DSP 的IC 引导装载方法的研究与实现

DSP 芯片的片上引导装载程序（Bootloader） 用于在系统上电时将用户程序从外部非易失性慢速存储器（如FLASH 等）或外部控制器（如ARM 等） 中装载到片内或者片外的高速存储器中高速运行[1]。DSP 芯片一般都提供多种引导装载模式，如Host 引导装载、EMIF 引导装载、I2C 引导装载、Serial RapidIO 引导装载等。相比其它几种模式而言，I2C 引导装载具有体积小、功耗低、连接简单等优点。本文以TI 公司的DSP 芯片TMS320C6455[2]（以下简称C6455）为例，详细介绍了I2C 引导装载模式的实现步骤，并构建了一个小系统验证引导装载的实现过程。1 C6455 的引导装载模式介绍

C6455 的引导装载模式由引导模式管脚BOOTMODE[3:0]决定。在DSP 复位时上述四个管脚的不同状态对应着不同的引导装载模式，具体如表1 所示。

对于主I2C 引导装载模式，DSP 作为I2C 总线上的主设备，在复位后引导装载程序会按照引导表的参数从外部I2C EEPROM 或者其它I2C 总线从设备读取数据到相应的目的地址完成引导过程。引导表指定了数据的目的地址和长度。

从I2C 引导装载与主I2C 引导装载类似，只是DSP 在复位后等待外部I2C 总线主设备按照引导表的参数将数据写入指定的地址。对于多DSP 的情况，可以用一个DSP 作为主设备，其它DSP 工作于从I2C 引导装载模式下。

本文使用主I2C 引导装载模式，构建的验证系统连接方式如图1 所示，使用的EEPROM 型号是Atmel 公司的AT24C1024B[3]。为了保证系统能够稳定的工作，SCL 和SDA 信号都需要接上拉电阻。

图 1 C6455 和EEPROM 的连接方式

为了直观地验证引导装载的结果，我们使用一个简单的DSP 程序，通过C6455 的通用输入输出管脚GPIO2 不断输出高低交替的信号驱动一个发光二极管闪烁，相应的DSP 程序代码如下：

main()

{

initial(); // 初始化DSP

for(;;) GPIO2_toggle（）；//GPIO2 高低变化

}

2 I2C 引导装载的流程[4]

如果在DSP 的复位过程中选择了主I2C 引导装载，也就是引导模式管脚BOOTMODE[3:0]配置为0101，那么DSP 的引导装载程序首先从外部I2C EEPROM 中读取128 个字节的引导参数。引导参数在EEPROM 中的起始偏移地址可由DSP 的配置管脚CFGGP[2:0]设定，即偏移地址为0x80×CFGGP[2:0]，本文中CFGGP[2:0]是000 ，也就是引导参数的起始位置在EEPROM 的地址0 处。

引导装载程序根据读到的引导参数判断下一步该如何进行装载。引导参数表的主要内容如表2 所示，每一个参数占用两个字节，表中仅列出了主要的几个参数的定义。

Length 项指定了引导参数表的数据长度，固定为26 个字节。Checksum 项是所有26 个字节的校验和，如果是全0 表示不需要校验。Boot mode 项选择引导模式，本例中是0101， 主I2C 引导模式。[!--empirenews.page--]

如果引导参数表中的Option 选项为00， 表示在LSW 项中指定的地址是另外一个引导参数表的起始地址。如果Option 选项是01，那么LSW 项中指定的地址是引导表（也就是实际的DSP 程序）的起始地址；如果 Option 选项为10，那么LSW 项中指定的地址是引导配置表的起始地址。

引导装载程序在读取了引导参数后将热启动DSP， 然后根据读到的参数进行相应的操作。如果Option 选项指定下一步要装入的是引导配置表，那么引导装载程序会根据引导配置表中的内容配置相应的寄存器等，同时引导参数中的LSW 项和Option 项也会被更新。然后引导装载程序热启动DSP，根据更新后的LSW 项和Option 项进行下一步的引导配置或者引导参数设置。

