TMS320VC5402并行引導方案的設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書題目 TMS320VC5402并行引導方案的設(shè)計 專業(yè)、班級 學號 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：1、 參考課本及C54X Applications Guide.pdf 中關(guān)于BootLoader的內(nèi)容。2、 設(shè)計TMS320VC5402的并行引導方案。要求將用戶代碼存放于并行接口FLASH芯片中，處理器啟動后能正常進入用戶程序。3、 設(shè)計相關(guān)硬件電路，要求支持并行引導，具備外擴程序存儲空間、外擴數(shù)據(jù)存儲空間、外擴IO存儲空間。4、 要求編寫引導完成后的用戶初始化代碼。5、 完成電路設(shè)計，說明引導過程，在CCS5000上驗證程序。設(shè)計完成后要求每人上交一份

2、課程設(shè)計說明書，說明書要求包含有課程設(shè)計任務(wù)書，各文件的說明，各文件里關(guān)鍵語句的說明。說明書要求字跡工整、敘述清楚。6、 發(fā)揮部分，如時間可行，增加設(shè)計成為一個完整的項目（附加一個簡單例程、一個命令文件和一個向量表文件）。并驗證結(jié)果。7、 時間：一周。完 成 期 限： 指導教師簽名： 課程負責人簽名： 年 月 日摘 要 在54x 系列DSP 的應用設(shè)計中,DSP 的運行速度是衡量系統(tǒng)性能的一項重要指標.要達到預期的運行速度,就要給DSP系統(tǒng)的程序空間設(shè)計一個高速程序存儲空間.引導是將程序存儲在低速但停電數(shù)據(jù)不丟失的FLASH中,運行時使用存取速度快的RAM作為程序運行存儲體,這樣既可保證停電時

3、數(shù)據(jù)不丟失又可進行高速數(shù)據(jù)存取.本文介紹TMS320VC5402并行引導方案的設(shè)計。關(guān)鍵詞：TMS320VC5402, FLASH, DSP目 錄摘 要I1、主要芯片介紹11.1 TMS320VC5402簡介11.2 閃存SST39VF400A簡介22、C5402的并行Bootloader原理32.1 C5402并行引導模式32.2 Bootloader的引導原理33、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計54、系統(tǒng)軟件設(shè)計74.1測試程序設(shè)計74.2 用戶初始化程序設(shè)計74.3 引導表的建立及引導裝載過程94、課程設(shè)計心得12I1、主要芯片介紹1.1 TMS320VC5402簡介 TMS320VC5402(以下

4、簡稱C5402)是德州儀器公司(TI)1999年10月推出的性價比極高(目標價格僅為5美元)的定點數(shù)字信號處理器(DSP)。C5402主要特點如下: ·操作速率達100MIPS；·具有先進的多總線結(jié)構(gòu)，三條16位數(shù)據(jù)存儲器總線和一條程序存儲器總線；·40位算術(shù)邏輯單元(ALU)，包括一個40位桶形移位器和兩個40位累加器；·一個17×17乘法器和一個40位專用加法器，允許16位帶/不帶符號的乘法；·整合維特比加速器，用于提高維特比編譯碼的速度；·單周期正規(guī)化及指數(shù)譯碼；·8個輔助寄存器及一個軟件棧,允許使用業(yè)界最先

5、進的定點DSP C語言編譯器；·數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g1M×16bit，內(nèi)置4K×16bit ROM和16K×16bit RAM；·內(nèi)置可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)時鐘產(chǎn)生器、兩個多通道緩沖串行口、一個8位并行與外部處理器通信的HPI口、2個16位定時器以及6通道DMA控制器；·低功耗，工作電源有3V和1.8V(內(nèi)核)，特別適合電池供電設(shè)備。由此可見，與TMS32054X系列的其它芯片相比，C5402以其獨有的高性能、低功耗和低價格特性，使得一推出就受到業(yè)內(nèi)用戶的歡迎。但它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和片內(nèi)掩模的引導裝載(Bootloader)程

