一種TI的C66X的快速啟動(dòng)方法

潘慕晗　劉云　武漢數(shù)字工程研究所第二研究室　430074

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一種TI的C66X的快速啟動(dòng)方法

潘慕晗劉云武漢數(shù)字工程研究所第二研究室430074

【文章摘要】

隨著DSP應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，其架構(gòu)和規(guī)模不斷擴(kuò)大，DSP系統(tǒng)的啟動(dòng)方式也逐步向多元化和自動(dòng)化發(fā)展。本文介紹C66X啟動(dòng)的過程并分析NOR FLASH啟動(dòng)的原理。通過對(duì)二級(jí)引導(dǎo)中的交互程序進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了DSP的快速啟動(dòng)以及具有較好交互性的操作界面。

【關(guān)鍵詞】

C66X；NOR FLASH啟動(dòng)；bootloader；交互

【Abstarct】

As DSP develops to the 21st century, its architecture and scale has changed a lot. Boot Method is also progressing towards the development of diversified automation point of view. Introduce the process of C66X-boot, Analyze the advantage of NOR-FLASH-Boot. Design the user interface program in the 2ndbootloader.Readlize the flexible quick-boot, and a better interface environment.

【Keyword】

C66X; NOR-FLASH-Boot; bootloader; interactive

0　引言

自2010年TI公司推出keystone C66X系列的DSP之后，關(guān)于該系列DSP的啟動(dòng)方式也成為技術(shù)難點(diǎn)之一。C66X系列DSP板提供了多種方式啟動(dòng)：本地的或者遠(yuǎn)程的，基于ROM的或基于flash的。總結(jié)一下，共有以下7種：EMIF16啟動(dòng)、SRIO啟動(dòng)、以太網(wǎng)啟動(dòng)、PCI-e啟動(dòng)、I2C啟動(dòng)、SPI啟動(dòng)以及Hyper-Link啟動(dòng)。

對(duì)于本地啟動(dòng)，一般使用I2C模式啟動(dòng)，由于啟動(dòng)的代碼存放在EEPROM上，讀取速度慢，導(dǎo)致啟動(dòng)速度較慢，耗時(shí)2-3秒。同時(shí)I2C啟動(dòng)的代碼大小也受到EEPROM的容量限制。相較之下，使用EMIF16模式啟動(dòng)，把啟動(dòng)代碼放在NOR FLASH上，不僅啟動(dòng)速度快，而且可以增加代碼的容量以及靈活性。本文主要介紹了C66X系列DSP基于NOR FLASH的加載原理，并設(shè)計(jì)了一種可以通過串口進(jìn)行交互的二級(jí)引導(dǎo)程序。

1　NOR FLASH啟動(dòng)原理

因?yàn)镹OR FLASH是按字節(jié)尋址的，所以可以在NOR FLASH上直接執(zhí)行代碼。因此我們將一段引導(dǎo)代碼燒入到NOR FLASH的基地址，選擇EMIF模式啟動(dòng)DSP時(shí)，該段代碼會(huì)將其后的初始化代碼搬移到指定位置。然后跳轉(zhuǎn)到C語(yǔ)言環(huán)境初始化程序入口地址“_c_ int00”。將這段代碼稱為一級(jí)bootloader。這段代碼的執(zhí)行時(shí)間，會(huì)隨著其后代碼的大小變化，在400微秒左右。

初始化代碼稱為二級(jí)bootloader，依據(jù)環(huán)境參數(shù)對(duì)PLL、DDR、UART、網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行初始化。初始化過程約10ms（初始化成功）。二級(jí)bootloader支持對(duì)用戶程序的多種方式的引導(dǎo)，可以進(jìn)行單核引導(dǎo)、多核引導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)加載引導(dǎo)、以及直接跳轉(zhuǎn)。

圖1　.bin文件格式

總結(jié)來說，一級(jí)bootloader負(fù)責(zé)將代碼引導(dǎo)起來，二級(jí)bootloader負(fù)責(zé)將系統(tǒng)初始化。

2　一級(jí)bootloader的分析

一級(jí)bootloader是直接運(yùn)行在NOR FLASH上的。即PC指針指向NOR FLASH的基地址時(shí)，一級(jí)bootloader就開始工作了。

