摘要：介紹了利用雙核DSP芯片TMS320VC5421的片內(nèi)Bootloader程序?qū)崿F(xiàn)并行引導(dǎo)的設(shè)計(jì)方案，給出了其軟件及硬件的具體實(shí)現(xiàn)方法。

    關(guān)鍵詞：TMS320VC5421；Bootloader；并行引導(dǎo)；Boot表；FLASH；CPLD

１　引言

ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１?１、２?（以下簡稱ＶＣ５４２１）是ＴＩ公司推出的一款雙核定點(diǎn)ＤＳＰ芯片，它擁有兩個(gè)ＤＳＰ子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有一個(gè)ＤＳＰ核，并且均有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間，可以進(jìn)行兩核之間的通信，并且兩個(gè)子系統(tǒng)共享一套片外總線。此外，每個(gè)子系統(tǒng)各自擁有２ｋ １６ｂｉｔ字的片內(nèi)ＲＯＭ，并存儲(chǔ)有Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序。當(dāng)ＤＳＰ芯片上電或復(fù)位時(shí)，兩個(gè)ＤＳＰ核可分別啟動(dòng)自身獨(dú)立的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序，以實(shí)現(xiàn)用戶程序的上電自舉。

雙核ＤＳＰ自啟動(dòng)和單核ＤＳＰ自啟動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法有較大的差別，這一點(diǎn)在ＤＳＰ系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要特別注意。本文對(duì)雙核ＤＳＰ芯片ＶＣ５４２１的引導(dǎo)模式進(jìn)行了深入的分析和研究，給出了使用１６位并行引導(dǎo)模式進(jìn)行雙核ＤＳＰ引導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)方案。

２ ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的Ｂｏｏｔ模式

ＶＣ５４２１可提供１６位并行引導(dǎo)、８位并行引導(dǎo)和串行ＥＥＰＲＯＭ引導(dǎo)等三種Ｂｏｏｔ模式來實(shí)現(xiàn)用戶程序的上電自舉。

其中１６位并行引導(dǎo)模式是通過片外存儲(chǔ)器接口（ＥＭＩＦ）以ＤＭＡ方式將代碼從１６－ｂｉｔ字寬的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器搬移到片內(nèi)程序存儲(chǔ)空間；

８位并行引導(dǎo)模式則是通過片外存儲(chǔ)器接口（ＥＭＩＦ）以ＤＭＡ方式將代碼從８－ｂｉｔ字寬的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器搬移到片內(nèi)的程序存儲(chǔ)空間；

而串行ＥＥＰＲＯＭ引導(dǎo)模式主要是通過多通道緩沖串口２（ＭｃＢＳＰ ２）從主設(shè)備中搬移代碼并實(shí)現(xiàn)上電自舉。

和５４系列中其它芯片不同的是，ＶＣ５４２１片內(nèi)ＲＯＭ中的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序并不支持ＨＰＩ、并行Ｉ／Ｏ和標(biāo)準(zhǔn)串口模式的自啟動(dòng)方式。在其所支持的三種ｂｏｏｔ模式中，１６位并行引導(dǎo)模式是最常用的。本文對(duì)這種模式進(jìn)行了深入分析，給出了使用該模式進(jìn)行雙核ＤＳＰ程序引導(dǎo)的方案，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的正確性。

    ２．１ 并行引導(dǎo)模式的選擇

ＶＣ５４２１的兩個(gè)ＤＳＰ核在ＤＳＰ芯片上電或復(fù)位時(shí)，到底以哪種模式實(shí)現(xiàn)上電自舉，主要由兩個(gè)核的公共引腳ＸＩＯ和各自的ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ、ＧＰＩＯ１引腳決定。當(dāng)ＸＩＯ為０（低電平）時(shí)，將不從ＲＯＭ引導(dǎo)，也就是說，將不使用ＶＣ５４２１片內(nèi)ＲＯＭ中的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序?qū)崿F(xiàn)上電引導(dǎo)，而是用ＨＰＩ模式實(shí)現(xiàn)上電自舉；當(dāng)ＸＩＯ為１（高電平），ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ為０時(shí)，將使用片外存儲(chǔ)器中用戶自己編寫的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序?qū)崿F(xiàn)上電自舉；當(dāng)ＸＩＯ為１? ＧＰＩＯ／ＲＯＭＥＮ為１? ＧＰＩＯ１為０或１時(shí)，將分別使用并行或者串行引導(dǎo)模式實(shí)現(xiàn)上電自舉。因此，在實(shí)施相應(yīng)的上電自舉前，必須將引腳狀態(tài)設(shè)置正確，以保證Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序按預(yù)定的模式執(zhí)行。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ模式的選擇流程見圖１。

