基于JTAG的DSP外部FLASH在线编程与引导技术

摘要：介绍了DSP-FLASH在线编程（ISP）与引导系统的硬件构成，给出了创建可引导文件的步骤和实现FLASH存储顺在线编程的算法；在AD公司Visual DSP++3.5集成开发环境下，通过JTAG对ADSP-21065L外部FLASH存储器AT29LV020实现在线编程，并完成系统的引导。 关键词：JTAG FLASH 在线编程 引导 Visual DSP++3.5 在以DSP为核心的数字信号处理系统中，通常将可执行代码存放在非易失性存储器，在系统加电或复位时通过DSP的引导加载（Boot Loader）机制将该转换到高速存储器中执行。AD公司出品的ADSP SHARC系列DSP内部的非易失性存储器因其资源有限，必须在外部加以扩展。FLASH存储器具有容量大、单电源供电和可在线编程的特点，是一种非常理想的存储器。 若采用烧录器对FLASH存储器进行编程，则在修改程序时必须拔插器件，而某些表贴封装（如PLCC封装和TSOP封装）的器件又需要专用的转接插座，这使得程序的调试和参数的修改非常繁琐，而且容易对器件造成物理损伤。采用在线编程的方式对FLASH存储器进行操作，可以克服上述问题，为调试者提供了极大的方便。本文以ADSP-21065L外部扩展的FLASH存储器AT29LV020为对象，在Visual DSP++3.5环境中通过JTAG仿真器运行一段程序，将可引导代码在线烧录到FLASH中，并实现系统的引导。 1 在线编程与引导系统 本系统以ADSP-21065L及外部的FLASH存储器AT29LV020为核心，由DSP控制FLASH存储器的擦除和读写。 AT29LV020是用单电源3.3V供电的低功耗FLASH存储器，容量是MB（256K%26;#215;8），8位数据总线，18位地址总线。该芯片以扇区（SECTOR）为基本的编程单元，共有1024个扇区，每个扇区包含256个字节。芯片的存储空间中包含两个引导区，分别是最低8K（0x00000～0x01FFF）和最高8位（0x3E000～0x3FFFF）的引导区。 系统引导时，DSP将FLASH作为普通的外部数据存储器，通过DMA方式访问。ADSP-21065L的外部地址空间为0x00020000～0x03FFFFFF。FLASH的物理地址（ADD）对于DSP来说就是（0x0002000+ADD）。整片AT239LV020占据ADSP-21065L的外部地址空间范围为0x00020000～0x0005FFFF，这段空间属于Bank0。访问该段空间时，DSP引脚MS0有效。引导时，DSP引脚BMS有效。所以，使用MS0和BMS的组合作为FLASH的片选信号。DSP与FLASH的连接如图1所示。 2 DSP可引导文件的创建 在线编程的过程如下： （1） 创建一个适合FLASH存储器的引导程序文件A； （2） 在Visual DSP++3.5环境中编写一个FLASH的操作程序，创建一个可执行的“.DXE”文件B； （3） 通过基于JTAG的Emulator将B下载到DSP中执行，将A文件写入FLASH中。 下面介绍如何在Visual DSP++3.5的开发环境中有建一个可以引导的文件。该文件就是通过JTAG写入FLASH中的目标文件。具体步骤如下： （1） 创建一个将要写入FLASH的源程序，在Visual DSP++环境中直接通过Emulator下载到DSP中执行，验证程序的正确性。 （2） 打开菜单Droject→Project Ontions…， 在Project标签的页面里，选择Type为Loader File；在Load标签的页面里，选择Boot Mode为Prom，选择Boot Format为ASCII， 并为将要创建的.LDR文件指定名称。 （3） 重新编译工程，在工程目录中得 到一个载入文件*.LDR。 至此，一个可引导的文件就创建成功了。文件文件的格式如下： …… 0x1254 0xCDF3 0x256C …… 该文件有n行，每行为一个双字节的16进制数。考虑到FLASH的数据总线是8位，在写入之前，必须将每行分成两个单字节的16进制数。 3 FLASH在线编程的实现 3．1 FLASH扇区编程的实现 AT29LV020的操作包括扇区编程、整片擦除、读芯片ID、退出读芯片ID、引导区加锁等，这里关心的主要是扇区编程。 扇区是AT29LV020编程的最小操作单位，每次编程操作时，目标扇区的256个字节同时进行。在DSP的写指令字序列的作用下，同一个扇区的256个字节被写入FLASH内部的缓冲区，然后FLASH自动启动编程操作。DSP向缓冲区写入同一个扇区的数据时，数据的写入顺序是任意的，但是相邻的写信号间隔不能大于150μs，否则将被视为写入操作完成，编程过程立刻启动，而扇区内没有写入内容的地址将全部编程的为FF。完成一个扇区的编程最多只需要20ms。编程过程启动后首先会自动擦除需要编程的扇区，所以在编程前并不需要对扇区进行单独的擦除操作。 为了防止FLASH中的内容被误操作或者其它操作修改，FLASH默认为写保护状态。每次对扇区进行编程前必须写入一个命令序列，才可以向FLASH的缓冲区写入数据，进而启动编程。编程结束后，FLASH自动恢复到写保护状态。 一个扇区编程是否结束，可以通过以下三种方法判断： （1） 反复读最后写入的地址的内容， 如果编程没有结束，读到数据的最高位与最后写入的数据的最高位始终互为补码；编程结束后，读取的数据与最后写入的数据的最高位始终互为补码；编程结束后，读到的数据与最后写入的数据相等。 （2） 反复读任意某个地址的内容，如果编程没有结束， 每次读操作都会导致次高位发生跳变；编程结束后，读到的结果就是写入该地址的实际数据。 （3） 写完一个扇区后延时20ms，作为扇区编程结束的依据。 3.2 FLASH文件在线编程的实现 考虑到AT29LV020的最小编程单位为一个扇区，首先应该将待编程的文件分割为若干个256字节的编程单元，对于最后的一个单元，无论是否够256字节，都无需理会，仍旧按照一个扇区处理。 假设待编程的文件名为filename.ldr，采用编程语言编写软件时，使用变量定义： .var f_data[]=”filename.ldr”; 缓冲区f_data[]的首址指向filename.ldr的首行，f_data的每个元素都对应文件的一行。由于创建的引导程序文件每行数据都是16位的，包含两个8位字节，所以必须将其分解为两部分后分别写入FLASH。 软件的流程如图3所示。 4 测试实现 下面是将文件写入FLASH的完整程序，在实际中已经调试成功。通过该程序将一段闪灯代码blink.ldr写入FLASH中，复位后，被写入的代码自动加载到DSP中执行。在编程过程中，ADSP-21065L的FLAG10引脚输出周期为40ms的方波；编程结束后，FLAG8输出周期为40ms的方波。 //宏定义与变量初始化 #define f_size 1572 //文件的行数 #define mem_offset 0x020000 //FLASH的地址偏移 #define u_mem1_a 0x025555 //命令字写入地址1 #define u_mem2_a 0x022AAA //命令字写入地址2 #include .section/dm seg_fout; .var f_data[]=”blink,ldr” //待写入的代码文件 .section/dm seg_dmda; .var d_byte; .var addr; .var line_num=0; //当前扇区已写入行数 .var byte_size; //待写入代码字节数-1 .var counter=0; //延时的计数值 //复位中断 .section/pm pm_rsti; nop; jump start; nop; //以下是主程序 .section/pm seg_pmco; start: nop; bit clr mode1 0x00001000; //屏蔽所有中断 IRPTL=0x0; //清除未响应中断 r0=0x0050; //设置FLAG10和 dm(IOCTL)=r0; //FLAG8为输出引脚 program: i0=f_data; r2=0x0; //已经写入的字节数-1 r3=f_size; r4=r3+r3; r4=r4-1; dm(byte_size)=r4; r6=dm(line_num); r7=0; comp(r6,r7); //判断是否为新的扇区 if ne jump sect_load; //不是，则直接向FLASH缓冲区写入字节 sect_ulock: //是，首先写命令字序列 r12=0xAA; dm(u_mem1_a)=r12; r12=0x55; dm(u_mem2_a)=r12; r12=0xA0; dm(u_mem1_a)=r12; sect_load: r0=dm(i0,1); //读取一行数据 r1=fext r0 by 0:8; //获得低字节 dm(d_byte)=r1; dm(addr)=r2; call load_byte; //向FLASH写入低字节 r2=r2+1; r1=fext r0 by 8:8; //获得高字节 dm(d_byte)=r1; dm(addr)=r2; call loade_byte; //向FLASH写入高字节 r8=dm(byte_size); comp(r2,r8); //判断文件是否全部写完 if eq jump done; //是，则结束 r6=dm(line_num); //否，判断扇区是否结束 r6=r6+1; dm(line_num)=r6; r7=128; comp(r6,r7); if lt jump prog_loop; 否，继续向该扇区写数据 sect_done: //是，等待20ms nop; call wait_DQ7; ustat2=dm(IOSTAT); bit tg1 ustat2 FLG10O; dm(IOSTAT)=ustat2; //翻转FLAG10 r6=0; dm(line_num)=r6; r2=r2+1; jump sect_ulock; //开始向新扇区写数据 prog_loop: r2=r2+1; jump sect_load; done: //编程结束 nop; call wait_DQ7; ustat2=dm(IOSTAT); bit tg1 ustat2 FLG8O; //翻转FLAG8 dm(IOSTAT)=ustat2; jump done; load_byte: //写字节子程序 i4=dm(addr); m4=mem_offset; r12=dm(d_byte); dm(m4,i4)=r12; rts; nop wait_DQ7: //20ms延时子程序 r0=dm(counter); r0=r0+1; dm(counter)=r0; r1=0x59000; comp(r0,r1); if lt jump wait_DQ7; r0=0; dm(counter)=r0; rts; nop; 上面的程序是针对由ADSP-21065L和AT29LV020构成的磁悬浮数字控制系统编写的，可行性与可靠性已经在实际应用中得到验证。该程序具有良好的可移植性，秒作修改即可用于类似的在线编程系统，具有较强的实用价值。