双片ADSP-21160系统的程序加载设计

本文档详细说明了双片ADSP-21160系统的加载，以及如何在VISUAL DSP++集成开发环境中通过DSP将引导程序上载到FLASH中。SHARC系列是美国模拟器件公司(ANALOG DEVICES)的重要芯片系列之一。该系列产品具有很强的数字信号处理能力，多片SHARC芯片可以构成更为处理能力强大的系统，广泛应用于通信，雷达等领域。SHARC系列芯片族包含了ADSP-21060/21061/21601/21065L，以及最新的21160/21161系列。它们共同的特点是不但有强大的处理能力，而且有丰富的接口资源，十分适合多片级联构成功能更复杂的系统。 在多片系统中，如何对多片SHARC DSP进行程序加载是一个比较实际的问题，本文就是从硬件构架和软件流程上对双片ADSP-21160的SHARC系统的加载问题进行分析的。 1. 双片ADSP－21160系统的硬件构架 1.1 双片ADSP-21160的连接 以AD21160N为例。 两片SHARC分别为DSP1和DSP2，相应的ID2"0管脚置为001和010。其中ID为001的是主片，ID为010的为从片。 如果系统采用非主机引导模式，每片的/HBG,/HBR分别置为无效状态（拉高）。 如果加载采用EPROM引导，每片SHARC的/BMS做线或后和EPROM的/CE相连。并且每片的BR1，BR2对应相连，其余BRx置为无效（拉高）。 ACK信号决定了总线权的转移，应该把ACK强制拉高。当ID = 000(单片系统)，或者ID = 001(多片系统的主片)的时候，ACK会自动内部拉高。为了保险起见，可以把主片和从片的ACK都在外部强制拉高。否则，会出现总线权不能交给从片的现象。 地址总线和数据总线对应相连，并和EPROM的地址线，数据线相连。 当双片系统加电后，主片ADSP-21160和从片ADSP-21160都是从EPROM中读出256个字节的初始程序段。这256个字节的程序段包含了加载初始化信息，在此段的最后有一张跳转表，显示了不同ID的程序对应的不同的存储地址。SHARC通过读自己的系统寄存器得到自己的ID，然后取出自己所要加载的程序代码的偏移地址。 根据SHARC的总线制裁机制，ID号低的SHARC有较高的优先权，所以ID=001的主片先加载。当第一片加载完毕后，通过BR1通知第二片可以开始加载，总线权转移到ID=010的SHARC。当第二片加载完毕后，通过BR2通知系统，然后此双片系统开始运行程序。 1.2 ADSP-21160与FLASH的连接 FLASH的CE,OE,WE分别与AD21160的BMS,RD,WR相连，其中BMS表示片选信号，WR为写信号，RD为读信号。另外FLASH的地址线和数据线也分别与DSP连接好。 如果把AD21160的MS0～2与FLASH的片选线相连，就是把FLASH成了AD21160的外部扩展存储区。这样会带来方便，首先，可以在VisualDSP++ for SHARC中直接读FLASH里的数据，无需编程读出；其次，可以用直接读写的办法烧写FLASH，还可以用软件控制插入的等待时间。 如果仅用BMS与FLASH相连，那么就只能用DMA的方式进行FLASH的读写操作。 1.3 烧写FLASH的方式 当使用BMS片选FLASH的时候，FLASH作为AD21160的字节存储空间，AD21160只能通过DMA方式访问FLASH。 完成一次DMA传送需对4个存储器映像寄存器进行设置。注意，写FLASH只能使用DMA10。 具体如下： 1．设置BSO，使BMS强制有效，并打开DMA10的中断使能； USTAT1 = DM(SYSCON); BIT SET USTAT1 BSO; DM(SYSCON) = USTAT1; BIT SET MODE1 IRPTEN; BIT SET IMASK EP1I; BIT SET IMASK EP0I; 2．注意对FLASH的写是字节编程，所以要把数据文件转化为8bit的字节形式。每次DMA只能送出一个字节。 3．因为BMS片选FLASH，所以不能对FLASH的读写进行插入等待状态的指令。变通的办法是，DMA次数寄存器设为3或3以上的整数，即对同一个地址连续多次写入同一个字节，等效于插入等待状态，拉宽写使能信号的宽度。 4．有关FLASH读写时序，请参看所使用的FLASH的datasheet，并按照其时序和控制字要求，使用SHARC的汇编指令编写FLASH的烧写程序。该程序可以通过仿真器在SHARC芯片上运行，实现把.dat文件烧写到FLASH中。 2. 双片系统的LDF文件 LDF文件是对系统的存储资源进行说明和定义的文件，双片系统的LDF与单片的LDF有所不同。为了更好的进行双片之间的通信，其LDF文件一般定义如下： ARCHITECTURE(ADSP-21160) 21160系统 SEARCH_DIR( $ADI_DSP\211xx\lib ) 库文件路径 $LIBRARIES = lib160.dlb; COMMAND_LINE_OBJECTS. $OBJECTS = $COMMAND_LINE_OBJECTS; MEMORY //片内存储区定义 { mem_rth { TYPE(PM RAM) START(0x00040000) END(0x000400ff) WIDTH(48) } //程序内存，中断向量表段 mem_pmco { TYPE(PM RAM) START(0x00040100) END(0x000491ff) WIDTH(48) } //程序内存，代码段 mem_pmda { TYPE(PM