发系统独立工作，在实时DSP应用系统中，通常将应用程序存储在外部非易失性存储器(如FLASH、EEPROM、PROM等)中。系统上电后，DSP将外部程序存储器的程序代码加载到可高速存取的RAM中，加载完成后自动跳转到零地址开始运行。因此DSP程序烧写及自动加载是实时DSP系统设计的重要部分。本文采用的烧写方法不需要格式转换到外部辅助设备，同时DSP程序不再进行二次加载，简化了烧写及程序自动加载的过程。

1 加载方案及电路设计

1.1 外围电路设计

C6701有三种加载模式：不加载(No Boot)、ROM加载(Rom Boot)、主机加载(Host Boot)。这三种加载模式由C6701的BOOTMODE[4：0]引脚电平设定，由这5个引脚的设置共同决定使用何种存储空间映射模式。

在恶劣环境及高可靠应用场合中，可使用不加载方式，也可使用程序从ROM中加载到DSP片外高可靠RAM存储器中的运行方式。FLASH、EEPROM、PROM等程序存储芯片多为8位或16位，在高可靠应用环境中8位比较常见。本文中设置BOOTMODE[4：0]为01010B，即程序由外部8位程序存储器加载到外部32位SRAM中，LENDIAN引脚接高电平。

外部程序存储器选用FLASH芯片AM29LV160，32位SRAM芯片选用ACT—S512K32V。FLASH和SRAM芯片与C6701的硬件连接如图1和图2所示。

                               
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图1 DSP与8位FLASH芯片接口示意图

                               
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图2 DSP与32位SRAM芯片接口示意图




1.2 加载方案设计

在BOOTMODE[4：0]为01010B的设置下，程序由外部8位程序存储器加载到外部32位SRAM中。C6701具体加载过程为：DMA按默认时序从CE1地址(0x01000000)复制64 KB到零起始地址外部SRAM芯片中，加载完成后，从零地址处开始执行。C6701加载过程与C6713稍有不同，C6713只复制1 KB到零起始地址。64 KB应用程序可以满足部分应用需求，本例中应用程序小于64 KB，C6701的DMA自动加载即可满足要求。当应用程序大于64 KB时，开发人员需要在前64 KB中编写将DSP应用程序从外部ROM搬移到指定存储空间的二级引导程序，详细过程可参考文献。
2 DSP应用程序设计

一个C语言工程通常包括.c文件、.cmd文件、.asm文件、.h文件和.lib文件。其中.cmd文件既是内存定位文件，又是链接器命令文件，在链接过程中起着重要作用。链接时，链接器把所有目标文件中的同名段合并，并按链接器命令文件给各段分配地址。中断向量表决定加载完成后的C语言程序入口，通常中断向量表用.asm文件实现。.cmd文件和中断向量表的编写是决定DSP程序加载成功与否的关键和难点。

2.1 .cmd文件设计

.cmd文件的作用是实现应用程序和数据在DSP映射存储空间中的定位，存储空间的分配与硬件设计密切相关。本文BOOTMODE[4：0]为01010B，即存储空间为MAP0映射模式，由CE0片选的RAM空间起始地址为0x00000000，由CE1片选的FLASH空间起始地址为0x01000000，用户程序小于64KB。.cmd文件如下：

                               
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2.2 中断向量表设计

本文中断向量表如下：

                               
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上电或复位完成后，DMA按默认时序从CE1地址复制64 KB到零起始地址处，加载完成后，DSP从零地址开始执行。本文中断向量表从程序空间0地址开始存放，每个中断向量8个字节，总计大小为0x200字节。加载完成后程序从0地址开始执行，直接跳转到DSP主程序入口～c_int 00处。
3 烧写程序设计

应用程序编写完成后，需要将程序烧写到程序存储器中。程序烧写主要有以下几种方法：

①采用通用烧写器进行烧写;

②使用CCS中自带FlashBurn工具烧写;