6、序與C54X系列的其它DSP處理器有較大的差異，而它的應用對象又大多是要求能脫機運行，如機頂盒(STB)、個人數(shù)字助理(PDA)和數(shù)字無線通信等內(nèi)嵌式系統(tǒng)。1.2 閃存SST39VF400A簡介閃爍存儲器(flash memory) 是可以在線電擦寫、掉電后信息不丟失的存儲器。SST39VF400A是SST公司推出的256K×1位產(chǎn)品，可以直接與DSP相接，具有以下主要特點：（1） 可直接與3.3V的高性能DSP接口，簡化了系統(tǒng)的電源要求； （2） 最快的存取速度高達90ns，CMOS工藝 ，具有100000次寫入/擦寫壽命； （3） 低功耗； （4） 靈活的塊結(jié)構(gòu)支持整片擦除、塊擦

7、除、段擦除； （5） 塊保護功能，具有防止對任何區(qū)段進行編程或擦除的硬件保護機制； （6） 與JEDEC標準兼容，引腳分布和命令集與單電源flash相兼容。 2、C5402的并行Bootloader原理2.1 C5402并行引導模式 C5402加電時,如果芯片檢測到MP/MC引腳電平為低電平, 系統(tǒng)從0FF80H開始執(zhí)行代碼.此處有一個分支指令(廠家編程設(shè)置的),可以跳轉(zhuǎn)到引導程序的開始地址( 0F800H ).這個程序可以在引導之前設(shè)置CPU 狀態(tài)寄存器的初始值.中斷被全部禁止,OVLY設(shè)置為1,程序和數(shù)據(jù)存取等待時間被設(shè)置為7個等待周期,然后開始程序的引導.當C5402檢測到INT2引腳為

8、高電平、INT3引腳為高電平,即2個引腳都無效時, C5402會轉(zhuǎn)到行引導方式. 并行引導方式是通過擴展的內(nèi)存接口從數(shù)據(jù)地址空間讀取所需的引導表, 再將代碼傳送到程序存儲區(qū). 并行引導既支持8位的數(shù)據(jù)寬度, 也支持16 位的數(shù)據(jù)寬度. 軟件可編程等待寄存器( SWWSR )和塊切換控制寄存器( BSCR) 都可以在這2種模式中得到設(shè)置.2.2 Bootloader的引導原理C5402 的Bootloader 在系統(tǒng)加電時把外部源程序傳送到內(nèi)部存儲器或內(nèi)部程序空間。它允許程序被存放在外部慢速的存儲器中，并調(diào)到高速的存儲器中運行。這可大大減小C5402 內(nèi)部RAM掩模的需要，降低電路設(shè)計的成本。C

9、5402的內(nèi)部ROM中有固化好的加載程序。如果 DSP 的MP/MC 管腳接低，在DSP加電 RESET 時，程序就從內(nèi)部 ROM的 FF80H 地址開始行運行。在 FF80H 處，有一條跳轉(zhuǎn)到 BOOT 程序的指令，執(zhí)行內(nèi)部固化好的 BOOT 程序。BOOT程序在運行搬移程序之前，首先進行初始化，工作包括關(guān)閉中斷、將內(nèi)部 RAM 映射在程序/數(shù)據(jù)空間，以及為訪問數(shù)據(jù)和程序空間設(shè)置的七個軟件等待等；然后根據(jù)設(shè)計完成不同方式下程序的搬移。C5402 共有上面講述的 5 種加載方式。這里只討論并口加載方案的設(shè)計，其流程如圖1所示。 在判斷前幾種加載方式無效后，Bootloader 從I/O 空間

10、0FFFFH 處讀取一個 16 位的程序起始地址。然后根據(jù)這個地址從外部數(shù)據(jù)區(qū)讀入一個字，判斷是否為在判斷前幾種加載方式無效后，Bootloader從 I/O 空間0FFFFH 處讀取一個 16 位的程序起始地址。然后根據(jù)這個地址從外部數(shù)據(jù)區(qū)讀入一個字，判斷是否為 10AAH。如果是，就采用 16 位的搬移方式；否則，就判斷讀入的字的低位字節(jié)和下一個地址讀入的字的低字節(jié)組成的 16 位字。如果是08AAH，就采用 8 位并行加載方式；否則，就在外部數(shù)據(jù)空間的 0FFFFH讀取一個 16位的程序起始地址，然后重復上面的檢測方法。3、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計Bootloader是通過仿真器和JTAG口借

