TMS320F28x上RTOS移植關(guān)鍵技術(shù)研究

1、TMS320F28x上RTOS移植關(guān)鍵技術(shù)研究摘要詳細(xì)分析TT公司TMS320F28x系列DSP的啟動過程；說明BootROM中程序的運行過程，介紹C編譯器和DSP/BIOS的工作細(xì)節(jié)；探討DSP的中斷處理及從RAM中執(zhí)行代碼等問題。最后分析如何在TMS320F28x系列DSP上移植實時操作系統(tǒng)。關(guān)鍵詞數(shù)字信號處理器TMS320F28xBootRoM實時操作系統(tǒng)TMS320F28x(簡稱“F28x”)數(shù)字信號處理器是TI公司推出的32位定點DSP控制器，其頻率高達(dá)150MHz，大大提高了控制系統(tǒng)的精度和芯片的處理能力。在F28x系列DSP上移摘要 詳細(xì)分析TT公司TMS320F28x系列DSP

2、的啟動過程；說明BootROM中程序的運行過程，介紹C編譯器和DSP/BIOS的工作細(xì)節(jié)；探討DSP的中斷處理及從RAM中執(zhí)行代碼等問題。最后分析如何在TMS320F28x系列DSP上移植實時操作系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 數(shù)字信號處理器 TMS320F28x BootRoM 實時操作系統(tǒng) TMS320F28x(簡稱“F28x”)數(shù)字信號處理器是TI公司推出的32位定點DSP控制器，其頻率高達(dá)150MHz，大大提高了控制系統(tǒng)的精度和芯片的處理能力。在F28x系列DSP上移植實時操作系統(tǒng)，需要對編澤器、系統(tǒng)啟動過程、中斷處理過程以及整體代碼執(zhí)行流程有一個全面的深入理解。對系統(tǒng)的整個運行過程有清晰的概念是移植實

3、時操作系統(tǒng)的前提條件。本文將對從DSP上電復(fù)位到其系統(tǒng)功能實現(xiàn)的整個運行過程進(jìn)行深入介紹，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析在F28x系列DSP上移植實時操作系統(tǒng)一般原理，詳細(xì)說明C/OS-的移植。1 BootROM及其運行 在F28lx、C28lx、R281x器件中都有一塊dK×16位的BootROM。當(dāng)引腳MPnMC的狀態(tài)反映到XINTC-NF2中為0時，BootROM被映射到地址空間0x3FF0000x3FFFCO上。片上ROM在出廠前就已經(jīng)燒寫好了一個啟動程序以及一些其他數(shù)據(jù)和表格(版本信息、復(fù)位向量、中斷向最表、IQmath表等)。其空間分配如圖1所示。 其中，中斷向量表在VMAP=l

4、、ENPIE=0(PIE未使能向量表)、MPNMC=0時有效。另外，當(dāng)VMAP=1、ENPIE=O時，系統(tǒng)將從BootROM的0x3FFFC0復(fù)位。雖然復(fù)位后ENPIE為零，但大部分系統(tǒng)都是需要使能外部中斷擴(kuò)展模塊的，即用戶程序中需要將ENPIE置l。由此可見，BootROM唯一常用的向量只有復(fù)位向量；而其他的中斷向量是指向MOSRAM用于芯片測試的，通常用不到。狀態(tài)位和向量表映射關(guān)系如表1所列。2 從上電復(fù)位到用戶代碼 當(dāng)系統(tǒng)重啟(上電或熱啟動)時，引腳XMPNMC的信號將被鎖存到XINTF的配置寄存器XINTCNF2中。重啟之后，XMPNMC的狀態(tài)不再反映到XINTCNF2，這時，可以用軟

5、件來修改它的狀態(tài)，從而確定程序要訪問的是內(nèi)部地址還是外部地址。但是，像F2810這樣的器件，沒有XINTF。它的XMPNMC在芯片內(nèi)部被拉低，也就是說，當(dāng)器件重扁后，它總是自動從內(nèi)部的BootROM啟動。如果XMPNMC為高電平，則表示系統(tǒng)將從XINTF zone7中獲取復(fù)位向量。即從外部獲取中斷向量(地址見表1)時，必須確保復(fù)位向量所指向正確的地址。這一般在希望自己編寫啟動程序時使用。本文對此小作具體討論。 當(dāng)XMPNMC為低電平時，系統(tǒng)從內(nèi)部獲取復(fù)位向量。這個復(fù)位向量指的就是上文中提到的BootROM中位于0x3FFFC0的向量。此向量指向固化在BootROM中的InitBoot函數(shù)。所以