當(dāng)Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序檢測到并行引導(dǎo)模式時(shí)，程序?qū)⒁裕模停练绞綇钠鈹?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的００００ｈ單元取出模式選擇字（ＢＳＷ）來進(jìn)一步?jīng)Q定是８位還是１６位的并行引導(dǎo)模式。１０ＡＡｈ意味著選擇了１６位并行引導(dǎo)模式，而如果選擇８位并行引導(dǎo)模式，取出的兩個(gè)字節(jié)將是０８ｈ和ＡＡｈ。之后，程序?qū)凑眨拢铮铮舯磉M(jìn)行加載。圖２是并行引導(dǎo)模式的選擇流程。

２．２ １６位并行引導(dǎo)模式的Ｂｏｏｔ表

Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序要搬移的代碼必須組織成一定的格式，這就是Ｂｏｏｔ表。１６位并行引導(dǎo)模式的Ｂｏｏｔ表如表１所列。

表1 16位并行導(dǎo)模式Boot表

DMA外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址	數(shù) 據(jù) 內(nèi) 容	含    義
0000h	10AAh	16位并行引導(dǎo)標(biāo)志
0001h	7FFFh	SWWSR
0002h	F000h	BSCR
0003h	0000h	程序入門XPC
0004h	5000h	程序入口地址
0005h	002Ch	代碼長度
0006h	0000h	目的XPC
0007h	5000h	目的地址
0008h	7761h	程序代碼
……	……	程序代碼
……	……	程序代碼
0034h	0000h	Boot表結(jié)束

此外，需要注意的是，由于在多數(shù)程序中都有跳轉(zhuǎn)指令或循環(huán)指令，所以，Ｂｏｏｔ表中的程序入口地址必須和程序的ｃｍｄ文件中分配的地址保持一致，也就是說，當(dāng)在ＣＣＳ中進(jìn)行調(diào)試時(shí)，如果程序Ｌｏａｄ到５０００ｈ，Ｂｏｏｔ表中的程序入口地址就應(yīng)該是５０００ｈ。

２．３ Ｂｏｏｔ表的生成

Ｂｏｏｔ表可由ｈｅｘ５００格式轉(zhuǎn)換工具生成，也可以自己編寫一個(gè)文件格式轉(zhuǎn)換程序來把．ｏｕｔ文件轉(zhuǎn)換成所需的文件格式。本設(shè)計(jì)通過編寫一個(gè)Ｃ＋＋程序來將．ｏｕｔ文件轉(zhuǎn)換成．ｈｅｘ文件，然后再在文件的開始處增加相應(yīng)的標(biāo)志位和寄存器設(shè)置字，從而形成完整的Ｂｏｏｔ表。

３ ＶＣ５４２１片外總線沖突的解決方案

由于ＶＣ５４２１是雙核ＤＳＰ，每個(gè)核有各自的存儲(chǔ)空間和Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序，但兩核共享一套片外總線和一個(gè)ＸＩＯ引腳。這樣，當(dāng)兩核的復(fù)位引腳Ａ＿ＲＳ和Ｂ＿ＲＳ同時(shí)收到復(fù)位低電平信號(hào)時(shí)，將同時(shí)申請(qǐng)片外總線的控制權(quán)。這就造成了申請(qǐng)片外總線的沖突。而且Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序總是檢查該核有沒有片外總線的控制權(quán)，如果沒有，將循環(huán)檢查直到取得片外總線的控制權(quán)。為了避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)該以合理的順序給兩個(gè)核上電。

由于ＶＣ５４２１中Ａ核帶有用來控制時(shí)鐘頻率的鎖相環(huán)電路，所以應(yīng)該先對(duì)Ａ核進(jìn)行復(fù)位，再啟動(dòng)Ａ核，然后利用Ａ核的用戶程序來控制Ｂ核的復(fù)位，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)核的啟動(dòng)。

