基于TMS320C6000 DSP及DSP／BIOS系统的Flash引导自启动设计

摘要：随着信息技术的发展，DSP在现代电子系统设计中得到了广泛的应用，并且DSP的FLASH自启动在DSP的系统设计中也占有重要的地位，DSP／BIOS是TI推出的嵌入式实时操作系统。
关键词：TMS320C6713；引导启动；DSP／BIOS实时操作系统

    FLASH是非易失的重复可读写存储器，其读写速度较慢，常用来存储系统设计的程序，微处理器通过一定的方式将FLASH中的程序读取到处器内部运行，而TI公司的C6000系列的DSP内部没有FLASH，故DSP的程序需要烧到外部的FLASH中，在上电后，DSP会通过二次引导将程序从外部的FLASH读取到DSP内部RAM或SDRAM中，高速执行。TI的C6000 DSP支持3种引导模式：主机引导、仿真引导及EMIF引导，其中最常用的是EMIF引导(即片上BootLoader引导)。在此引导模式下，位于外部存储空间CE1的FLASH中的1kB代码通过EDMA被拷贝到片内RAM地址0处。然而，大多数的DSP程序并不仅限于1 kB代码，因此需要开发用户引导程序将片上BootLoader没有拷贝的代码拷贝到DSP的片内RAM。此用户引导程序即称为二级BootLoader。由于DSP／BIOS操作系统的广泛应用，当使用DSP／BIOS时，需要将系统和BootLoader很好的结合起来，实现DSP／  BIOS系统的自启动。

1 DSP自启动系统的设计
    在TMS320C6713上电之后，系统会自动根据外部配置，从EMIF的CE1的存储空间搬取1 kB代码，这些代码别搬到DSP的内部RAM地址0处执行，这1KB的代码就应该存放DSP的BootLoader启动代码。它只是一个拷贝程序，只负责将FLASH中的应用程序代码复制到DSP内部RAM或者SDR AM中，以便执行。BootLoader代码应该存放在DSP内部RAM的开始1 kB中，应用程序代码紧跟这1 kB的启动代码之后，而且BootLoader代码应该和应用程序代码一起烧写到FLASH中，BootLoader代码应该同样处于FIASH的前1 kB空问中。DSP上电复位之后，首先以默认时序从FLASH中读取前1 kB的BootLoader代码到DSP内部RAM中，然后从地址0处执行BootLoader代码，将应用程序代码从FLASH中读取到内部RAM或SDRAM中，当拷贝完应用程序代码后，DSP跳到c_int00()复位中断去执行，执行应用程序，从而完成了整个DSP的FLASH引导自启动。
    对程序代码的FLASH烧写用一另外的烧写工程进行，该烧写工程要根据芯片手册编写对FLASH的擦除和编程函数，将程序代码烧写到FIASH中。由于同时要将两个工程通过硬件仿真器Load至DSP内部或SDRAM，故需要修改烧写工程的CMD文件，使其各种段不和含有BootLoader代码的用户工程相互冲突，否则无法实现FLASH的自启动。

2 DSP／BIOS嵌入式实时操作系统介绍及其引导设计
    TI推出的一系列的DSP，其性能不断提高，C6000系列的最高运行时钟和运算能力可以达到8800MIPS。如何充分发挥DSP的这种性能优势，对软件就提出了很高的要求。首先为了降低系统成本，提高系统性能，就要求DSP硬件实现的功能软件化，其次为了产品的维护和升级，要求软件尽可能地模块化，使用高语言如C来编程，有统一的接口API。所有这些新的要求，都需要使用实时操作系统。实时操作系统与一般意义上的操作系统(如Windows，Unix等)的主要差别就在于实时操作系统提供了一种机制，使得运行于其上的应用程序都能够满足实时性的要求。
    引导一个DSP／BIOS应用系统的过程可以分为以下几步，引导流程如图1：