6、上電復(fù)位后，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到Init-Boot函數(shù)。 InitBoot函數(shù)首先對器件初始化，F(xiàn)281x器件將被配置為F28x工作模式。如果希望執(zhí)行C2xLP兼容程序，則需要用戶自己寫程序配置。PLL配置將保持不變。PIE使用缺省狀態(tài)，即不使能。另外要注意，M1的前80個字將用做BootROM的堆棧，用戶應(yīng)避免使用。初始化完成后，程序轉(zhuǎn)向執(zhí)行SelectBootMode函數(shù)。此函數(shù)將掃描通用I/O口(GPIO)，以確定啟動模式，如表2所列，包括跳轉(zhuǎn)到Flash、跳轉(zhuǎn)到HO SARAM、跳轉(zhuǎn)到OTP等模式。 不同的模式有不同的程序起點(entrypoint)。對于Flash、HO SARAM、OTP模

7、式，有一個固定的跳轉(zhuǎn)地址(見表2)；而對于從SCI、SPI啟動時，程序起點將調(diào)用bootloader按一定的格式(具體格式見參考文獻(xiàn))從外部獲取。 最后，BootROM執(zhí)行exitboot函數(shù)。執(zhí)行這個函數(shù)包括：置CPU狀態(tài)為缺省，將SP指向0x400，跳轉(zhuǎn)到程序起點等工作。exitboot執(zhí)行后CPU狀態(tài)為：ACC=0，RPC=0，P=0，XT=0，ST=O，XAR0=XAR7=0，SP=Ox400，STl=0x0AOB。 以上是BootROM完成的工作。從entrypoint開始，就進(jìn)入用戶程序區(qū)了。對于匯編程序，可以在程序起點處寫一條跳轉(zhuǎn)到Start(如果程序起點是Start)的指令。匯

8、編情況比較簡單，跳轉(zhuǎn)到Start后，各項初始化代碼工作都由自己完成。對于C語言程序，通常的做法是在程序起點處放置一條跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)到_c_init0。然后程序的執(zhí)行分為使用或不使用：BIOS兩種情況。 從rtssrc中提取boot28inc文件，其中包括對于不使用BIOS的情況下，啟動后從_c_init0到main函數(shù)中間所做的工作。因為這段代碼足由C編譯器自動運行的，因而常被初學(xué)者忽視，以致對其后自己編寫的c代碼的運行環(huán)境不清楚。這一段程序主要完成以下工作： 分配C堆棧； 建立C運行環(huán)境(CPU寄存器和模式寄存器的配置)； 復(fù)制cinit、pinit表、const、econst常量到工作區(qū)；

9、跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)。 這段代碼聲明了2個全局變量：_stack，系統(tǒng)堆棧棧底；_c_intOO，啟動函數(shù)。下面列出了C運行環(huán)境的初始化程序部分代碼： 這些代碼設(shè)置了C語言的運行環(huán)境。在用戶程序中編寫的匯編代碼不應(yīng)該破壞這個環(huán)境，否則C語言將無法正常運行。3 中斷代碼的執(zhí)行 F28x系列的DSP支持1個小可屏蔽中斷(NMI)和16個可屏蔽中斷(INTlINT14、RTOSINT、DLOGINT)。其中，INTlINTl2由PIE控制單元管理。每個INT可以對應(yīng)8個外設(shè)中斷，即PIE可以控制96個中斷源。 下面對可屏蔽中斷響應(yīng)過程作一介紹： 外設(shè)發(fā)出中斷請求。 DSP看中斷請求是否被允許。沒計PI

10、EIER、PIEACK、IER、INTM等寄存器和標(biāo)志位的設(shè)置，具體參見參考文獻(xiàn)。 如果中斷允許，則先執(zhí)行完進(jìn)入解碼的二階段之后的指令，將其他指令沖出流水線。系統(tǒng)將自動保存ST0、T、AL、AH、PL、PH、AR0、ARl、DP、STl、DBG-STAT、PC、IER，然后獲取中斷向量加載到PC。 注意：當(dāng)中斷被允許后會立即清除IFR中相應(yīng)標(biāo)志位；但是，如果此時中斷信號仍有效(保持低電平)，那么，相應(yīng)IFR標(biāo)志位又會被置位(不過這時此中斷不套被立即響應(yīng))；這是因為CPU禁止了所有的硬件中斷響應(yīng)，當(dāng)ISR開始執(zhí)行時，它才解除禁止；井且，在執(zhí)行ISR之前(此時原來的IER已保存)，當(dāng)前中斷的IER