一級(jí)bootloader的工作是解析并引導(dǎo)其后的二級(jí)bootloader，所以二級(jí)bootloader 在NOR FLASH上的存儲(chǔ)格式就有一定的要求。該種文件一共分3部分，代碼入口地址、代碼段信息、結(jié)束標(biāo)識(shí)。代碼入口地址，即圖1的“_c_int00”，即文件頭部的4個(gè)字節(jié)。代碼段信息包含段的大小、段的起始地址、段的內(nèi)容。根據(jù)段的大小以及起始地址，我們可以將其后的段內(nèi)容搬移到指定的位置，也就是實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)過程。結(jié)束標(biāo)志是在文件的尾部值為0的4字節(jié)整型。當(dāng)一級(jí)bootloader識(shí)別到段大小為0時(shí)，就認(rèn)為搬移工作已經(jīng)結(jié)束，然后跳轉(zhuǎn)到代碼入口地址“_c_int00”。圖1即為二級(jí)bootloader的存儲(chǔ)格式。總的來說，一級(jí)bootloader工作就是把所有的段內(nèi)容搬移到指定的地址空間，然后再跳轉(zhuǎn)到“_c_ int00”。

因?yàn)槎?jí)bootloader的格式是固定的，所有生成一個(gè)該格式的文件是相當(dāng)重要的一個(gè)步驟。使用CCS5.5編譯生成的執(zhí)行文件（后綴.out）是ELF格式的。我們需要通過一定的工具鏈將ELF文件轉(zhuǎn)換為圖1所示的文件格式。工具鏈如圖2所示。首先，向hex6x.exe輸入.out文件以及一個(gè).rmd的配置文件;得到一個(gè).hex的中間文件，再將其輸入到b2ccs.exe，得到一個(gè).dat的中間文件，再將其輸入到ccs2bin.exe，得到我們需要的.bin文件。

《會(huì)稽志》王右軍宅記：“舊經(jīng)云：‘羲之別業(yè)有養(yǎng)鵝池、洗硯池、題扇橋存焉。’……既謂之別業(yè)，則疑宅不在是，或云嵊縣金庭觀，乃右軍舊宅，嘗舍讀書樓為觀，在縣東南七十二里孝嘉鄉(xiāng)。”[2]1951

圖2　.bin文件工具鏈

3　二級(jí)bootloader的研究與實(shí)現(xiàn)

二級(jí)bootloader的首要工作是完成整個(gè)系統(tǒng)的初始化，包含PLL串口、I2C以及DDR等。初始化的參數(shù)是從環(huán)境變量中獲取的，如果環(huán)境變量不存在，則使用默認(rèn)參數(shù)。在完成系統(tǒng)的初始化后，會(huì)提示用戶是否進(jìn)入交互界面，不進(jìn)入交互界面則繼續(xù)啟動(dòng)用戶程序。下面主要介紹交互程序的設(shè)計(jì)。

用戶交互界面是通過串口構(gòu)建的。啟動(dòng)后，系統(tǒng)打印一些DSP的參數(shù)，如DDR大小、主頻、初始化信息等，再進(jìn)入自動(dòng)啟動(dòng)，等待數(shù)秒后按照設(shè)定的啟動(dòng)模式引導(dǎo)用戶程序（在等待過程中，按下任意鍵可進(jìn)入交互界面）。

交互功能主要由以下幾個(gè)方面組成：

串口輸入輸出功能，輸出使用與printf類似的sys_printf，實(shí)現(xiàn)變參打印。而輸入則使用sys_read_line，每次讀取一整行的輸入，同時(shí)實(shí)現(xiàn)退格、插入刪除、查找最近的輸入等功能。主要是實(shí)現(xiàn)上下左右、退格以及ESC鍵的功能。

為實(shí)現(xiàn)查找最新輸入的功能，需要一個(gè)環(huán)形儲(chǔ)存池，用于保存前面使用過的指令。環(huán)形池使用鏈表實(shí)現(xiàn)，用于實(shí)現(xiàn)上下鍵查找最近的輸入。環(huán)形池內(nèi)單個(gè)節(jié)點(diǎn)，包含的信息有輸入的信息cmd_t[]、輸入信息長(zhǎng)度size_t、使用標(biāo)記used、上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址、下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址。

指令解析及指令庫(kù)。如查看內(nèi)存數(shù)據(jù)“dm 80000000 100”，首先在指令庫(kù)內(nèi)查找與dm對(duì)應(yīng)的指令，然后進(jìn)入“dm”的處理函數(shù)（查看某地址的數(shù)據(jù)），讀取輸入中的參數(shù)，地址參數(shù)0x80000000，大小參數(shù)0x10，然后進(jìn)行輸出0x80000000開始的0x10字節(jié)的數(shù)據(jù)，并打印每個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)的ASCII碼，不能顯示的字符以‘.’代替。