    1．引导时的DSP／BIOS的存储器的配置
    2．构建自己的DSP／BIOS系统应用
    3．编写BootLoader引导代码
    4．把应用程序烧写到FLASH中
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3 硬件设计
    TMS320C6713与FLASH存储芯片AM29LV800B的连接是通过DSP的外部存储器接口EMIF。EMIF可以和各种存储器无缝连接，并实现很高的数据吞吐能力。C6713的EMIF工作时钟最高可达100MHz。外部FLASH引导时由DSP的CE1空间引导的，将FLASH的地址映射到DSP的0x90000000地址处，硬件上需要将DSP的CE1和FLASH的片选相连接，同时地址总线和数据总线连接，以及控制信号AOE、AWE相连接，FLASH工作在16位模式。同时程序可能需要存储大量的数据，这就需要在DSP上连接SDRAM。将SDRAM连接在DSP的EMIF接口的CE0空间，SDRAM被映射到DSP的0x80000000地址处，DSP通过访问不同的访问空间来访问不同的外设。只要配置好C6713的EMIF接口寄存器，就可以正常访问FLASH和SDRAM了。系统用到的SDRAM型号为MT48LC2M32BTG。
    系统的硬件原理图如图2所示。

4 软件设计
4．1 BootLoader引导程序设计
    C6713在上电复位的时候，会根据外部引脚HD4、HD3的状态以默认的时序从外部读取1 kB的代码到DSP内部RAM，而大部分的程序都会超过1 kB，因此这DSP自动读取的1 kB代码被设计成BootLoader引导程序，读取应用程序代码到DSP内，读取完应用程序代码后跳转到主函数处执行。
    TI给出的参考文档中列出了汇编语言写的引导代码，汇编代码晦涩难懂，因此我们给出自己编写的C与语言引导代码，如下：
   
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    DSP／BIOS会根据配置自动生成CMD文件，指明各个段的存放位置，上述代码自定义的boot段，应位于DSP内部的地址0-0x3FF处，烧写FLASH时，将其烧写到FLASH的地址0-0x3FF空间中。其中的IRAM CODE SIZE和SDRAM CODE SIZE宏，表明程序在DSP内部RAM和SDRAM中的程序大小，可由CCS编译产生的map文件中得到。在启动的时候，BootLoader代码就会首先被加载DSP内部并运行，读取应用程序到DSP和SDRAM内部，并跳转到主函数处执行，调度DSP／BIOS的运行。
    部分CMD文件如下：
   
4．2 FLASH烧写工程程序设计
    用户的含有BootLoader代码的应用程序编写完成，并编译、调试无误后，会生成out文件，将其烧写到FLASH中就可实现FLASH的自动引
导。烧写的方法也多种多样，有经过转换成bin文件的、有用FlashBurn工具烧写的、FLASH编程器实现的，我们采用自己编写烧写代码的方式
实现。
    烧写工程基本要实现的就是对FLASH的擦除和编程，这些子函数的编写参照芯片手册并配合正确的时序都可以正确的实现，这里主要讲述如何应用子函数烧写用户应用程序。
    由于同时要将两个不同的工程装载到系统中，因此两个工程的各种段是不能交叉的，对称对于烧写工程的cmd文件可如下编写，将其放在DSP内部RAM的最后部分：
    MEMORY
    {
    FLASH：origin=0x90000000,len=0x100000
    SRAM：origin=0x0002D000,len=0x3000
    }
    SRAM指明了烧写工程的所有代码和端要放在DSP内部RAM从0x0002D000开始，并占据0x3000的长度，这主要就是为了避免和用户应用程序存放空间相互冲突，这点可以根据实际情况进行调整。
    烧写工程要将之前通过仿真器下载到DSP或者SDRAM中的程序和数据烧写到FLASH中，部分代码如下：
   
   

5 结束语
    在电子信心技术日益发展的今天，DSP以及TI针对其DSP推出的DSP／BIOS系统越来越广泛的得到应用，通过外部FLASH对DSP进行稳定可靠的引导启动也显得尤为重要。本文设计的DSP自引导系统在实际工程中得到了验证，可以稳定的实现DSP／BIOS系统的引导，对于不同的应用工程，只需根据map文件修改简单的参数即可，而且对于非DSP／BIOS系统的裸机程序也可用该方法引导。