基于CPCI總線的多片ADSP-TS201引導設計

摘 要：分析了ADI公司TigerSHARC系列數字信號處理器ADSP-TS201的引導方式，設計實現了基于該DSP處理器的某雷達信號處理機的自動引導方案。與其他加載方式相比，該引導方案采用CPCI總線向板卡傳輸引導代碼，進而通過鏈路口引導DSP自啟動，具有程序加載方便，調試修改靈活的特點。

關鍵詞：ADSP-TS201； 引導程序； CPCI總線； 鏈路口

中圖分類號：TN215-34 文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2011)17-0025-03

Method of Booting Multiprocessor ADSP-TS201 System Based on CPCI Bus

LI hai-qiang， QIU Zhao-kun

(School of Electric Science Engineering， NUDT， Changsha 410073， China)

Abstract： After analyzing the modes of the boot loader of TigerSHARC ADSP-TS201， a method of DSP boot loader ope-ration for a radar system is given. Comparing with other modes， this scheme adopts the method about that DSP code is transmitted from host PC to the board based on CPCI bus and DSP is boot by Link Port. The loading code is easy and the debugging is flexible by this way.

Keywords： ADSP-TS20; boot loader; CPCI bus; link port

0 引 言

數字信號處理器DSP是一種具有特殊結構的微處理器，它專門為實現數字信號處理的各種算法而設計，因而在硬件結構上具有特殊性。TS201是ADI公司TigerSHARC系列中集成了定點和浮點計算功能的高速DSP。該處理器廣泛應用于視頻、通信市場和國防軍事裝備中，適合于大數據量實時處理的應用領域。

TigerSHARC系列DSP引導程序的加載方法非常靈活，可根據實際系統的需求靈活選用。某雷達信號處理機采用6U板形，CPCI總線采用歐洲卡尺寸標準，通過CPCI總線與主機進行數據通信。針對該信號處理機硬件系統，本文提出一種引導方案，該方案采用CPCI總線向板卡傳輸引導代碼，進而依靠FPGA通過鏈路口引導DSP自啟動。

1 ADSP-TS201引導模式

DSP的引導就是在DSP系統復位的情況下從DSP外部存儲器裝載算法程序代碼的過程。TS201支持兩種引導模式：主引導(Master Boot)模式和從引導(Slave Boot)模式。

在主引導模式下，TS201作為主動方，用外部口輸出地址，讀引導方式選擇(BMS)等控制信號，從EPROM或FLASH中加載代碼。在從引導模式下，TS201作為被動方，不向外部輸出控制信號，外部主機或其他設備向TS201的主機或鏈路口傳送要加載的代碼，TS201僅啟動若干DMA通道，并執行第一個DMA所接收的加載核［1］。

另外，TS201還可以選擇一種“非引導”模式，或利用TS201的(仿真器)USB-ICE加載程序，這種方式可直接將程序加載到TS201內部的RAM或外部的RAM中，DSP直接從RAM中運行程序，常用于DSP的調試過程［1］。

通過對TS201的BMS引腳的設置，可將DSP的引導過程設置成主引導模式或從引導模式。在DSP復位期間，如果BMS引腳為低電平，則選擇主引導模式，DSP從外部EPROM或FLASH中加載程序；若BMS引腳為高電平，則進入從引導模式，DSP為空閑狀態，等待主機或鏈路口加載程序。兩種引導模式都有相同的加載過程，具體步驟如下：

(1) TS201自動啟動一個DMA，自動把256個字(32位)傳送到內部存儲器的地址0x00~0xFF。

(2) TS201執行上述256個字的指令(加載核)，加載核啟動其他DMA，把后續指令和數據加載到內部和/或外部存儲器中。

(3) 加載核自我覆蓋，執行DSP算法程序。

本系統引導方案采用從引導模式，通過CPCI總線將代碼從主機傳至FPGA中，再利用FPGA經過鏈路口啟動DSP。

2 某雷達信號處理機的引導設計方案

基于某雷達信號處理機硬件處理平臺，采用如圖1所示的多DSP引導設計方案。

4片DSP的算法程序代碼(.LDR文件)通過上位機軟件傳輸到FPGA中，FPGA通過與DSPA的鏈路口給DSPA加載程序。DSPA加載成功后，分別引導DSPB，DSPC，DSPD啟動。

采用這種方式加載DSP的優點：調試DSP時可以不使用JTAG仿真器；同時當DSP自啟動時，可以不采用FLASH或E2PROM存放程序代碼，對于DSP程序的大小沒有限制，也節約了電路板的空間及其硬件設計復雜度。

采用這種方式加載DSP的難點：CPCI總線與FPGA數據傳輸無誤及FPGA與TS201鏈路口通信，這兩個難點在實際工程中都已經解決。CPCI總線與FPGA接口可以采用PLX9656芯片完成數據傳輸，所以這種加載模式的設計是可行的。

2.1 自動引導程序設計思路

為了設計加載(自動引導)程序，首先必須了解ADSP-TS201的軟件設計流程，其流程圖如圖2所示。

其中，鏈接描述文件(.LDF)定義了整個系統的存儲器配置和程序中數據及代碼的具體存放位置。加載核文件(.DEX)是指加載引導核程序，其功能是將用戶工程所編譯成功的可執行文件(.DXE)合成一個鏈路口加載方式的輸出文件(.LDR)。該加載輸出文件用來定義加載過程中TS201的內部和外部存儲器如何被初始化［2］。