11、中相應(yīng)位被清零。也就是說，同一中斷源的中斷不會再被響應(yīng)，要等到中斷服務(wù)子程序中用戶來使能中斷(如果需要嵌套)，或者等到中斷返回自動恢復(fù)IER。 執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。 由于置位了INTM、DBGM，所以可屏蔽中斷默認(rèn)是不被允許的。如果要嵌套，則需程序員自己動手清除禁止中斷標(biāo)志。另外，中斷里面LOOP、EALLOW、IDLES-TAT都被清零了，這樣中斷服務(wù)于程序有了一個全新的上下文。4 從RAM中執(zhí)行代碼 通常情況下，程序是保存在Flash里面的，CPU從Flash中取指運行；但是，有時會要求將程序調(diào)到RAM中來執(zhí)行。一方面是為追求更高的速度；另一方面是為了讓Flash有最好的運行性能，需要修改

12、Flash的等待狀態(tài)周期，使能Flash Pipeline，而對F1ash的操作必須在RAM里面執(zhí)行，這些操作函數(shù)就必然要從F1ash中調(diào)到RAM中執(zhí)行。對于這些程序，在啟動后用戶程序中需要先完成存儲器拷貝工作?？截惖絉AM中之后，才能調(diào)用這些函數(shù)，順序不能亂。5 在DSP上移植實時操作系統(tǒng) 所謂移植，就是使一個實時內(nèi)核能在某個微處理器或微控制器上運行。在移植軟件之前，先要正確配置處理器的運行模式，了解處理器的中斷方式、中斷向量地址等。這些工作在F28x系列DSP中由BootROM中固化的程序完成。另外，為了方便移植，大部分的RTOS代碼都是用C語言寫的；但仍需要用C語言和匯編語言混合編寫一些

13、與處理器相關(guān)的代碼。這是因為在讀寫處理器寄存器時只能通過匯編語言來實現(xiàn)。 對于同時使用匯編語言和C語言的實時操作系統(tǒng)移植，必須小心使用匯編語言，防止破壞C語言運行環(huán)境。一方面不可以改變相關(guān)狀態(tài)位；另一方面匯編函數(shù)的編寫需要遵循C編譯器的調(diào)用規(guī)則。從復(fù)位到用戶程序編譯器做的設(shè)置工作見前文。 中斷發(fā)生時，TMS320LF28x處理器自動保存了不少寄存器，但是如果中斷服務(wù)子程序中要用其他寄存器，那么開始時要自己寫現(xiàn)場保護(hù)程序。就實時操作系統(tǒng)而言，進(jìn)入中斷和退出中斷須對系統(tǒng)堆棧進(jìn)行現(xiàn)場保護(hù)。維護(hù)堆棧結(jié)構(gòu)時，需要注意處理器堆棧的生長方向。雖然絕大多數(shù)微處理器和微控制器的堆棧是從上往下長的，但TI公司的D

14、SP一般為從下往上長。 一般實時操作系統(tǒng)需要先禁止中斷再訪問代碼的臨界段，并且在訪問完畢后重新允許中斷。這就使得系統(tǒng)能夠保護(hù)臨界段代碼免受多任務(wù)或中斷服務(wù)例程(ISRs)的破壞。最簡單的實現(xiàn)方法是直接調(diào)用處理器指令來禁止中斷和允許中斷。 筆者選擇了目前應(yīng)用比較廣泛的實時操作系統(tǒng)COS-。要移植COS-需要滿足以下要求： 處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼； 用C語言就可以打開和關(guān)閉中斷； 處理器支持中斷，并且能產(chǎn)生定時中斷(通常在10100Hz之間)； 處理器支持能夠容納一定量數(shù)據(jù)(可能是幾千字節(jié))的硬件堆棧； 處理器有將堆棧指針和其他CPU寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。 移植工作包括以下幾個內(nèi)容： 用#define設(shè)置一個常量的值(OS_CPU.H)； 聲明lO個數(shù)據(jù)類型(OS_CPU.H)； 用#define聲明3個宏(OS_CPUH)； 用C語言編寫6個簡單的函數(shù)(OS_CPU_CC)； 編寫4個匯編語言函數(shù)(OS_CPU_AASM)。 移植的難點在于實現(xiàn)OS_CPU_AASM。這個文件的實現(xiàn)需要十分清楚處理器啟動過程和中斷處理。以及代碼的運行過程。由于TI公司的DSP堆棧從下往上長，所以移植時需要置OS_STK_GROWTH為0?？梢院唵蔚厥褂肨IMS320LF28x的中斷使能和禁止命令來實現(xiàn)OS_ENTER_CRITICALO、OS_