TMS320VC54x系列DSP的用戶Bootloader設計

張小莉

(海軍計算技術研究所，北京100841)

TMS320VC54x系列DSP上電時，需要通過掩膜在DSP片上ROM的Bootloader（自舉）程序完成對用戶應用程序的加載過程，即DSP上電后自動將固化在Flash中的應用程序讀入到DSP的片上RAM或片外RAM映射成的存儲區間的一個過程[1]。由于片上Bootloader程序在外擴Flash并行自舉方式下,用戶應用程序可執行代碼長度不能超過32 KB,所以在實際應用中常常會遇到可執行代碼超過32 KB的問題。因此，用戶必須設計自己的Bootloader程序,通過二次自舉的方法完成對應用程序的自舉。

1 TMS320VC54x系列DSP的自舉

1.1 自舉方式

TI公司的TMS320VC54x系列DSP所提供的自舉功能非常強大，它支持多種自舉方式，可以滿足用戶多種不同的需求。

這些方式包括串行口（標準串口、時分串口、緩沖串口）輸入方式、并行口輸入方式、HPI口輸入方式、I/O口等方式。此外，按照數據進入DSP時的字長又分為8 bit方式和 16 bit方式[2]8-11。

1.2 自舉過程

當MP/MC=0時，TMS320C54x被置于微計算機模式。上電或復位時，程序指針指向片內ROM區的0xff80單元。該單元放置了一條跳轉指令，使程序跳轉到0xf800單元，而0xf800單元的內容就是Bootloader引導程序的起始地址。Bootloader將存放在外部Flash中的應用程序搬移到DSP內部或外部的RAM區，搬移完成后跳轉到該程序的入口處執行。存放在外部Flash的用戶程序與一些必要的引導信號組合在一起稱為自舉表。自舉表內容不僅包括了欲加載的各段代碼，而且包括各段代碼長度、各代碼段存放的目標地址、程序入口地址等信息。TMS320VC54x系列DSP的自舉表結構[3]如表1所示。

2 用戶Bootloader設計

2.1 外擴Flash并行自舉的局限性及解決方法

采用外擴Flash的16 bit并行自舉是一種比較方便的使用方式。由于TMS320VC54x DSP系列CPU的數據空間只有 64 KB，其中低端 32 KB(地址從 0000h-7fffh)映射到內部，映射到外部數據空間的只有高端32 KB（地址從8000h-ffffh）。TI掩膜自舉程序的處理方式是僅在這32 KB空間內進行尋址搬移[4]。如果用戶應用程序超過了32 KB，則無法完成自舉過程。

表1 自舉表結構示意表

文中設計的TMS320VC5410A目標平臺采用的Flash為 39VF800，存儲容量 512 KB×16 bit，用來存儲超過 32 KB的用戶主程序。由于TI的5410 ADSP的外部數據空間只有 32 KB（地址從 8000h-ffffh）。因此，將 Flash分為16頁，每頁32 KB，重用8000h-ffffh地址空間。頁編號從0開始，在訪問Flash時需要先指定頁號，然后讀取數據。將用戶自舉程序放在Flash上電默認頁 (即第0頁)的最后2 KB，因此需要在Flash的第0頁的ffffh位置寫上F800h。用戶自舉程序從F800h開始連續存放。fffdh中存放主程序常用區起始頁，供Bootloader程序尋址，Flash資源分配示意如表2所示。

表2 Flash資源分配表

2.2 二次自舉

所謂二次自舉是指上電時CPU片上自舉程序首先將用戶的自舉程序搬移到片內RAM中運行,用戶自舉程序取得控制權后，再將用戶的應用程序自舉到RAM中運行。由于用戶自舉程序是自己編制的，在需要時可以控制Flash換頁，因此也就突破了32 KB的限制。

2.3 可自舉文件的生成

用戶的自舉過程完全仿照TI的處理方法，只是增加了處理超過32KB時的尋址切換問題。首先,利用CCS5000的集成開發環境編寫調試自舉程序和應用程序，并生成 .out文件[5]。然后利用TI公司提供的Hex轉換工具Hex500.exe程序將.out文件轉換為ASCII碼文件，生成的ASCII碼文件是一個嚴格按照自舉表格式排列的可執行代碼。同時生成的還有該文件的MAP文件，可以從MAP表中找到程序的入口地址[2]352-380,用戶需將ASCII碼文件進一步轉換為二進制文件，最后，將二進制的用戶自舉程序和用戶主程序分別燒寫到Flash中相應的位置（如表1所示）即可。

可以利用編程器對Flash進行燒寫。此外,CCS5000的集成開發環境提供了豐富的BIOS函數,使得文件讀寫變得極為方便。用戶也可以自己編寫Flash的文件燒結程序，并通過仿真器將用戶程序燒制到Flash中。

2.4 用戶Bootloader實現

圖1 自舉程序設計流程圖

如圖1所示，用戶的自舉程序需要完成CPU初始化、自舉表格式實現、Flash讀寫操作、Flash分頁切換等工作。當地址增加由0xffffh變為0x0000h時,則表明地址溢出,需要換頁。自舉程序從數據空間讀取用戶主程序數據寫入到程序空間，搬移完畢后，用戶自舉程序將控制權交給用戶主程序，從而完成自舉過程。

TMS320VC54x系列DSP具有低功耗、高速度和多總線結構，在嵌入式開發中具有廣泛的應用。本文介紹的二次自舉方法,可以很好地解決用戶程序代碼超過32 KB的問題，這種方法具有較好的通用性和實用性，對DSP的技術開發人員有一定的參考啟發。

[1]張勇,陳天麒.C/C++語言硬件程序設計——基于TMS320VC54x系列DSP[M].西安：西安電子科技大學出版社,2003:205-207.

[2]劉益成.TMS320VC54x DSP應用程序設計與開發[M].北京：北京航空航天大學出版社,2002.

[3]自動化在線.TMS320VC54x DSP在線燒寫Flash存儲器并實現自舉引導的方法[J/OL].(2009-4-21)[2011-11-25].http://www.autooo.net/classid124-id45154.html.

[4]鄭紅，吳冠.TMS320VC54x DSP應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[5]尹勇，歐光軍，關榮鋒.DSP集成開發環境 CCS開發指南[M].北京：北京航空航天大學出版社，2003.