在VisualDSP++安裝目錄的ldr子目錄下，ADI公司提供了標準加載核文件和相應的源程序(.ASM)和鏈接描述文件。一般可直接使用提供的標準加載核文件或對其相應的源程序進行簡單修改，重新編譯鏈接生成的加載核文件。加載文件是由引導加載器(elfloader)將可執行文件進行一定的格式變化，并在起始位置附加上加載核文件生成的［3］。

由于TS201有三種引導方式(不考慮非引導模式)，ADI公司相應地提供了三種不同的加載和文件，分別為：TS201_prom.dxe，TS201_link.dxe，TS201_host.dxe。三個程序的核心思想和功能完全一致，只是由于使用的加載端口和方式不同，在具體代碼實現上稍有差異。由于本系統采用鏈路口啟動，同時對于DSPA，DSPB，DSPC，DSPD都采用不同的鏈路口啟動，因此采用鏈路口加載核文件，需要對加載核文件稍作修改，滿足不用鏈路口啟動的需求［3］。

2.2 本信號處理機的復位引導設計流程

如圖1所示，4片DSP要運行的程序最終通過上位機讀取后，通過CPCI總線傳至FPGA，4片DSP為鏈路口引導模式。DSP復位后，DSPA從FPGA加載程序，DSPA加載完成后，再分別通過鏈路口加載DSPB，DSPC，DSPD。加載完成后，4片DSP正常執行各自的程序。

結合以上各部分的分析，可以看出要實現該信號處理機中4片DSP的正確引導，所需的工作由以下幾步組成:

(1) 由DSPB要執行的程序(DSPB.dxe)，結合鏈路口的加載核程序生成DSPB的加載文件(DSPB_bin.ldr)。需要注意的是，該鏈路口加載核程序不能直接使用提供的標準鏈路口加載程序，必須將提供的鏈路口加載核文件(TS201_link.asm)中的LINK常數改為1(#define LINK 1)，即DSPB由鏈路口1引導。

(2) 與(1)類似，生成DSPC的加載文件(DSPC_bin.ldr)，只是需要把鏈路口加載核文件(TS201_link.asm)中的LINK常數改為2(#define LINK 2)，即DSPC由鏈路口2引導。同樣DSPD由鏈路口2加載，同樣生成DSPD的加載文件(DSPD_bin.ldr)。

(3) 由于DSPA要通過鏈路口來對DSPB，DSPC，DSPD進行程序引導，所以在進行DSPA編程時，需要在程序的最開始添加給后面所有ADSP-TS201的引導程序。而每片ADSP-TS201的程序都由引導碼和用戶程序構成，所以在DSPA給其余DSP傳輸程序時將傳輸完整.ldr文件的數據。

DSPA程序流程圖如圖3所示。

(1) DSPA關閉所有中斷，所有鏈路口和所有DMA通道，進行初始化；

(2) 開啟鏈路口3，2，1，0，設置鏈路口3接收中斷，鏈路口2，1，0發送中斷；

(3) 設置鏈路口3通過DMA模式接收128 b數據；

(4) 判斷目前加載的DSP，設置相應的鏈路口，發送接收到的128 b數據；

(5) 判斷DSPB，DSPC，DSPD是否加載完成，否則繼續通過鏈路口3接收數據，直到DSP都加載完成；

(6) 加載完成后，DSPA運行自身DSP程序。

3 系統測試結果

上述引導設計在某雷達信號處理機中得到驗證，通過上位機軟件，能靈活地加載引導代碼，使得調試更加便捷。測試上位機軟件如圖4所示。

修改雷達系統的數字信號處理算法，成功地將算法代碼加載到信號處理機中，從而驗證引導設計方案正確可行。

4 結 語

本文以某雷達信號處理機為平臺，設計實現了基于CPCI總線的鏈路口多DSP引導方案，介紹了軟件設計流程及引導方案思想，最后成功驗證了本引導方案的正確性和可行性。本引導方案不使用FLASH或E2PROM存放代碼，使多DSP的軟件編寫更加靈活，調試更加方便，同時使得硬件電路設計更加簡潔。

參 考 文 獻

［1］ 潘偉，于寧.TS201S型DSP引導程序加載方法研究［J］.電子設計工程，2005(12):14-17.

［2］申軍建，張勛，卓智海.ADSP-TS101S的自動引導方式分析與設計實現［J］.電子設計應用，2005(5):65-67.

［3］劉書明，羅勇江，ADSP TS20XS系列DSP原理與應用設計［M］.北京:電子工業出版社，2007

［4］PLX Technology Inc. PCI 9656BA data book [M]. [S.l.]: PLX Technology Inc.， 2003.

［5］PLX Technology Inc. PCI SDK software development kit [M]. [S.l.]: PLX Technology Inc.， 2003.

［6］Analog Devices Inc. ADSP-TS201 TigerSHARC processor hardware reference [M]. [S.l.]: Analog Devices Inc.， 2004.

［7］Xilinx Inc. XAPP635 Interfacing Virtex-II series FPGAs with analog devices TigerSHARC TS20x DSPs via LVDS link ports [M]. [S.l.]: Xilinx Inc.， 2005.

作者簡介：

李海強 男，1986年出生，重慶人，在讀碩士。主要研究方向為信號處理。