如果Option 选项指定下一步要装入的是引导表，那么引导装载程序会根据引导表中的设置从EEPROM 中读取一定长度的数据到指定地址，然后DSP 跳转到程序的入口地址处（一般就是_c_int00 ）开始执行。

LSW 项指定下一步需要装载的引导配置表或者引导表的起始地址，Next LSW 项则是在Option 项为10 时指定引导配置完成后下一个引导参数表的起始地址。

2．1 引导配置表的设置

为了在程序引导装载之前初始化一些必须的参数，需要用到引导配置表。例如在引导装载程序要把代码装载到DDR 存储器中执行的时候，就需要在引导装载之前配置一些DDR 的控制寄存器。

配置每一个寄存器（或者写一个存储器地址）需要3 个字（32bit） 的配置过程。第一个字指定了需要配置的寄存器的地址，第二个字指定了该寄存器中需要设置为1 的位，第三个字节指定了该寄存器中需要设置为0 的位。如果第二个字和第三个字有某些数据位同时有效，那么对应的数据位数据翻转。如果第二个字和第三个字同时为0，那么程序跳转到第一个字指定的地址执行。如果三个字全部为0，那么引导配置结束，表3 举出几个例子详细说明上述配置的过程。

可以看出，虽然引导配置表一般只是在引导装载之前配置一些寄存器，但是对于一些很简短的程序，也可以使用引导配置表将程序直接装载到内部存储器中去运行。

在引导配置完成后就需要将引导表（也就是真正需要在DSP 中运行的用户程序）装载到指定地址。

2．2 引导表的生成

引导表包括DSP 程序的代码段、数据段、以及其它一些程序信息，如程序入口地址等。引导表可以根据COFF 文件格式由用户从CCS 工程文件（即*.out 文件）中提取，不过使用TI 提供的转换工具hex6x 更为方便。使用hex6x 生成引导表时需要设置一些参数，这些参数可以用配置文件的形式提供给hex6x 使用[5]，一个典型的配置文件如下所示（本例中的配置文件名为led.cmd）：

led.out ; 需要转换的文件-boot ; 生成引导表-a; ASCII 格式文件-e _c_int00 ; 程序入口-order L ; 小端模式-memwidth 32 ; 存储器数据宽度-romwidth 32 ; ROM 数据宽度-o led.hex ; 输出文件在DOS 的命令行输入hex6x led.cmd↙ ，就可以生成引导表文件led.hex， 实际的数据结构转换如图所示，可以看出，为了能够正确的进行程序的引导装载，引导表中加入了一些代码的长度、地址等信息。

不过这个引导表文件并不能直接写入EEPROM 中，还需要进一步的格式转换。

2．3 EEPROM 映像文件的生成

写入EEPROM 的映像文件由一个或者多个引导参数表、若干个引导配置表和一个引导表组成。引导表的数据按照包的形式存放，每一个数据包由数据长度、校验和以及程序数据组成，数据包的长度不能超过128 字节。把hex6x 生成的led.hex 文件分割成128 字节的数据包的过程可以使用TI 公司提供的相关工具软件来完成，也可以由用户根据上述格式进行转换。由引导参数表、引导配置表和引导表合成映像文件的过程也可以使用TI 公司提供的相关工具软件来完成。本文中使用的映像文件由一个引导参数表、一个引导配置表和一个引导表组成，在EEPROM 的存放位置如图3 所示。

3 测试结果及小结

使用编程器或者直接使用TI 公司的CCS 软件可以把上面生成的映像文件写入EEPROM。为了验证引导装载过程是否能够正确完成，可以给验证系统重新上电，看到发光二极管闪烁，说明引导装载成功。

创新观点:

本文提出的通过I2C 存储器实现TMS320C6455 的引导装载的方法能够简化系统的设计，缩短系统的开发时间。同时可以推广到TI 公司其它系列的DSP 芯片，具有广泛的应用价值。