王怡林
(光電控制技術(shù)重點實驗室,，河南 洛陽 471009)
摘要：針對雙DSP共享Flash進行程序加載引導(dǎo)的復(fù)雜問題,，對基于TMS320C6414和ADSP2187的雙DSP程序加載引導(dǎo)方法進行了研究與設(shè)計。其中TMS320C6414作為主處理器,，ADSP2187作為協(xié)處理器,，共享的Flash芯片連接在TMS320C6414的EMIFB接口上，TMS320C6414通過EMFIA接口與ADSP2187的IDMA接口連接,。系統(tǒng)上電后,，TMS320C6414首先從Flash芯片讀出主處理程序并完成自身加載和引導(dǎo)，然后讀出協(xié)處理程序,，發(fā)送給ADSP2187并協(xié)助其完成加載和引導(dǎo),。
關(guān)鍵詞：TMS320C6414；ADSP2187,；共享Flash,；加載；引導(dǎo)
中圖分類號：TP368文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.009
引用格式：王怡林. 雙DSP共享Flash程序加載引導(dǎo)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.微型機與應(yīng)用,，2016,35（23）：31-34.
0引言
在紅外目標跟蹤領(lǐng)域,隨著算法復(fù)雜度的提升,運算量增長速度非常驚人,這使傳統(tǒng)的單DSP處理系統(tǒng)難以負荷, 因而對復(fù)雜的信號處理算法進行分塊并在硬件系統(tǒng)上采取多DSP 并行處理的方法勢在必行［1］,。某信息處理平臺是某光電跟蹤裝置的核心，為滿足系統(tǒng)要求,，該平臺以TMS320C6414和ADSP2187兩型DSP芯片為核心進行設(shè)計,。基于體積,、成本等限制,，需兩個DSP共用一片F(xiàn)lash完成程序存儲，并在上電時順利完成兩個DSP程序的加載和引導(dǎo),。本文針對這一要求進行研究,，設(shè)計了一種兩個DSP共享Flash的程序加載引導(dǎo)方法,。
1系統(tǒng)方案設(shè)計
TMS320C6414是TI公司推出的一款32位定點數(shù)字處理器,，采用超長指令字結(jié)構(gòu),，一個周期可同時執(zhí)行8條指令，主頻最高達600 MHz［2］,，內(nèi)部包括64個用于配置的32位寄存器,，還有6個計算單元(ALU)，2個乘法器,。接口方面具備2個外部存儲接口,，3個多通道緩沖串行接口， 1個主機接口和通用I/O接口等,，還具備EDMA功能,。
ADSP2187是ADI公司的ADSP系列的定點數(shù)字信號處理器［3］，內(nèi)含3個相互獨立的計算單元,，即ALU,、MAC和桶形移位器,。除此之外，還有1個程序控制器(PC),，1個可編程的定時器,，2個數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器，以及32 K×24 bit的程序存儲空間和32 K×16 bit的數(shù)據(jù)存儲空間,。對外接口方面包括1個可編程的Flash I/O,，2個串口,，1個16 bit的內(nèi)部DMA接口以及1 B DMA接口(BDMA),。
基于兩個處理器的特點，本設(shè)計將Flash芯片連接在TMS320C6414上,，程序的加載和引導(dǎo)由TMS320C6414主導(dǎo)完成,。首先對TMS320C6414 的啟動模式進行配置。TMS320C6414 的啟動模式由其上電時的EMIFB接口地址總線中的BEA［15:14］(BOOTMODE［1:0］)的連接電平?jīng)Q定, 在復(fù)位期間檢測這兩位的高低電平來決定TMS320C6414的引導(dǎo)模式,。本設(shè)計將TMS320C6414的引導(dǎo)模式配置成使用默認的8位ROM時序,。TMS320C6414完成自身的程序引導(dǎo)后，通過IDMA接口向ADSP2187發(fā)送其程序并控制對方完成引導(dǎo)［4］,。兩個處理器及存儲器連接關(guān)系如圖1所示,。