③用户自己编写烧写程序，由DSP将加载到片上的应用程序烧写到程序存储器中。

使用通用烧写器烧写时，需要程序存储器为可插拔的，这样给设计带来不便。FlashBurn支持的存储器种类有限，对于使用国产存储器芯片的场合不一定合适，另外FlashBurn不能识别目标文件，需要将目标文件转换为二进制文件后才可烧写。

采用用户自己编写烧写程序的方法较为灵活。具体方法为：单独建立一个烧写工程文件，烧写时，先把应用程序工程编译生成的目标文件加载到目标DSP电路的RAM中，再把烧写工程文件生成的目标文件加载到目标DSP电路RAM的另一个地址空间中，运行main函数后执行烧写程序直到烧写完成。这种烧写方法可以避免两次加载可能造成的覆盖，防止第二次加载时修改第一次加载的内容。

3.1 烧写程序的.cmd文件和中断向量表设计

烧写程序的.cmd文件与用户应用程序的.cmd文件相同，但程序地址分配空间须严格区分开来。本文将用户程序地址空间安排在从0开始的0xB400空间内，烧写程序安排在从0xC000开始的0x3400空间内。烧写程序.cmd文件地址空间分配如下：

MEMORY{

VECS： o=0000C000h l=00000400h

PMEM： o=0000C400h l=00003000h

}

如果需要优化程序空间，可以通过编译生成的.map文件得到用户程序和烧写程序实际占用的空间，通过修改，.cmd文件进一步优化。

烧写程序没有中断，可以只保留_c_int00，简单起见，也可以采用与应用程序完全相同的中断向量表。

3.2 烧写程序设计

在设计烧写程序前，需要充分了解程序存储芯片的操作过程。本文使用的FLASH芯片AM29LV160的操作码，有写操作、读操作、芯片擦除、块擦除、锁定等十余种操作。FLASH芯片在写操作前需要先进行擦除操作。烧写程序如下：

                               
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烧写程序设计和烧写操作中有以下几点需要注意：

①烧写时，一定要先把应用程序目标文件加载到RAM中，再把烧写程序目标文件加载到RAM中，然后运行main函数执行烧写。

②程序中FLASH_ADDRS为自动加载前程序存储的FLASH芯片地址，本文为0X01000000;RAM_ADDRS为加载后程序存储的地址，本文为外部SRAM芯片地址0x00000000。

③进行FLASH芯片操作前需对EMIF进行初始化，程序中my_EmifCog为7个32位二进制数组成的数组，分别配置GBLCTL、CECTL0、CECTL1、CECTL2、CECTL3、SDCTL和SDTIM这7个控制寄存器。本文中CE0接外部32位SRAM芯片，CE2接8位FLASH芯片，分别设置CECTL0为0xFFFF3F23、CECTL1为0xFFFF3F03，其他控制寄存器需要根据应用情况来确定。

④FLASH芯片可整片擦除，也可块擦除，需擦除完成后才能对FLASH芯片进行写操作。FLASH芯片擦除时间较长，需要在擦除子程序后设置断点，等待擦除完成(可以CCS中查看0x01000000起始的FLASH空间全为0xFF为参考)后，再进行程序烧写操作。

⑤程序中PRO_LEN为用户程序长度，为用户应用程序，.cmd文件设置中断向量、程序等分配的总长度，本文为0xB400。

⑥程序加载到的外部SRAM为32位，FLASH芯片为8位，LENDIAN为高电平。烧写程序从SRAM中读取的程序为32位，32位数据需要按照从低到高的顺序烧写到8位FLASH芯片中。

结语

实际工程应用验证了上述烧写及自动加载方法的可行性。本文所述的加载过程比二次加载节省了DSP系统启动时间，但因加载过程中FLASH芯片读写等待时间为默认设置，用户不能更改，程序加载时间仍达120 ms，在某些看门狗时间较短的应用中需要特别考虑。本文的程序烧写方法还可以推广应用于其他的DSP系统中。

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