TMS320VC5402外部并行引导装载方法的研究

[b] 摘要：分析了ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２ ＤＳＰ的引导装载过程，给出了两个外部并行引导装载的典型电路。针对这两个电路设计了可脱离Ｆｌａｓｈ烧写器的仿真器在线编程装载方法，并得到了实验验证。 关键词：ＤＳＰ引导装载 在线编程装载 虚拟扩展程序空间 ＤＳＰ 所谓引导方式就是指单片机（ＭＣＵ）系统复位时，其系统软件代码所取得的方式。对于单片机来说，它使用复位矢量方式从程序空间的固定地址处开始取得指令代码。如果所需代码来自程序空间外部，则引导过程无法进行。ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２ ＤＳＰ内部ＲＯＭ中的引导装载程序Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ使系统上电后能自动将程序代码从外部如Ｆｌａｓｈ、Ｅｐｒｏｍ、主机引导装载到ＤＳＰ内部或者外部程序存储器中脱机运行。这样的设计有三个突出点：一是程序代码可以存储在片外相对慢速、非易失性器件中，而装载运行于高速器件；二是提供多种装载方式，使得ＤＳＰ可以灵活应用到不同系统；三是省去对ＤＳＰ片内ＲＯＭ进行掩膜编程操作，节省大量费用。 引导装载程序根据不同的系统要求提供了多种装载模式，主要包括并行Ｉ／Ｏ口引导装载、串行口引导装载、ＨＰＩ引导装载、外部并行引导装载等模式，并且兼容８位和１６位字引导装载方式。 １ 引导装载程序分析 ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２内部４Ｋ字的ＲＯＭ程序位于０ｘＦ０００～０ｘＦＦＦＦ程序空间，包括引导装载程序、μ律和Ａ律扩充表、正弦对照表、工厂测试码和中断向量表。其中，引导装载程序位于０ｘＦ８００～０ｘＦＢＦＦ空间。复位时，如果ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２处在微计算机方式ＭＰ／ＭＣ＝０，则片内ＲＯＭ中的引导装载程序就会被执行。引导装载程序在决定采用何种装载模式之前，首先对ＣＰＵ状态寄存器进行初始化。初始化工作包括：禁止可屏蔽中断ＩＮＴＭ＝１，内部ＤＡＲＡＭ映射到程序／数据区ＯＶＬＹ＝１，对程序和数据区均设置为７个等待状态。初始化完成后，引导装载程序执行装载模式判断。判断的顺序是：ＨＰＩ模式、ＳＰＩ模式、外部并行模式、标准串口模式、并行Ｉ／Ｏ模式。图１说明了整个装载模式的判断流程。 图1 引导装载模式选择流程 ２ 外部并行装载电路的设计 由图１可知，外部并行装载时引导装载程序先读Ｉ／Ｏ空间ＦＦＦＦｈ，判断是否是有效的并行装载模式；如果ＦＦＦＦｈ处为非有效值，则读数据空间ＦＦＦＦｈ，判断是否是有效的并行装载模式。对于外部并行装载，要求装载时Ｆｌａｓｈ位于数据空间。下面给出两种实际应用过的并行装载电路，如图２所示。 图２(ａ)适用于程序运行时不要求大数据空间的系统。若对ＤＳ（数据空间选择）信号与Ａ１５地址线译码，Ｆｌａｓｈ占用数据空间的８０００ｈ～ＦＦＦＦｈ共３２Ｋ空间，因此程序代码的存储区大小不能超过３２Ｋ。当然，若对Ａ１５、Ａ１４与ＤＳ译码，Ｆｌａｓｈ也可将整个片外４８Ｋ的数据空间作为程序代码的存放区。 图２(ｂ)将Ｆｌａｓｈ分为１６页，每页６４Ｋ，Ｆｌａｓｈ的片选信号ＣＥ利用ＤＳＰ的Ａ１６～Ａ１９、通用Ｉ／Ｏ引脚ＸＦ以及程序／数据空间选择ＤＳ／ＰＳ信号译码获得。