基于以太網傳輸的嵌入式多核DSP自啟引導

歐　斌，李敬超，高　霞，徐彬彬

（重慶金美通信有限責任公司，重慶400030）

基于以太網傳輸的嵌入式多核DSP自啟引導

歐斌，李敬超，高霞，徐彬彬

（重慶金美通信有限責任公司，重慶400030）

TI推出的基于KeyStone架構的TMS320C66xx系列產品在圖像處理、語音處理、信號處理等諸多領域得到了廣泛應用，多核自啟引導關系到DSP內核代碼之間能否在離線模式下同步并行工作和獨立自主運行。結合以太網接口的高速傳輸特性和NAND FLASH大容量非易失存儲優勢，通過在FLASH燒寫程序中嵌入UDP協議代碼實現多核鏡像文件的以太網傳輸功能，并且對IBL二級自啟引導代碼進行改進，實現了多核鏡像文件從FLASH到內核的引導。經過在TMS320C6670 DSP平臺上驗證，該設計能夠實現多核程序代碼到FLASH的高效傳輸、燒寫和自啟引導，為嵌入式DSP設備出廠制造和程序升級提供了新的思路。

嵌入式；多核；自啟引導；以太網；DSP處理器；NAND FLASH存儲器

1　引　言

TI推出的基于KeyStone架構的TMS320C66xx系列產品在圖像處理、語音處理、信號處理等諸多領域得到了廣泛應用［1］。其采用的多核并行和高速接口工作機制，提高了DSP的處理能力，高效地進行多核程序的自啟引導和程序升級成為設備成品和離廠維護的必備選擇。

DSP的自啟引導可分為處理器加載和存儲器加載兩種模式。前者需要其它處理器作為上位機通過網口［2］、RapidIO、HyperLink、PCIe等高速接口快速加載應用程序；后者通過存儲在非易失的EEPROM、FLASH等存儲芯片中可實現DSP加載應用程序［3］。嵌入式的DSP系統普遍采用存儲器模式的獨立自啟設計。一般I2C總線連接EEPROM容量較小，主要用于存儲較小體積的引導程序，例如DSP的二級引導程序IBL。大容量用戶程序自啟引導需要FLASH存儲器完成加載。

以TMS320C6670為例，通過對自啟引導程序的重新設計，提出了一種通過千兆以太網進行鏡像傳輸，使用串口監控和指導NAND FLASH程序燒寫和更新，實現DSP多核程序自啟引導的方法。

2　系統架構

嵌入式的DSP用戶程序鏡像的傳輸燒寫、自啟引導工作主要使用PC客戶端、DSP內核、外部存儲三大模塊的協調工作完成，整個系統的架構設計如圖1所示。

PC模塊主要用于完成用戶鏡像文件的傳輸，以及程序運行狀態的監控和控制處理。外存用于存放自啟引導所需的鏡像文件和自啟引導程序。DSP模塊作為核心部分完成鏡像的燒寫和加載工作。

圖1　系統架構

3　硬件設計

DSP提供了UART接口［4］，需要通過在外部電路中接入MAX3221換為RS232信號，以方便PC機通過USB轉串口工具同DSP進行通信。串口電路如圖2所示。

圖2　串口電路

DSP提供了SGMII高速接口用于數據的高效傳輸。為實現DSP與PC的網絡通信，需要將通信接口SGMII與PHY相連，然后通過變壓器和RJ45連接，配置為標準的以太網接口進行通信。以太網接口電路如圖3所示。

圖3　以太網接口電路

DSP6670的NAND FLASH通過GPIO接口同DSP連接［5］，用于存儲DSP多核鏡像。EEPROM通過I2C總線同DSP連接用于存儲二級自啟程序IBL［3、6］。存儲電路如圖4所示。

圖4　存儲電路

4　軟件設計

4．1多核鏡像傳輸和燒寫設計

TI提供了NAND FLASH的燒寫工程，傳統模式下，從PC通過仿真線加載用戶鏡像文件并寫入FLASH。通過在以太網系統工程中嵌入NAND FLASH燒寫模塊實現PC同DSP之間的以太網通信，用于接收鏡像文件并直接對其進行燒寫［7］。改進的以太網系統鏡像文件預先使用傳統方式燒寫到FLASH中，當用戶需要進行程序更新時，DSP加電啟動后會從FLASH中加載該工程。流程圖如圖5所示，具體介紹如下：

圖5　多核鏡像的傳輸和燒寫流程

（1）以太網系統傳輸模塊

DSP接收包含多核鏡像的以太網包需要本地MAC和IP地址進行匹配，然后通過多核導航器QMSS接收描述符裝載的數據流到內存空間，最后通過輪詢或中斷的方式判斷傳輸的數據量是否滿足以太網包包含的鏡像大小信息，決定是否接收完成。這一過程通過使能多核導航器QMSS，CPPI通道，SGMII高速口以及以太網收發線程完成。接收完成的多核鏡像文件暫存在DSP DDR3內存，等待寫入FLASH。

