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TMS320VC5402 DSP并行8bit EPROM引導(dǎo)裝載方法研究
摘要：TMS320VC5402 DSP芯片并行引導(dǎo)的特點(diǎn)和引導(dǎo)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)了并行8bit EPROM引導(dǎo)裝載的電路，并給出了實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)踐證明，該電路和方法在利用TMS320VC5402 DSP芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)非常簡(jiǎn)便，具有很大的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：DSP 引導(dǎo)裝載 并行引導(dǎo)表
TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱C5402）是德州儀器公司（TI）推出的性價(jià)比極高的16bit定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），操作速率可達(dá)100MIPS，它的內(nèi)部資源配置為用戶構(gòu)造系統(tǒng)提供了很大便利。
C5402芯片配置有4K×16bit片內(nèi)屏蔽式的ROM（F000h-FFFFh）。在4K ROM資源里，包含了Bootloader程序。這個(gè)Bootloader程序在系統(tǒng)通電后能自動(dòng)將存放在外部載體的用戶代碼引導(dǎo)到程序存儲(chǔ)器的任何空間或片內(nèi)RAM。如果芯片的MP/MC腳在復(fù)位時(shí)為低電位，指令從片內(nèi)ROM的FF80h地址開(kāi)始執(zhí)行，在FF80h地址后有一個(gè)跳轉(zhuǎn)指令自動(dòng)轉(zhuǎn)入到Bootloader程序，由Bootloader程序進(jìn)行引導(dǎo)裝載用戶程序。
C5402芯片內(nèi)包含有16K×16bit雙存取的RAM（DARAM）。DARAM分成兩個(gè)塊，每個(gè)塊為8K，每個(gè)塊在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)支持兩次讀或一次讀和一次寫(xiě)。片內(nèi)DARAM位于數(shù)據(jù)空間0080h-3FFFh地址，通過(guò)設(shè)置C5402寄存器PMST的OVLY位為1，可以把片內(nèi)RAM映射成程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。用戶在設(shè)計(jì)自己的系統(tǒng)時(shí)，如程序容量不超過(guò)16K，則可考慮充分利用芯片的內(nèi)部資源，采用引導(dǎo)裝載的方式，以降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本、縮短產(chǎn)品研制周期。
1 8bit EPROM引導(dǎo)裝載的特點(diǎn)和初始化
TMS320VC5402 Bootloader用于在芯片通電時(shí)將存儲(chǔ)于外部的用戶代碼傳輸?shù)絻?nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器，用戶代碼可存儲(chǔ)在外部速度較慢的非失憶性的存儲(chǔ)器內(nèi)，使C5402能外擴(kuò)普通低速的EPROM。經(jīng)引導(dǎo)后，用戶代碼可裝載到高速的片內(nèi)或片外RAM中執(zhí)行，以充分發(fā)揮C5402指令高速運(yùn)行的特點(diǎn)。
Bootloader能提供許多種引導(dǎo)方式以適配不同的系統(tǒng)設(shè)備，包括兩種并行總線方式、串口方式以及主機(jī)口方式（HPI），具有很強(qiáng)的系統(tǒng)靈活性。同時(shí)支持8位字節(jié)和16位字的模式。8bit EPROM并行引導(dǎo)是設(shè)計(jì)C5402 DSP系統(tǒng)最常用、最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)便的引導(dǎo)方式，用戶代碼可存儲(chǔ)在低速的EPROM外設(shè)中，其地址位于外部數(shù)據(jù)空間的4000h～FFFFh段，共48K。要實(shí)現(xiàn)EPROM并行引導(dǎo)至片內(nèi)RAM，C5402首先要進(jìn)行如下初始化設(shè)置：