图２ｂ所示系统上电后，ＸＦ＝１，译码后Ｆｌａｓｈ的０页映射到数据空间，此时引导装载程序可利用它正确装载；装载完毕后，ＤＳＰ从程序代码的入口地址开始执行，此时ＤＳＰ设置ＸＦ＝１，ＤＳＰ利用内部ＤＡＲＡＭ或者外部ＳＲＡＭ作为程序和数据空间存储器，Ｆｌａｓｈ的０页被屏蔽而无法再操作，Ｆｌａｓｈ的１～１５页作为ＤＳＰ扩展程序存储器使用。这样设计系统电路有如下好处：由于装载时与系统程序运行时数据空间的物理存储器分离，系统程序可利用全部６４Ｋ的数据空间；程序运行时程序代码存储器被屏蔽，保证了装载程序的安全性；扩展程序空间可作为数据暂存或永久存储空间，满足了数据处理系统的要求。当然，也可使用单片６４Ｋ的Ｆｌａｓｈ作为程序代码存储器，以ＳＲＡＭ作为程序扩展空间存储器。 图2 外部并行装载典型电路 ３ 外部并行装载的仿真器在线编程 ＤＳＰ引导装载程序从外部数据存储器（Ｆｌａｓｈ）中读取引导装载表，并且装载程序代码到ＤＳＰ片内或片外程序存储器。Ｆｌａｓｈ中存储的是引导装载表。它的结构如表１所示。要使用ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的引导装载功能，必须利用Ｈｅｘ转换工具生成一个如表１所示结构的包含引导装载操作所需的全部数据项的引导装载表。表中第一个字０８ＡＡｈ／１０ＡＡｈ代表８／１６位并行装载模式。 表1 引导装载表结构 08AAh或者10AAh SWWSR寄存器初始化值 BSCR寄存初始化值 程序入口地址XPC 程序入口地址指（PC） 第一程序块大小 第一个程序块目标地址XPC 第一个程序块目标地址指针 程序代码1 …… 程序代码N 最后程序块大小 最后程序块目标地址XPC 最后程序块目标地址指针 程序代码1 …… 程序代码N 代码结束标志0000h 通常的ＤＳＰ独立系统都需要利用Ｆｌａｓｈ烧写器将引导装载表写入Ｆｌａｓｈ中，对于采用表贴封装的Ｆｌａｓｈ器件，烧写器无法写入数据。为了解决这个问题，采用仿真器在线编程方式将引导装载表数据写入Ｆｌａｓｈ，它具有节约开发成本、减小器件尺寸、编程灵活的特点。 对于图２ａ所示的系统，在仿真器仿真状态下，将引导装载表读入ＤＳＰ数据区的００００ｈ～７ＦＦＦｈ空间，然后使用Ｆｌａｓｈ在线编程方法将数据写入Ｆｌａｓｈ中，最后在Ｆｌａｓｈ的ＦＦＦＦｈ处写入引导装载表在Ｆｌａｓｈ中的起始地址。编程完毕，复位系统即可实现装载过程。 对于图２(ｂ)所示的系统，仿真器在线编程则要复杂得多。由于在仿真状态下，程序空间与Ｆｌａｓｈ的０页空间重叠，Ｆｌａｓｈ的０页被屏蔽，程序无法操作到Ｆｌａｓｈ的存储空间。为此，程序将Ｆｌａｓｈ的０页空间作为“虚拟扩展程序空间”，以便程序写入引导装载表。具体实现过程是：设置外部控制信号＝１，此时译码电路将Ａ１８地址线信号取反，虚拟扩展程序空间开放。Ｆｌａｓｈ的０页空间虚拟成为扩展程序空间的０４００００ｈ～０４ＦＦＦＦｈ空间。这样，仿真器在线编程０４００００ｈ～０４ＦＦＦＦｈ空间即相当于对Ｆｌａｓｈ的０页编程。编程完毕后，设置外部控制信号＝０，复位系统后即可实现装载过程。 本文分析了ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的引导装载程序的装载过程，给出了两个经常使用的外部并行装载典型电路。针对两个典型电路设计了仿真器在线编程装载方法。利用此方法实现了一个以１２８Ｋ%26;#215;１６ｂｉｔ的ＳＲＡＭ作为程序和数据空间，以１Ｍ%26;#215;１６ｂｉｔ的Ｆｌａｓｈ作为扩展程序空间和系统程序代码存储器的系统。该系统无需Ｆｌａｓｈ烧写器进行Ｆｌａｓｈ数据写入，并且完全利用了ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的全部存储空间，充分发挥了ＤＳＰ的效能。 [/b]