1 引言
    隨著微控制器技術的發(fā)展，以TI公司TMS320C2000系列為代表的DCS型數字信號處理器DSP應用廣泛。該類型DSP內部集成Flash存儲器，可將二進制代碼同化到其內部的Flash存儲器直接運行。這種運行方式在傳統(tǒng)嵌入式應用設計中很有效，但在一些算法比較復雜、系統(tǒng)響應要求快速、通訊任務比較繁重的嵌入式應用中，這種運行方式會導致控制系統(tǒng)響應遲緩、通訊異常、I／O操作緩慢等問題。針對這些情況，提出一種新的解決方案，來提高DSP代碼運行性能。

2 問題分析及設計方案
    由于應用程序在Flash中運行速度遠低于在RAM中，因此在復雜嵌入式應用中會出現控制系統(tǒng)響應遲緩、通訊異常、I/O操作緩慢等問題。為了避免這些問題，只能讓程序在RAM中運行。TI公司的TMS320C2000系列DSP有2種工作模式：微處理器模式和微控制器模式。當DSP處于微控制器模式時，在RAM中程序運行速度達到峰值，但掉電后程序丟失，系統(tǒng)無法重新自動運行，因此這種程序運行方式僅適用于仿真調試階段。因此，DSP必須工作在微處理器模式下，使用片內Flash作為運行程序的存儲和運行介質，才能保證系統(tǒng)上電后自動運行。但其程序運行效率低。因此必須把這2種工作模式相結合：首先將應用程序固化到片內Flash存儲器，當系統(tǒng)上電后由專門設計的裝載器(Bootloader) 負責將應用程序南Flash搬移到RAM，然后Bootloader將DSP控制權交給應用程序，從而實現DSP運行速度最高和上電后應用程序自動運行，解決了因程序在不同介質的不同效率所導致的系統(tǒng)響應遲緩、通訊異常、I／O操作緩慢等問題。
    以TMS320LF2407 DSP為例進行說明：該DSP具有獨立的數據存儲空間和數據總線，以及程序存儲空間和程序總線。只有程序空間的程序才能被DSP視為是可執(zhí)行程序，數據空間上的程序將被DSP視為操作數據，因此將應用程序直接從片內Flash拷貝到數據空間的RAM后應用程序是不能運行的。若使拷貝后的應用程序能夠被 DSP視為可執(zhí)行程序還必須做一些輔助工作。
    通過對TMS320LF2407的存儲映射結構分析可發(fā)現：程序空間和數據空間的擴展區(qū)域有部分地址可配置成相同存儲介質(Flash或者RAM)，通過某種辦法可以實現共享，也就是說DSP可以將從Flash中拷貝到共享RAM的應用程序視為可執(zhí)行代碼。

3 設計方案實施
3．1 TMS320LF2407存儲空間配置及CMD文件編寫
    為實現程序空間與數據空間共享RAM的存儲器配置方案，首先要熟悉C語言7個存儲段對存儲介質的要求，其具體要求如表1所示。

    從表1可以看出：“．bss”、“．sysmem”、“．stack”段的存儲介質必須是RAM，且使用數據空間地址；而“．text”、“． swtich”、“．cinit”段的存儲介質可以是RAM或ROM，但必須使用程序空間地址?！埃畉ext”是用來存放應用程序的可執(zhí)行代碼的專用段，它既可運行在RAM中，也可在Flash中，該段的運行介質決定應用程序是否能夠達到最大性能。根據DSP命令鏈接文件(CMD文件)對匯編段的管理方式可知，“．text”可配置成裝載與運行分離的工作模式。這種模式可以使應用程序存儲在Flash中，運行在RAM中從而實現DSP上電后全速運行。[!--empirenews.page--]
    其次由于存儲空間使用裝載與運行分離的配置模式，因此必須重新設計鏈接文件(CMD文件)。在設計新的CMD文件之前，首先介紹常用的分離配置鏈接命令指示器：“．label”定義一個可重定位代碼段標簽，該標簽表明代碼段內部地址都是相對的，在鏈接時重新定義該段分配的首地址。相應的段地址為“首地址+ 段內偏移地址”。利用該匯編指示器可提供代碼裝載地址?！埃甮lobal”匯編指示器定義全局符號，該符號表示全局地址，鏈接器利用該匯編指示器定義的運行時全局地址，為程序提供在RAM中運行時的人口地址?！埃眳R編指示器表示當前代碼的運行地址，它用來幫助計算運行代碼的長度。在CMD文件中定義可執(zhí)行代碼的運行時首地址標簽_fun_run和代碼長度標簽_fun_len；在存儲空間配置時定義COPYCODE段用來裝載應用程序的可執(zhí)行代碼：在存儲空間配置時定義DATA0段做為應用程序可執(zhí)行代碼段的運行介質。
    具體存儲空間配置及CMD文件編寫代碼如下：

