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DSP外挂Flash在系统编程及并行引导装载方法
摘要：详细介绍了TMS320VC5402外挂程序存储器的在系统编程技术和方法，结合实例给出了创建系统引导表的具体步骤，并在此基础上重点叙述了ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的并行１６位引导装载方法。设计的系统具有较大的灵活性和良好的可扩展性。关键词：DSPTMS320VC5402FLASHSST39VF400A在系统编程引导装载
ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２(以下简称Ｃ５４０２)是ＴＩ公司的一款性价比极好的１６位定点ＤＳＰ芯片。由于Ｃ５４０２内部只有１６Ｋ×１６位ＲＡＭ和４Ｋ×１６位掩膜ＲＯＭ，用户程序必须存放在外挂的程序存储器中。对程序存储器的编程（即离线编程）通常是通过通用编程器完成的，即用户将要写入的程序转换成编程器能够接收的格式，再通过编程器写入存储器中。随着芯片制造工艺的不断提高，芯片集成度越来越高，存储器正在向小型化、贴片式发展，从而使表面封装或ＰＬＣＣ封装的存储器难以利用编程器编程。目前普遍采用的在系统编程ＩＳＰ（ＩｎＳｙｓｔｅｍＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ）技术不需要编程器，通过系统的ＤＳＰ可直接对用户板上的存储器编程，这样不仅节省了通用编程器及适配器的费用，还减少了频繁插拔存储器的麻烦，从而大量节省了系统开发时间，满足了用户程序在线更新的要求。外挂的程序存储器通常选用容量大、存储速度快、功耗低、性价比高的ＦＬＡＳＨ存储器。
由于ＤＳＰ仿真软件编译链接后生成的是二进制的ＣＯＦＦ格式文件，不能直接写入ＦＬＡＳＨ中，还需通过Ｈｅｘ转换工具将ＣＯＦＦ目标文件转换为标准的ＡＳＣＩＩ码十六进制格式（即Ｈｅｘ格式）。对于离线编程，只需将这种Ｈｅｘ文件直接作为编程器的输入，即可写入ＦＬＡＳＨ；而在系统编程，则是利用系统本身的ＤＳＰ，通过软件编程来实现整个烧写过程。因此，如何对ＦＬＡＳＨ进行烧写是整个在系统编程的一个关键。本文以一片Ｃ５４０２外挂一片ＦＬＡＳＨ存储器构成的最小系统为实例，介绍采用Ｃ语言编写ＦＬＡＳＨ烧写程序，并通过ＤＳＰ将用户程序代码写入ＦＬＡＳＨ，从而实现在系统编程。
１ＤＳＰ与ＦＬＡＳＨ构成的最小系统
本系统的ＦＬＡＳＨ存储器选用ＳＳＴ公司的ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ，用作ＤＳＰ的数据空间。ＦＬＡＳＨ的片选信号／ＣＥ由ＤＳＰ的数据空间选择信号／ＤＳ和存储器选通信号／ＭＳＴＲＢ产生，读使能信号／ＯＥ和写使能信号／ＷＥ由ＤＳＰ的读写脉冲信号Ｒ／Ｗ和／ＤＳ、／ＭＳＴＲＢ组合产生。ＦＬＡＳＨ的地址线Ａ０～Ａ１５和ＤＳＰ的Ａ０～Ａ１５直接相连，Ａ１６和Ａ１７接地。由于ＤＳＰ数据空间００００Ｈ～３ＦＦＦＨ为存储器映象寄存器、暂存器和片内ＲＡＭ，对外部ＦＬＡＳＨ来讲是不可见的，所以ＦＬＡＳＨ可操作的地址范围为４０００Ｈ～０ＦＦＦＦＨ。设用户程序从ＦＬＡＳＨ中８０００Ｈ单元开始存放，则系统上电时引导程序就从数据空间的８０００Ｈ单元开始搬运数据到ＤＳＰ内部ＲＡＭ指定区域，引导完毕后即跳转到ＲＡＭ中程序入口地址运行用户程序。
２ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ的在系统编程
２．１芯片简介及常用命令
ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ是ＳＳＴ公司的２５６Ｋ×１６位ＦＬＡＳＨ存储器，工作电压３．３Ｖ、擦写寿命１０００００次，访问时间７０～９０ｎｓ。用户只需向其特定地址写入特定的指令序列，那么通过这些命令用户即可启动内部写状态机，从而使其自动完成指令序列要求的内部操作，其中包括：复位、整片擦除、块擦除、扇区擦除、操作字写入等。
２．２ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ编程操作
对采用在系统编程的ＦＬＡＳＨ存储器，整个编程过程由用户控制，因此用户必须了解ＦＬＡＳＨ存储器的各状态位，以便知道编程或擦除是否结束。ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ内部提供两种软件检查方法：检查状态位Ｄａｔａ＃Ｐｏｌｌｉｎｇ（ＤＱ７）和ＴｏｇｇｌｅＢｉｔ（ＤＱ６）。现以检查ＴｏｇｇｌｅＢｉｔ（ＤＱ６）位为例来具体说明ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ的编程及检查机制。ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ在进行内部编程或擦除时，对任何地址进行连续读取都会引起ＤＱ６的跳变，当操作停止就会结束跳变。因此可以通过连续两次读取检查ＤＱ６的变化情况来判断编程擦除操作是否完成。单字编程及检查流程如图１所示(其中ＷＡ为要写入数据的存储地址)。
３Ｃ５４０２的并行引导装载
通过在系统编程操作可以实现将用户程序代码写入ＦＬＡＳＨ。如何确定ＦＬＡＳＨ中用户程序代码的存放格式并正确地引导装载以实现脱机运行，则是整个在系统编程的重点之处。在Ｃ５４０２的五种引导方式中，并行引导是ＤＳＰ系统最常用最简单的引导方式。下面介绍Ｃ５４０２的并行１６位引导装载方法。
３．１引导过程简介
为了正确引导用户程序，必须编制引导表，引导表要告诉引导程序采用何种引导方式、程序入口地址、各段的目标首地址和长度等。引导表的数据格式是由链接配置文件和ＨＥＸ转换配置文件决定的，链接配置文件定义各段存放的首地址和长度，而ＨＥＸ转换配置文件则定义引导方式、程序入口地址和引导表在外部存储器中存放的首地址。引导程序可以从地址为０ＦＦＦＦＨ单元的Ｉ／Ｏ端口或数据存储器取得引导表的起始地址。本文介绍的是并行引导方式
，引导过程如下：引导程序先从外部数据空间的０ＦＦＦＦＨ单元（即ＦＬＡＳＨ的０ＦＦＦＦＨ单元）读取引导表起始地址，然后从该起始地址读取引导标识。若为０８ＡＡＨ则为并行８位引导方式；若不是再从起始地址的下一单元读取内容，看由此两单元内容组成的１６位字是否为１０ＡＡＨ，若是则为并行１６位引导方式。最后从引导表指定的地址搬运各段代码到片内ＲＡＭ对应的地址，搬运完毕后即从程序入口地址执行用户程序。由此可见，引导表的编制是引导过程的关键。下面结合实例具体介绍引导表的形成和装载过程（设用户程序为测试指示灯的程序，源文件为ｍａｉｎ．ａｓｍ和ｖｅｃｔｏｒｓ．ａｓｍ?源代码省略）。
３．２链接配置文件编写
（文件名为ＴｅｓｔＬｅｄＬｉｎｋ．ｃｍｄ）
ＭＥＭＯＲＹ{
ＰＡＧＥ０:
ＶＥＣ:ｏｒｇ＝０１００ｈ,ｌｅｎ＝００８０ｈ?;中断向量的首地址和块长度
ＣＯＤＥ:ｏｒｇ＝０１８０ｈ,ｌｅｎ＝０Ｆ８０ｈ?;程序块的首地址和块长度
ＰＡＧＥ１:
ＳＴＡＣＫＳ:ｏｒｇ＝１１００ｈ,ｌｅｎ＝０１００ｈ?;堆栈区的首地址和块长度
ＤＡＴＡ:ｏｒｇ＝１２００ｈ,ｌｅｎ＝１０００ｈ?;数据块的首地址和块长度
}
ＳＥＣＴＩＯＮＳ{
．ｖｅｃｔｏｒｓ:＞ＶＥＣＰＡＧＥ０?;将中断向量放入程序页的ＶＥＣ区
．ｔｅｘｔ?＞ＣＯＤＥＰＡＧＥ０?;将程序代码放入程序页的ＣＯＤＥ区
．ｓｔａｃｋ?＞ＳＴＡＣＫＳＰＡＧＥ１?;将堆栈放入数据页的ＳＴＡＣＫＳ区
．ｂｓｓ?＞ＤＡＴＡＰＡＧＥ１?;将未初始化变量放入数据页的ＤＡＴＡ区
．ｄａｔａ?＞ＤＡＴＡＰＡＧＥ１?;将初始化数据放入数据页的ＤＡＴＡ区
}
链接配置文件写好后，通过ＤＳＰ仿真软件ＣＣＳ编译链接即可生成ＴｅｓｔＬｅｄ．ｏｕｔ文件。在汇编时要注意，不论是ＤＯＳ下的ＡＳＭ５００还是ＷＩＮＤＯＷＳ下的ＣＣＳ都必须加上－ｖ５４８开关量，否则不能生成正确的引导表。
３．３ＨＥＸ转换配置文件编写
（文件名为ＴｅｓｔＬｅｄＨｅｘ．ｃｍｄ）
ＴｅｓｔＬｅｄ．ｏｕｔ;转换的文件名，即编译链接后的．ｏｕｔ文件
－ａ?;ＡＳＣＩＩ－ＨＥＸ格式
－ｍａｐＴｅｓｔＬｅｄ．ｍｘｐ?;生成的映射文件名，可不生成该文件
－ｏＴｅｓｔＬｅｄ．ｈｅｘ?;转换后的ＨＥＸ文件名
－ｍｅｍｗｉｄｔｈ１６?;系统存储器宽度为１６位
－ｒｏｍｗｉｄｔｈ１６?;ＲＯＭ器件宽度为１６位
－ｂｏｏｔ?;将ＣＯＦＦ文件中各段转换为引导表的格式（替代ＳＥＣＴＩＯＮＳ伪指令）
－ｂｏｏｔｏｒｇ０ｘ８０００；引导表放在ＦＬＡＳＨ的８０００Ｈ开始的单元
－ｅ０ｘ０１００?;装入引导表后程序运行的起始地址
ＨＥＸ转换配置文件写好后，使用ＣＣＳ提供的转换工具ＨＥＸ５００将生成的ＣＯＦＦ目标文件ＴｅｓｔＬｅｄ．ｏｕｔ转化为标准的ＡＳＣＩＩ—ＨＥＸ格式的文件ＴｅｓｔＬｅｄ．ｈｅｘ。注意在转换时一定要把ＴｅｓｔＬｅｄＨｅｘ．ｃｍｄ文件的扩展名ｃｍｄ加上。
３．４构造引导表并写入ＦＬＡＳＨ
经过ＨＥＸ转换生成的ＴｅｓｔＬｅｄ．ｈｅｘ文件内容。
文件开始为ＡＳＣＩＩＳＴＸ字符，结束为ＡＳＣＩＩＥＴＸ字符，＄Ａ８０００表示引导表存放的首地址，接下来的数据就是从８０００Ｈ单元存放的引导表的内容，转换后的ＴｅｓｔＬｅｄ．ｈｅｘ文件可直接由编程器烧写进ＦＬＡＳＨ，也可通过在系统编程的方法由上述的ＤＳＰ烧写程序写进ＦＬＡＳＨ。执行烧写程序前需要编写一个简单的程序将．ＨＥＸ文件中起始符、首地址、结束符等与引导表无关的信息去掉，并转换为ＤＳＰ能识别的文件格式（如．Ｄａｔ），采用．ｃｏｐｙ或．ｉｎｃｌｕｄｅ命令将该文件作为数据段嵌入烧写进程序中?同时注意在ＦＬＡＳＨ的０ＦＦＦＦＨ单元写入引导表起始地址８０００Ｈ。烧写ＦＬＡＳＨ后数据存放格式。
引导表烧写进ＦＬＡＳＨ后，将ＭＰ／Ｍｃ引脚置低，上电复位后引导程序就会自动将ＦＬＡＳＨ中的用户程序搬进片内ＲＡＭ，搬运完毕后即跳转到程序入口地址，高速运行用户程序。
此方法适用于程序代码小于１６Ｋ的情况，将用户程序全部导入Ｃ５４０２片内ＲＡＭ中即可；当用户程序较大而超过１６Ｋ时，需要外扩程序存储器，此时在引导表中需用到扩展的程序计数器（ＸＰＣ），来寻址扩展的程序存储空间。
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