（1）將芯片的MP/MC腳接地，使C5402工作在微計(jì)算機(jī)方式；
（2）設(shè)置寄存器PMST中OVLY=1，使片內(nèi)RAM0080h～3FFFh既映射在程序區(qū)，又映射在數(shù)據(jù)區(qū)；
（3）設(shè)置寄存器PMST中DROM=0，使F000h～FFFFh映射在外部數(shù)據(jù)區(qū)；
（4）程序和數(shù)據(jù)空間設(shè)置成7個(gè)等待狀態(tài)。
（2）、（3）、（4）項(xiàng)用C5402芯片掩摸ROM中的引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)。在C5402上電復(fù)位后，指令總是從FF80h處執(zhí)行，然后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到內(nèi)部引導(dǎo)程序入口地址F800h，判斷芯片MP/MC位，若為邏輯0，則執(zhí)行引導(dǎo)程序。
2 8bit EPROM引導(dǎo)裝載的實(shí)現(xiàn)
2.1 EPROM并行引導(dǎo)過(guò)程
為使C5402能有效地把外擴(kuò)EPROM中的程序引導(dǎo)到芯片內(nèi)RAM，需要編制一個(gè)引導(dǎo)表。引導(dǎo)表定位于數(shù)據(jù)空間的4000h～FFFFh段，引導(dǎo)表的內(nèi)容包含如下幾個(gè)方面：（1）引導(dǎo)方式的標(biāo)識(shí)；（2）程序存放的目標(biāo)首地址；（3）程序執(zhí)行的入口址址；（4）用戶程序代碼；（5）用戶程序塊長(zhǎng)度。
引導(dǎo)表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是通過(guò)執(zhí)行鏈接命令程序和Hex轉(zhuǎn)換公用命令程序形成的。在鏈接命令程序中分配了程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在Hex轉(zhuǎn)換公用命令程序中定義了引導(dǎo)方式、程序執(zhí)行的入口地址和外部EPROM的首地址。
片內(nèi)ROM的引導(dǎo)程序首先讀取I/O空間的FFFFh地址內(nèi)容（指定為4000h）作為引導(dǎo)表的起始地址，通過(guò)判別引導(dǎo)表起始地址內(nèi)的引導(dǎo)標(biāo)識(shí)來(lái)確定是8位并行還是16位并行引導(dǎo)方式。若引導(dǎo)標(biāo)識(shí)是10AAh，則是16位的并行引導(dǎo)方式；若引導(dǎo)標(biāo)識(shí)是08AAh，則是8位的并行引導(dǎo)方式。
當(dāng)從I/O空間FFFFh地址讀取不到有效的引導(dǎo)標(biāo)識(shí)時(shí)，片內(nèi)ROM的引導(dǎo)程序即讀取數(shù)據(jù)空間FFFFh的內(nèi)容作為引導(dǎo)表的起始地址。同樣通過(guò)判別引導(dǎo)表起始地址內(nèi)的引導(dǎo)標(biāo)識(shí)來(lái)確定是8位并行還是16位并行引導(dǎo)方式。當(dāng)EPROM數(shù)據(jù)位寬是8bit時(shí)，則要讀取數(shù)據(jù)空間FFFFh地址的內(nèi)容（低字節(jié)）和FFFEh地址的內(nèi)容（高字節(jié)）作為引導(dǎo)表的起始地址。
2.2 硬件實(shí)現(xiàn)電路
8bit EPROM引導(dǎo)裝載的實(shí)現(xiàn)電路如圖1所示。
圖中D3、D4器件為74AHC373，提供了C5402采集I/O端口地址FFFFh的數(shù)據(jù)，這里設(shè)置為4000h。EPROM選用27C512-60（64k），緩沖器74AHC244作電平變換用，EPROM的片選端和緩沖器的選通端同時(shí)接C
5402的數(shù)據(jù)選通信號(hào)MSTRB。當(dāng)程序引導(dǎo)完后，MSTRB為高，緩沖器74AHC244輸出為高阻，可以并掛在數(shù)據(jù)總線上。