11、助DSP芯片將Boot表寫入FLASH的過程。這對系統(tǒng)的要求是必須將FLASH與DSP芯片的HPI口或串口或并口等數(shù)據(jù)通道管腳相連。FLASH 存儲器是可以在線電擦寫、掉電后信息不丟失的存儲器。FLASH與EPROM相比, 具有更高的性能價格比, 而且體積小、功耗低、擦寫速度快、使用比較方便。因此, 采用FLASH存儲程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。各種FLASH芯片大同小異,本文采用存儲容量為256KW的SST39VF400芯片作為C5402的外擴FLASH程序存儲器, 電路見圖2。圖2 C5402外擴FLASH存儲器簡圖其中A0A14作為外部地址引腳, A15A18通過跳線, 將256K

12、W的FLASH存儲器分割為大小為32KW的8塊,實現(xiàn)手動翻頁。FLASH的0000h7fffh映射到數(shù)據(jù)空間的8000hFFFFh, 在本例中將跳線JP1JP3設(shè)為000,將Boot表存放在FLASH從0x8000h開始的空間里。74LVC139D是一個雙四選一數(shù)據(jù)選擇器, 按圖所示分別連接到C5402的MSTRB、R/W、XF和DS端。實現(xiàn)DSP對外擴FLASH、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器(外擴數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器未畫出)片選及讀寫控制。4、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1測試程序設(shè)計由于 Bootloader 需要完成的是系統(tǒng)的脫機運行，因此可用一個簡單可靠的測試程序驗證硬件是否已經(jīng)協(xié)調(diào)工作。下面是一個可

13、行的方法，通過設(shè)置 XF 的電平高低，讓XF輸出不同頻率的方波，或者在XF管腳外接一個發(fā)光二極管，就可以直觀的看到系統(tǒng)有沒有協(xié)調(diào)工作。 test:nop rsbx,1,13 /*將 XF 管腳置為低電平*/ call delay /*調(diào)用延時子程序*/ ssbx 1,13 /*將 XF 管腳置為高電平*/ call delay /*調(diào)用延時子程序*/ b test /*循環(huán)運行*/4.2 用戶初始化程序設(shè)計.c-mode.mmregsCONST-COPY .set 1.sect “.boot”.global c-int00.global main,-exit,-STACK-SIZE-stack

14、: .usect“.stack”,0 ;定義堆棧-c-int00*堆棧初始化*STM #-stack,SP ;棧底->SPADDM #(-STACK-SIZE-1),*(SP) ;SP+棧長度=>棧頂->SPANDM #0fffeh, *(SP) ;讓SP為偶地址SSBX SXM ;STM置位LD#cinit,A*寄存器初始化*SSBX CPL ;打開編譯模式位RSBX OVM ;清除溢出位LD #0,ARPRSBX C16RSBX CMPTRSBX FRCTSSBX XF*變量區(qū)初始化*stm #0x3a00,arlst #0,*arl+st #0,*arl+st #0,*

15、arl*常量區(qū)初始化*-const-initSTM #03a24h,AR2 ;常量區(qū).const運行地址->AR2RPT #05fhMVPD #0f000h,*AR2+ ;將.const由flash拷貝到RAM區(qū)*程序初始化*STM #0cc0h,AR2 ;程序段.text運行地址->AR2RPT #300hMVPD #0f000h,*AR2+ ;將.text由flash拷貝到RAM區(qū)*中斷向量表初始化*STM #080h,AR2 ;中斷向量表.vector運行地址->AR2RPT #07fh MVPD #0ff80h,*AR2+ ;將.vector由flash拷貝到RAM區(qū)

16、CALL -main ;轉(zhuǎn)入主程序入口CALL -exit ;轉(zhuǎn)入結(jié)束程序入口RET.end4.3 引導表的建立及引導裝載過程為了實現(xiàn)DSP加電自舉 ，flash中的數(shù)據(jù)必須按照引導表的格式“燒寫”。引導表的作用是：DSP運行此表時，首先根據(jù)引導表中前部分用戶起始地址，把后面的用戶程序代碼加載到DSP片內(nèi)程序空間中相應的用戶地址區(qū)域 ( 由于 Flash與 DSP時間不匹配，要設(shè)置好SWWR和BSCR寄存器)，然后，根據(jù)引導表中的程序入口地址，在程序空間相應的地址開始運行程序 。圖3為l6位并行引導的代碼結(jié)構(gòu)(引導表在空間允許的情況下可以放幾個程序代碼段。為便于說明，在此只說明一個程序代碼段的