RAM) START(0x0004db00) END(0x0004efff) WIDTH(32) } //程序内存，数据段 mem_dmda { TYPE(DM RAM) START(0x00050000) END(0x00057fff) WIDTH(32) } //数据内存，数据段 mem_dmex { TYPE(DM RAM) START(0x00800000) END(0x00800fff) WIDTH(32) } //数据存储区，片外数据段 } //以下是对多片（ID1 和ID2）映射空间说明 MPMEMORY { ID1 { START(0x00100000) } //第一片映射到0x00100000 ID2 { START(0x00200000) } //第一片映射到0x00200000 } 下是对共享的外部存储区的声明，比如外挂的SRAM等器件的存储空间 { OUTPUT(shared.sm) SECTIONS { dxe_dmex { INPUT_SECTIONS( shared.doj(sram_da) ) } >mem_dmex } } PROCESSOR ID1 //处理器 ID1 的段定义. { LINK_AGAINST(ID2.dxe) OUTPUT(ID1.dxe) SECTIONS { dxe_rth { INPUT_SECTIONS( ID1.doj(seg_rth) $LIBRARIES(seg_rth)) } >mem_rth dxe_pmco { INPUT_SECTIONS( ID1.doj(seg_pmco) $LIBRARIES(seg_pmco)) } >mem_pmco dxe_pmda { INPUT_SECTIONS( ID1.doj(seg_pmda) $LIBRARIES(seg_pmda)) } >mem_pmda dxe_dmda { INPUT_SECTIONS( ID1.doj(seg_dmda) $LIBRARIES(seg_dmda)) } >mem_dmda } } PROCESSOR ID2 //处理器 ID2 的段定义 { LINK_AGAINST(ID1.dxe) OUTPUT(ID2.dxe) SECTIONS { dxe_rth {INPUT_SECTIONS( ID2.doj(seg_rth) $LIBRARIES(seg_rth)) } >mem_rth dxe_pmco { INPUT_SECTIONS( ID2.doj(seg_pmco) $LIBRARIES(seg_pmco)) } >mem_pmco dxe_pmda {INPUT_SECTIONS( ID2.doj(seg_pmda) $LIBRARIES(seg_pmda)) } >mem_pmda dxe_dmda {INPUT_SECTIONS( ID2.doj(seg_dmda) $LIBRARIES(seg_dmda)) } >mem_dmda } } 通过以上的定义，就实现了在一个LDF文件中声明了两片AD21160的存储空间，以及多片存储区映射（MMS），和共享片外存储区。 3. 烧写双片SHARC的流程实例 新建一个工程，采用以上的LDF文件声明。 然后编写两个.asm文件：ID1.asm，ID2.asm。 这两个.asm文件都有独立的中断向量表，可以独立执行各自的程序。 例如，可以在ID1.asm中让FLAG0和FLAG1输出反相的方波，在ID2.asm中让FLAG2和FLAG3输出另一个频率的反相的方波。 编译通过后，可以找到新生成的可执行文件ID1.DXE，ID2.DXE。 在VISUAL DSP++集成环境中，选择工程属性（Project Option），改变如下： 1．如上图，把Type由DSP executable file改为Loader file； 2．如上图，选定Multiprocessor，就可以在被激活的选择框中选择要使用的.DXE文件。在1处，选择ID1.DXE；在2处，选择ID2DXE。这意味着将对第一片加载ID1.DXE，对第二片加载ID2.DXE。Kernel file选择默认的160_prom.dxe，该文件是由AD提供的加载核文件。在Output file中设定输出文件名（在这里是Two_SHARC.ldr）；选定ASCII格式，将产生16bit的数据文件；boot type选定eprom，这将产生适合从eprom中加载的数据文件。 3．一切完成后，进行一次编译。就可以在DEBUG文件夹里找到生成的Two_SHARC.ldr。 4．接好仿真器后，打开FLASH烧写程序，把要烧结的文件名添加到程序中。运行FLASH烧结程序，就把两片加载程序烧到FLASH里了。 5．关闭VisualDSP，拔掉仿真器，重新启动目标板，按下RESET，通过示波器观测第一片DSP的FLAG0和FLAG1，和第二片DSP的FLAG2和FLAG3，检查是否有对应的反相方波输出。如果有，说明双片AD21160加载成功。 4. 结 束 语 美国AD公司的SHARC系列DSP的多片级连能力是其特点之一，从本文介绍的两片系统加载方案可以推知多片SHARC系列DSP芯片系统的加载也是类似的。多片系统同样也要注意系统的硬件架构，包含多片DSP芯片之间的连接方式，总线仲裁机制，以及与FLASH MEMORY之间的连接。软件上对.LDF的设置是关键，它决定了多片DSP之间的相互访问的存储分区。多片SHARC系统会大大发挥该系列芯片强大的浮点处理能力，在通信，雷达等方面有重大应用。 作者联系：hanwei2004@sohu.com