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當(dāng)C5402讀取I/O端口地址FFFFh時(shí)，IOSTRB為低有效，同時(shí)地址線A15為高，經(jīng)反相與IOSTRB信號(hào)相“或”，以選通D3、D4器件，C5402即采集到引導(dǎo)表起始地址4000h。當(dāng)用戶不采用從I/O端口讀取引導(dǎo)表起始地址時(shí)，C5402將讀取數(shù)據(jù)文憑間FFFFh地址的內(nèi)容和FFFEh地址的內(nèi)容作為引導(dǎo)表的起始地址。在將程序代碼用編程器寫(xiě)入到EPROM時(shí)，將EPROM的FFFFh地址和FFFEh內(nèi)容寫(xiě)定為00和40即可。若使用低于64k的EPROM時(shí)，只要在EPROM的最高兩個(gè)地址寫(xiě)入00和40即可。例如，使用8K EPROM，而C5402的地址線只用到A0～A12，那么在EPROM的1FFFh和1FFEh地址寫(xiě)入00和40即可，并將Hex制轉(zhuǎn)換命令程序中的-bootorg 0x4000句修改為-bootorg 0x0000。
2.3 編制命令文件程序
（1）鏈接命令文件程序（文件名設(shè)為dsp5402lj.cmd）：
；dsp5402lj.cmd program
dsp5402.obj ;輸入?yún)R編后的文件名
-o dsp5402.out -m dsp5402.map ;設(shè)定輸出文件名
MEMORY ；內(nèi)部存儲(chǔ)器分配
{
PAGE 0：ROM：origin=0080h length=1000h
;程序引導(dǎo)后首地址和塊長(zhǎng)度
PAGE 1：RAM：origin=200h length=500h
;定義數(shù)據(jù)塊首地址和塊長(zhǎng)度
}
SECTIONS
{
.text:>ROM ;將text段定義的程序放入程序頁(yè)
.bss:>RAM ；將bss段定義的數(shù)據(jù)塊放入數(shù)據(jù)頁(yè)
}
（2）Hex制轉(zhuǎn)換命令程序（文件名設(shè)dsp5402h.cmd）：
；dsp5402h.cmd program
dsp5402.out ;輸入鏈接后的文件名
-o dsp5402.m1 ;定義輸出文件名和格式
-m1 ;輸入文件格式為Motrola-s1
-memwidth 8 ;定義8位EPROM
-romwidth 8 ;輸出文件是字節(jié)
-bbtorg 0x4000 ；外擴(kuò)EPROM存放代碼的首地址
-e 0x0080 ;定義引導(dǎo)后程序執(zhí)行的入口地址
SCTIONS {.text:BOOT}
2.4 創(chuàng)建并行引導(dǎo)表
為充分發(fā)揮C5402的引導(dǎo)特點(diǎn)，必須建立一個(gè)包含完整數(shù)據(jù)流的引導(dǎo)表。引導(dǎo)表通過(guò)Hex轉(zhuǎn)換應(yīng)用工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)執(zhí)行Hex轉(zhuǎn)換命令程序時(shí)，不同的引導(dǎo)方式和引導(dǎo)選項(xiàng)，建立的引導(dǎo)表內(nèi)容將所不同。引導(dǎo)表的建立包括如下三個(gè)步驟：
（1）匯編文件
用C5402匯編語(yǔ)言在文本形式下編程，執(zhí)行如下命令：
asm500.exe -1 -v548
程序?qū)⒈粎R編成后綴名為obj的目標(biāo)文件，命令中如文件名缺省，目標(biāo)文件名與匯編程序源文件名相同。
（2）鏈接文件
執(zhí)行命令：lnk500.exe dsp5402lj.cmd
dsp5402lj.cmd為鏈接命令文件名，由用戶編程確定用戶代碼裝載引導(dǎo)的入口地址、程序塊長(zhǎng)度以及程序段和數(shù)據(jù)段的分配。引導(dǎo)表內(nèi)數(shù)據(jù)的每一個(gè)塊同等于COFF文件的一個(gè)初始化段，初始化段包括：.text,.data,和.sect。未初始化段為：.bss和.usect。
（3）執(zhí)行Hex轉(zhuǎn)換公用命令程序
執(zhí)行命令：Hex500.exe dsp5402h.cmd
dsp5402h.cmd為Hex轉(zhuǎn)換命令文件名。對(duì)可執(zhí)行的COFF文件使用Hex轉(zhuǎn)換公用程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換后得到若干種標(biāo)準(zhǔn)的十六進(jìn)制格式文件。轉(zhuǎn)換后的十六進(jìn)制格式文件即是引導(dǎo)表的內(nèi)容，引導(dǎo)表包含并行引導(dǎo)的標(biāo)識(shí)、程序執(zhí)行的入口地址、程序存放的目的地址、用戶程序及用戶程序塊長(zhǎng)度。利用編程器可以將引導(dǎo)表的內(nèi)容寫(xiě)入EPROM，然后將EPROM插入C5402用戶系統(tǒng)中運(yùn)行。
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