指令庫(kù)是由一張指令名表及指令函數(shù)組成，指令名表的每個(gè)條目由3個(gè)項(xiàng)組成。指令名：用于指令解析時(shí)，查找相應(yīng)條目，如“dm”;指令入口：查找到指令條目后，根據(jù)條目?jī)?nèi)的該項(xiàng)可以調(diào)用相應(yīng)的指令函數(shù);指令說明：用于打印指令表的幫助信息。

打印幫助信息：{"help", &cmd_help, "show the help table"}

添加指令，需要在指令名表里，加入相應(yīng)條目，同時(shí)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的指令函數(shù)即可。

功能函數(shù)封裝，將底層驅(qū)動(dòng)與功能函數(shù)隔離。使代碼對(duì)于不同硬件平臺(tái)具有較好適應(yīng)性以及可移植性。

如對(duì)于不同的FLASH，只需要在FLASH表內(nèi)添加相應(yīng)的條目以及相應(yīng)的底層驅(qū)動(dòng)即可。

static FLASHTable f_table[2]=

{{0, &S29GL_write, &S29GL_erase, "S29GL"},

{-1, NULL, NULL, ""}};

腳本功能，在啟動(dòng)用戶程序之前，執(zhí)行一些特定的動(dòng)作，以此達(dá)到不修改代碼，而增加功能。腳本會(huì)被保存在環(huán)境變量中，每次啟動(dòng)都會(huì)根據(jù)環(huán)境變量中的設(shè)置來決定是否執(zhí)行腳本，以及腳本中的內(nèi)容。

環(huán)境變量，是二級(jí)bootloader中的重要組成部分。它控制了系統(tǒng)的整體初始化，功能的選擇，用戶程序的啟動(dòng)方式等。對(duì)于不同應(yīng)用環(huán)境下，啟動(dòng)時(shí)的參數(shù)也是不同的。如對(duì)于不同的DDR3，我們需要在環(huán)境變量中設(shè)置不同的DDR初始化參數(shù)。

環(huán)境變量是可以在交互界面下修改的，修改后通過指令保存到設(shè)定的NOR FLASH的某片區(qū)域上。為了保證環(huán)境變量的可靠性，在環(huán)境變量的尾部加入一個(gè)CRC32的校驗(yàn)。每次讀取環(huán)境變量時(shí)，把讀取的環(huán)境變量計(jì)算CRC32的值與NOR FLASH上的校驗(yàn)值對(duì)比，以確認(rèn)讀取到的環(huán)境變量是有效的。

計(jì)時(shí)功能，是啟動(dòng)流程控制的一個(gè)重要組成部分，主要用于超時(shí)等待和刷新打印。使得bootloader的啟動(dòng)時(shí)間在一個(gè)可控的范圍內(nèi)。在主頻比較高的DSP上，選擇以1微秒為計(jì)數(shù)單位。超時(shí)等待的功能一般用在硬件初始化等待。刷新打印則是用在自啟動(dòng)中，提示用戶剩余時(shí)間。

通過實(shí)現(xiàn)以上的幾點(diǎn)，我們可以搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的交互界面。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，打印當(dāng)前的版本為1.5.0以及系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)。然后讀取環(huán)境變量的內(nèi)容（如果NOR FLASH上沒有環(huán)境變量則用默認(rèn)參數(shù)），再根據(jù)環(huán)境變量對(duì)系統(tǒng)初始化并提示用戶是否進(jìn)入交互界面。進(jìn)入交互界面后，用戶可以輸入相應(yīng)的指令來執(zhí)行一些操作。如“?”，查看幫助信息;“dm 80000000 10”，查看內(nèi)存信息;“ddr test”，測(cè)試內(nèi)存單元;“flash”，固化用戶程序等。圖3展示了一次DSP啟動(dòng)，并進(jìn)入交互界面的全部打印。

圖3　DSP啟動(dòng)打印信息

4　結(jié)論

本文通過分析TI的C66X DSP的NOR FLASH的啟動(dòng)原理，研究設(shè)計(jì)了用戶交互程序，實(shí)現(xiàn)DSP的快速啟動(dòng)以及多樣的啟動(dòng)方式，使得用戶可以通過可視化的界面來進(jìn)行程序的固化以及引導(dǎo)。

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