根據(jù)系統(tǒng)需要，本設(shè)計(jì)使用Ａｌｔｅｒａ公司的ＣＰＬＤ芯片來產(chǎn)生各種控制信號(hào)。其電路連接示意圖如圖３所示。Ａ核的復(fù)位信號(hào)Ａ＿ＲＳ由ＣＰＬＤ芯片直接給出，并在系統(tǒng)上電或復(fù)位的同時(shí)對(duì)Ａ核進(jìn)行復(fù)位。而Ｂ核的復(fù)位信號(hào)Ｂ＿ＲＳ則通過ＣＰＬＤ映射到ＤＳＰ的Ｉ／Ｏ空間００００ｈ地址單元的第６位：Ｂ核復(fù)位控制位（在系統(tǒng)復(fù)位后值為０）如圖４所示。在Ａ核啟動(dòng)后，通過用戶程序?qū)懀拢撸遥游豢蔀椋潞颂峁?fù)位信號(hào)。

４ ＶＣ５４２１的并行引導(dǎo)自啟動(dòng)操作

４．１ 用戶程序的搬移

兩個(gè)ＤＳＰ核要完成各自的功能，執(zhí)行的用戶程序是不盡相同的，而且Ａ核的用戶程序還要控制Ｂ核的復(fù)位，因此兩個(gè)ＤＳＰ核的Ｂｏｏｔ表內(nèi)容是不同的。由ＤＭＡ方式內(nèi)部存儲(chǔ)器圖可知，程序空間的第０頁和第１頁屬于Ａ核，第２頁和第３頁屬于Ｂ核。因此，需要注意的是，當(dāng)Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序搬移用戶程序時(shí)，Ａ核的用戶程序要被搬移到內(nèi)部程序空間的第０頁上，而Ｂ核的用戶程序則要被搬移到第２頁上。于是Ｂ核Ｂｏｏｔ表中的程序入口ＸＰＣ和目的ＸＰＣ應(yīng)被設(shè)置成０００２ｈ。

４．２ Ｂｏｏｔ表的放置

本系統(tǒng)用４Ｍｂｉｔ（２５６ｋ×１６）ＦＬＡＳＨ器件ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ作為片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。頁選信號(hào)由ＤＳＰ通過ＣＰＬＤ給出，并且映射到ＤＳＰ中Ｉ／Ｏ空間的００００ｈ地址單元的低５位（系統(tǒng)復(fù)位后５位均為０，即第０頁）。如圖４所示。另外，此地址單元的第５位（ＣＦＧ位）是控制ＦＬＡＳＨ映射的配置位。當(dāng)ＣＦＧ為０時(shí)，ＦＬＡＳＨ被映射到ＤＭＡ片外數(shù)據(jù)空間的００００ｈ，此時(shí)，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序可以以ＤＭＡ方式從ＦＬＡＳＨ中搬移數(shù)據(jù)并進(jìn)行自啟動(dòng)；當(dāng)ＣＦＧ為１時(shí)，ＦＬＡＳＨ被映射到ＣＰＵ片外數(shù)據(jù)空間的８０００ｈ，在這種情況下，可以通過程序向ＦＬＡＳＨ中燒寫數(shù)據(jù)。因此，這一位在系統(tǒng)上電或復(fù)位后將被設(shè)置成０，以使Ａ核能夠順利啟動(dòng)。

由于兩個(gè)ＤＳＰ核的Ｂｏｏｔ表內(nèi)容不同，故應(yīng)視Ｂｏｏｔ表的大小，將兩個(gè)Ｂｏｏｔ表放到ＦＬＡＳＨ的不同頁上，以便對(duì)兩個(gè)核分別實(shí)行引導(dǎo)。本設(shè)計(jì)將Ａ核的Ｂｏｏｔ表放到第０頁，將Ｂ核的Ｂｏｏｔ表放到第１頁。

圖5

    ４．３ 外總線控制權(quán)的釋放

如圖５所示，在ＧＰＩＯ控制寄存器（地址３Ｃｈ）中，ＸＩＯ＿ＧＲＡＮＴ位為１代表相應(yīng)的ＤＳＰ核取得了片外總線的控制權(quán)；而在還沒有取得控制權(quán)（ＸＩＯ＿ＧＲＡＮＴ位為０）但在申請(qǐng)片外總線的控制權(quán)時(shí)，相應(yīng)的ＸＩＯ＿ＲＥＱ位應(yīng)置為１；ＣＯＲＥ＿ＳＥＬ位用于表示程序在哪個(gè)核上運(yùn)行，當(dāng)在ＣＰＵ Ａ上運(yùn)行時(shí)，讀Ａ核的ＧＰＩＯ控制寄存器的ＣＯＲＥ＿ＳＥＬ位將返回到“０”，而當(dāng)同一個(gè)程序在ＣＰＵ Ｂ上運(yùn)行時(shí)，讀Ｂ核的ＧＰＩＯ控制寄存器的ＣＯＲＥ＿ＳＥＬ位將返回到“１”。有關(guān)ＧＰＩＯ控制寄存器的其它相關(guān)位，設(shè)計(jì)時(shí)可查閱有關(guān)的參考文獻(xiàn)?１?。