（2）NAND FLASH燒寫模塊

NAND FLASH的讀寫、擦除均是以塊為單位進行的，因此存放在DSP內存的鏡像數據要進行分塊處理，然后根據以太網包中包含的鏡像文件存儲區域信息通過NAND FLASH的驅動程序寫入到FLASH中相應的代碼存儲區域。

4．2多核鏡像加載和引導設計

TI提供的NAND FLASH的二級引導代碼只可進行單核應用程序的加載，需要對其進行擴展設計，完成多核程序的加載和引導功能。多核鏡像的加載流程如圖6所示，具體過程如下：

圖6　多核鏡像加載引導流程圖

（1）程序升級選擇階段

DSP加電啟動時需要用戶選擇正常加載多核鏡像文件或燒寫程序鏡像文件，該指令通過更改IBL中的程序加入UART串口輸入功能完成。

（2）多核程序加載階段

將多核鏡像文件各自存放在FLASH中的地址參數提供給IBL的NAND Boot函數后使其循環運行，該函數通過查詢FLASH內OUT文件的標識，開始以代碼段的模式加載到DSP相應內存中，完成FLASH中用戶代碼到DSP的加載。

（3）多核并行自啟動預處理階段

多核自啟動需要從BOOT_MAGIC地址內獲取入口地址（_c_int00）方能開始運行。在IBL啟動程序中，預先將各個核的入口地址寫入多核處理器各自L2SDRAM內存上的BOOT_MAGIC全局地址內（0x1*8ffffc，‘*'為內核標號）［8］，IBL運行完之后跳轉到主核（CORE0）入口地址開始運行。主核通過IPC中斷進行核間觸發，從核（CORE1～CORE3）被激活，從各自BOOT_MAGIC內獲取入口地址開始執行應用程序，從而實現多核應用程序并行工作。

需要注意的是，從核存儲在DSP L2SDRAM的代碼和數據需要在存儲映射文件中設置為全局地址，否則CPU將會認為該地址為主核CORE0的L2局部地址運行，導致程序紊亂。

5　測試與驗證

DSP設置為NAND BOOT模式啟動后，串口打印如圖7所示。wait等待接受指令，輸入升級指令后，接收到以太網客戶端發送的多核用戶OUT文件，并自動完成多核鏡像的燒寫，說明鏡像傳輸和FLASH燒寫功能正常。

重啟DSP后，串口打印如圖8所示，IBL等待超時后自動加載多核用戶程序，各核均有串口輸出，證明多核自啟引導運行正常。

圖7　鏡像傳輸和燒寫驗證

圖8　多核自啟引導驗證

6　結束語

通過嵌入帶有以太網傳輸模塊的DSP升級程序和IBL的擴展設計，實現了通過千兆以太網接口進行多核應用程序的高效快速升級更新和自啟引導，對批量DSP設備的生產制造和軟件升級維護具有一定的參考價值。

［1］Texas Instruments Incorporated．TMS320C6670 multicore fixed and floating－point system on chip user guide［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［2］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture GbE Swith subsystem［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［3］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture Bootloader［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［4］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture Universal Asynchronous Receiver_Transmitter（UART）［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［5］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture EMIF16［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［6］Texas Instruments Incorporated．KeyStone Architecture I2C［EB／OL］．Http：／／www．ti．com．cn．2012．

［7］左顥睿，劉永清，張傲華，等．基于以太網的DSP遠程加載技術研究［J］．單片機與嵌入式系統應用，2012（5）：24－26．Zuo Hao－rui，Liu Yong－qing，Zhang Ao－hua，et al．Remote Loading Technology Research of DSP Based on Ethernet［J］．Microcontrollers＆Embedded Systems，2012（5）：24－26．

［8］劉章文，劉七華，謝川林，等．基于TMS320C6678的多核DSP上電加載技術［J］．現代電子技術，2013，36（18）：111－114．Liu Zhangwen，Liu Qihua，Xie Chuanlin，et al．Multi core DSP BootLoad technology based on TMS320C6678［J］．Modern Electronics Technique，2013，36（18）：111－114．

Bootloader of Embedded Muti－core DSP Based on Ethernet

Ou Bin，Li Jingchao，Gao Xia，Xu Binbin
（Chongqing Jinmei Communication CO．，Ltd．，Chongqing 400030，China）

A series of TMS320C66xx DSPs from TI，based on KeyStone，are widely used in fields of image processing，signal processing and speech processing．The multi－core DSP boot load affects operation between kernel code，sync parallel and independently run in offline mode．In this paper，combined with high－speed Ethernet interface transmission characteristics and high capacity NAND FLASH nonvolatile storage advantage，the multi－core image files from Ethernet are

by embedding UDP protocol to FLASH programmer procedures，and the multi－core image files are loaded from the FLASH to the kernel by improving IBL boot code．The proof on the TMS320C6670 DSP platform shows that it enables efficient transmission of multi－core code to FLASH and provides a new thinking for embedded DSP device in factory manufacture and upgrade field．

Embedded；Muti－core；Bootload；Ethernet；DSP；NAND FLASH

10．3969／j．issn．1002－2279．2016．05．021

TN964

A

1002－2279（2016）05－0089－03

歐斌（1982－），男，四川省德陽市人，碩士研究生，主研方向：無線通信。

2016－01－07