3．2 Bootloader裝載器軟件及硬件設計
    設計Bootloader裝載器時應注意兩點：首先關閉看門狗，否則可能因為搬移時間過長導致DSP被不斷復位，系統(tǒng)無法正常工作；必須定義 Bootloader裝載器的入口標簽_c_int0和出口標簽wfc_int0，實現Bootloader裝載完成搬移工作后順利進入用戶應用程序。
    考慮到DSP上電工作順序：從系統(tǒng)復位指令處跳轉至運行時支持代碼；創(chuàng)建C語言運行環(huán)境；用戶程序入口 main()；完成用戶初始化及應用代碼。因此負責從Flash將應用程序代碼拷貝到RAM的Bootloader裝載器必須在恰當的時間工作，否則應用程序不能上電自動運行。由DSP上電工作順序可以發(fā)現，系統(tǒng)上電復位時的復位地址是，固定的但跳轉指令所指的地址是由用戶指定的，也就是說，可以讓該復位跳轉指令指向所設計的Bootloader裝載器的首地址完成代碼搬移工作(其工作原理見圖1)，然后Bootloader裝載器將DSP的控制權交給運行支持庫，完成C語言環(huán)境建立并進入用戶程序入口main()開始用戶程序。為此必須對運行支持庫做如下修改：
    從運行支持庫rts．rc源文件中提取boot．asm．將boot．asm的入口地址_c_int0修改為wfc_int0地址，重新編譯boot． asm生成boot．obj文件，把boot．obj歸檔到C語言運行支持庫rts．2xx．1ib。將修改后的運行支持庫添加到工程中，實現Boot- loader裝載器先于運行支持庫代碼執(zhí)行。

    Bootloader裝載器利用裝載地址、運行地址以及鏈接器提供的代碼長度等信息，使用讀表指令“TBLR”將代碼從程序空間拷貝到數據空間，然后跳轉到運行支持庫入口地址開始執(zhí)行程序。DSP的這種搬移指令特點僅適合將數據表從程序空間拷貝到數據空間，要實現全部設計功能必須配合相應的硬件設計，由 TMS320LF2407DSP的存儲器映射結構可以看出程序空間與數據空間是物理分離的，即有3個獨立的空間片選信號PS、DS、CS。為實現RAM共享，首先必須將PS和DS信號進行“與“操作，然后將其輸出信號作為共享RAM的片選信號，實現程序空間與數據空間的統(tǒng)一編址。根據 TMS320LF2407DSP的存儲器映射結構，具體的存儲空間配置如下：0x0000～0x7FFF片上RAM、外設寄存器和保留的地址區(qū)，該區(qū)域必須作為數據地址使用；利用圖2所示的硬件結構實現0x8000～0xFFFF區(qū)域程序空間和數據空間共享RAM。共享RAM配置如下：數據區(qū) 0x8000～0xBFFF；程序區(qū)0xC000～0xFFFF。

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    這里的硬件結構配合Bootloader裝載器和特別設計的CMD文件實現了DSP運行速度最大和上電后代碼自動運行，解決了在復雜應用情況下控制系統(tǒng)響應遲緩、通訊異常等問題。
    具體Bootloader裝載器設計代碼如下：

4 測試結果
    該方案在某型防空武器火力控制分系統(tǒng)的實踐中表現良好。通過提高DSP程序運行效率成功解決了因控制系統(tǒng)實時多任務所導致的通訊異常問題，避免了不必要的硬件升級。經實驗對比發(fā)現：當系統(tǒng)有5個毫秒級實時任務同時工作時，采用Flash運行方式的 TTCAN通訊接口每毫秒最多可發(fā)送2幀數據，而采用本設計方案每毫秒最多可發(fā)送6幀數據，代碼運行效率提高了3倍。

5 結束語
    該設計方案不僅成功解決了程序在Flash中運行效率低所導致的各種異常問題，同時還避免了不必要的處理器升級所帶來的成本和開發(fā)風險。其設計思想可以推廣到其他類似的應用中，從而最大限度的利用現有硬件基礎提高嵌入式系統(tǒng)的性能。