４．４ ＦＬＡＳＨ的燒寫

筆者根據(jù)ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ的資料編寫了一個(gè)ＤＳＰ程序，該程序可同時(shí)將Ａ核的Ｂｏｏｔ表燒寫到ＦＬＡＳＨ的第０頁，而將Ｂ核的Ｂｏｏｔ表燒寫到第１頁。

在系統(tǒng)上電或復(fù)位后，Ａ核首先運(yùn)行它的Ｂｏｏｔ-ｌｏａｄｅｒ程序（此時(shí)ＦＬＡＳＨ的第０頁映射到ＤＭＡ片外數(shù)據(jù)空間的００００ｈ地址單元），Ａ核啟動(dòng)后執(zhí)行用戶程序。用戶程序首先將頁選設(shè)置成第１頁，這樣，ＦＬＡＳＨ的第一頁將被映射到ＤＭＡ片外數(shù)據(jù)空間的００００ｈ；然后，Ａ核釋放片外總線控制權(quán)，并給Ｂ核發(fā)出復(fù)位信號(hào)，此時(shí)由于只有Ｂ核復(fù)位，且Ａ核已釋放片外總線的控制權(quán)，因此，Ｂ核將申請(qǐng)到片外總線控制權(quán)，同時(shí)執(zhí)行Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序的啟動(dòng)以完成整個(gè)ＤＳＰ引導(dǎo)。完整的啟動(dòng)過程流程圖如圖６所示，下面是Ａ核的啟動(dòng)測試程序代碼：

·ｍｍｒｅｇｓ

·ｔｉｔｌｃ ″ｔｅｓｔＬＥＤＡ″

·ｇｌｏｂａｌ ｂｅｇｉｎ

·ｔｅｘｔ

?．．．．．．．．．．．．．

ｂｅｇｉｎ? ｓｔｍ ＃０ｘ０００,０ｘ００６１ ;設(shè)置頁選信號(hào)

ｐｏｒｔｗ ｏｘ００６１,００ｈ

ｃａｌｌ ｗａｉｔ

ａｎｄｍ ＃０ｘｆｆｃｆ,３ｃｈ ;釋放片外總線

ｃａｌｌ ｗａｉｔ ; 控制權(quán)

ｓｔｍ ＃０ｘ００４１?０ｘ００６１ ;給Ｂ核復(fù)位信號(hào)

ｐｏｒｔｗ ０ｘ００６１,００ｈ

ｃａｌｌ ｗａｉｔ

ｓｔｍ ＃０ｘ０００１,０ｘ００６１

ｐｏｒｔｗ ０ｘ００６１,００ｈ

ｆｌａｓｈ: ｒｓｂｓ １,ｘｆ ;發(fā)光二極管亮

ｃａｌｌ ｗａｉｔ

ｓｓｂｘ １,ｘｆ ;發(fā)光二極管滅

ｃａｌｌ ｗａｉｔ

ｂ ｆｌａｓｈ

;－－－－Ｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅ ｔｏ ｗａｉｔ ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｔｉｍｅ－－－－

ｗａｉｔ: ｓｔｍ ＃８０,ａｒ６

ｌｏｏｐ０: ｓｔｍ ＃３００００,ａｒ７－

ｌｏｏｐ１: ｎｏｐ

ｂａｎｚ ｌｏｏｐ１,＊ａｒ７－

ｂａｎｚ ｌｏｏｐ０,＊ａｒ６－

ｒｅｔ

５　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本設(shè)計(jì)中，在ＤＳＰ的Ａ＿ＸＦ和Ｂ＿ＸＦ腳上連接兩個(gè)發(fā)光二極管，同時(shí)使被加載的用戶程序通過循環(huán)來設(shè)置／清除這兩個(gè)引腳以使兩個(gè)發(fā)光二極管以不同的頻率閃爍，以此來驗(yàn)證用戶程序是否成功加載。系統(tǒng)上電后，兩個(gè)發(fā)光二極管先后以不同的頻率開始閃爍，說明ＤＳＰ的Ａ核、Ｂ核均成功地實(shí)現(xiàn)了上電自舉。