17、情況)。10AA (并行尋址格式)SWWSR寄存器的初始值BSCR寄存器的初始值 用戶程序入口的XPC用戶程序入口的地址PC 用戶程序的長度 用戶程序起始地址XPC用戶程序起始地址PC用戶程序代碼0000(表示引導表結(jié)束)圖3 并行自舉表的代碼結(jié)構(gòu)下面結(jié)合一個實例，說明利用hex500命令生成二進制數(shù)據(jù)引導表的方法。所編寫的一個用戶程序名為fan.C，在編譯鏈接成功后生成的輸出文件名為fan.out；程序空間的開始地址為Oxl400，程序執(zhí)行的入口地址為Oxl44F。利用 hex500工具，生成文件名為fan.hex的二進制數(shù)據(jù)，hex500命令后添加如下條件 ： fan.out；要轉(zhuǎn)換的.o

18、ut文件-a ；生成ASCII碼的形式-a 0x144F ；程序空間中程序運行的開始地址 -boot ；轉(zhuǎn)換成引導表的形式 -bootorg PARALLEL ；并行格式 -byte ；按字節(jié)分配地址 -memwidth l6 ；系統(tǒng)存儲器字寬度為l6位 -romwidth l6 ；ROM物理寬度為l6位 -swwsr Ox7FFF ；SWWSR設(shè)置軟件等待周期 -bscr 0xF800 ；BSCR設(shè)置段開關(guān)控制寄存器值 -O fan.hex ；輸出的二進制數(shù)據(jù)文件名生成的二進制數(shù)據(jù)文件 fan.hex的數(shù)據(jù)為： 0x1OAA 0x7FFF OxF800 0x0000 0xl44F 0x00D

19、l 0x0000 0x1400(用戶程序代碼)OxO000： 前 8個數(shù)據(jù)解釋分別為： 0xlOAA ：l6位并行尋址格式 ： Ox7FFF ：SWWSR初始值為0x7FFF,因為Flash的運行速度比DSP慢，所以等待7個周期； 0xF800 : BSCR初始值為0xF800： OxO000 : 引導表程序入口的XPC=0： 0x144F ：引導表程序入口的地址=0x144F： 0x00Dl ：引導表程序的長度=0x00Dl； OxO000 ：引導表起始地址XPC=0： 0x1400 ：引導表的起始地址=0x1400；編寫一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，把二進制數(shù)據(jù)文件fan.hex轉(zhuǎn)換為數(shù)組頭文件fan

20、.h。在CCS環(huán)境下，F(xiàn)lash的“燒寫”主程序包含此頭文件，編譯鏈接后通過仿真器下載到DSP中，運行DSP，用戶程序就被“燒入” 到 Flash中了。 實際應用時：在數(shù)據(jù)空間地址0xFFFF(也就是Flash的空間0xFFFF)中，“燒寫”數(shù)據(jù)0x9000( Flash中存放的引導表起始地址)；從Flash的地址0x9000開始，“燒入”用戶引導表數(shù)據(jù)，即 fan.h中的數(shù)組數(shù)據(jù)。 DSP運行情況為：依據(jù)圖l、2所示的引導裝載過程，經(jīng)過一系列設(shè)置，使DSP尋址到數(shù)據(jù)空間地址0xFFFF，得到引導表的起始地址 0x9000；PC指針指向0x9000，執(zhí)行引導表的數(shù)據(jù)；根據(jù)引導表寫入信息，把后面的程序載入程序空間起始地址0x1400(xPc=O)(這時通過仿真器查看程序空間0x1400開始的數(shù)據(jù)，與仿真器下載的fan.out文件數(shù)據(jù)是一致的)。然后，DSP的PC指針指向程序入口地址0x144F(xPc=0)，開始執(zhí)行用戶程序，完成了DSP利用Flash實現(xiàn)l6位并行引導裝載的過程。