I2C总线实现TMS320VC5509A引导装载设计

作者：向展 裴昌幸等
1 引言
DSP芯片的Bootloader程序用于上电时将用户程序从外部非易失性、慢速存储器或外部控制器中装载到片内高速RAM中，保证用户程序在DSP内部高速运行，TI公司的C55x系列DSP芯片提供多种装载模式，主要包括HPI引导装载、串行E2ROM引导装载、并行引导装载、串行口引导装载、I2C总线E2ROM引导装载等，通常使用的是并行引导装载模式，该方式引导速度快实现简单，但是体积和功耗也较大，随着串行接口存储设备容量的提高，串行引导方式体积小、功耗低的优势便显现出来了，所以使用ARM的串行接口对DSP进行引导装载，不仅能省去存储芯片，而且利用ARM的ISP功能，可以根据需要改变用户程序，有利于系统的维护和升级。
本文以TMS320VC5509A芯片引导装载为例，详细介绍了利用ARM通过I2C串行引导方式来实现程序的引导装载，其他引导过程可参考相关技术资料[1]。
TMS320VC5509A是TI公司一款16位定点低功耗DSP芯片，其指令周期最快为5ns，片内拥有128×16k高速RAM，性价比很高，被广泛用于嵌入式手持设备、通信、数据采集等领域。
TI公司的DSP芯片出厂时，在片内ROM中固化有引导装载程序（Bootloader），其主要功能就是将外部的程序装载到片内RAM中运行，以提高系统的运行速度，C55x系列DSP其Bootloader程序位于片内ROM空间的0xFF0000-0xFF8000处，进入Bootloader程序后，程序先对DSP进行初始化，配置DSP的堆栈寄存器、中断寄存器和DSP状态寄存器，保证在引导装载用户程序时不会被中断，从而引导程序加载失败。
由于DSP可以通过自举表对寄存器进行修改，需要注意在Bootloader程序运行时，尽量不要修改Bootloader程序配置过的中断控制寄存器，否则会导致不可预料的后果。
2.1 I2C引导模式硬件连接
为了通过I2C总线来实现对DSP引导装载，通常情况是选择具有I2C总线接口的E2ROM，电路框图如图1所示，其中GPIO0-GPIO3是用来选择Bootloader引导模式，当DSP复位后对这4个管脚电平采样，根据不同的组合进入到对应的Bootloader程序，表1列出了GPIO0-GPIO3的管脚不同状态的组合以及对应的Bootloader引导方式。SDL和SDA分别为I2C的时钟和数据线，其上拉电阻的大小取决于所连接I2C设备的多少[2]。;


如果通过I2C总线对DSP实现引导装载，对存储数据的I2C设备有如果几点要求：
;
（1）该设备首先必须兼容Philips的I2C总线规范V2.1，工作在从设备模式，并且其从设备地址为0x50。
（2）设备内部使用两个字节寻址，即在接收到主机写命令后，其后接收到的数据是16位的地址数据。
（3）对设备读取时，相关设备必须支持自动寻址增量，即每读一次，其内部地址指针自增1，保证程序按顺序读出。
常用的I2C接口E2ROM有ST公司的M24系列及Philips的PCF85系列的E2ROM，根据程序大小选择相应的芯片，需要注意的是I2C引导模式最多支持64kB的数据。
在I2C引导模式运行时，DSP作为主设备来控制I2C总线的时钟，对于DSP来说，SCL必须满足根据方程（1）所得到的速率，而I2C引导模式支持的最高时钟速率为400kHz，所以如果想利用I2C引导模式，DSP上电时输入时钟就不能大于12MHz。
SCL（高）=SCL（低）
;=15×（DSP输入时钟周期） （1）
2.2 I2C引导模式数据存储方式
为了能正确地将数据从外部存储器搬移至DSP内部，用户程序需要将数据按照一定格式存储在E2ROM中，按照这些格式存储的数据便是自举表（Boot table），自举表是Bootloader程序能正常运行的保证，只有将数据按照自举表的要求存储，用户程序才能被搬移到DSP内部正常运行，在自举表中除了用户数据外还需要一些Bootloader控制数据，如程序入口地址（entry point address）、寄存器配置（register configurations）和可编程延迟（programmable delay）等，自举表的结构如图2所示。


其中程序入口地址在将用户程序搬移至DSP内部后，用户程序从该地址处开始运行，通常情况是中断向量表的reset处，在Bootloader搬移数据之前，如果需要可以改变某些寄存器的值，如DSP的clock配置寄存器、EMIF配置等，通过自举表配置这些寄存器后，需要一定时间才能正常工作，否则会导致引导程序失败。延迟计数器是让Bootloader推迟相应的CPU周期再进行数据搬移，确保引导程序正常工作，由于DSP是采用分段格式来组织数据的，如代码段、数据段和用户自定义数据段等，所以生成的自举表也是按照对应格式来建立的分段存储，这样有利于程序维护，实现模块化设计。
在自举表的最后