2接口電路設(shè)計
要通過TMS320C6414來完成ADSP2187的程序加載和引導(dǎo)，首先要使兩者之間建立通信連接,，由于兩個處理器架構(gòu)以及對外接口的不同,，需要對兩個處理器的通信接口進行匹配性設(shè)計，以滿足數(shù)據(jù)傳輸需求,。
TMS320C6414的對外通信接口主要有兩個EMIF接口,、兩個McBSP接口、一個HPI接口以及通用I/O等其他接口,。ADSP2187主要的對外數(shù)據(jù)通信接口是IDMA接口,，且可通過IDMA完成程序加載和引導(dǎo)。根據(jù)這兩個處理器接口的特點,，基于EMIFA接口和IDMA接口來進行兩個處理器的數(shù)據(jù)通信接口電路設(shè)計,。
EMIF接口全稱為外部存儲器接口(External Memory Interface)，是C6000系列DSP主要的外部存儲器擴展接口,，最高數(shù)據(jù)吞吐率可達1 200 MB/s,。可以與目前幾乎所有的存儲器類型直接連接,，包括SBSRAM,、SDRAM、SRAM,、FIFO等以及其他可以共享內(nèi)部存儲空間的設(shè)備,。
相比C6000系列其他DSP型號,，TMS320C6414的EMIFA接口具有以下特點：
（1)總線寬度達64 bit,。
?。?)接口時鐘可以基于其輸入時鐘在片內(nèi)產(chǎn)生，有3種方案：1/6×CPU時鐘,、1/4×CPU時鐘和外部輸入時鐘,。
（3)具有一個可編程同步存儲器控制器,。
?。?)具備PDT信號，可支持外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸,。
ADSP2187的IDMA接口實質(zhì)上是一個并行的I/O接口,，當ADSP2187作為從機時，主機可通過該接口讀/寫ADSP2187內(nèi)部的存儲器和寄存器,。IDMA接口具有復(fù)用的16 bit數(shù)據(jù)/地址總線,，支持對其內(nèi)部16 bit數(shù)據(jù)存儲器和24 bit程序存儲器的訪問，對IDMA的訪問是完全異步的,。
IDMA接口的控制信號包括選擇信號(IS#),、讀取信號(IRD#)、寫入信號(IWR#)和地址鎖存信號(IAL#),。當選擇信號和地址鎖存信號有效時,，ADSP2187將總線上的數(shù)據(jù)當做地址寫入IDMA控制寄存器，當選擇信號和讀取信號有效時,，ADSP2187將控制寄存器內(nèi)地址所指存儲單元的內(nèi)容輸出到總線上,，此過程構(gòu)成一個完整的IDMA接口讀取操作。寫入操作和讀取操作的地址傳輸方式一致,，完成地址傳輸后,，將選擇信號和寫入信號置為有效，待寫入數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上,，ADSP2187將總線上的數(shù)據(jù)寫入IDMA控制寄存器內(nèi)地址所指存儲單元,。
本設(shè)計將EMIFA的CE2空間設(shè)成16 bit異步接口，數(shù)據(jù)總線ED15:0與IDMA總線IAD15:0對應(yīng)連接,，EMIFA地址總線EA6和EA7求異或后再與片選信號CE2求或后作為IDMA接口的選擇信號(IS#),，EA6求非后與EA7、CE2以及EMIFA的讀取信號ARW共4個信號一起求與作為IDMA接口的讀取信號(IRD#)輸入,， EA6求非后與EA7,、CE2以及EMIFA寫入信號AWE共4個信號一起求作為IDMA接口的寫入信號(IWR#)輸入， EA7和EA6求非、ARE非,、AEW非,、CE2非共5個信號求與后作為地址鎖存信號(IAL#)輸入。CPLD具有編程靈活等優(yōu)點［5］,，本設(shè)計中采用CPLD完成譯碼,。ADSP2187的IDMA接口輸入信號運算關(guān)系如下：
在TMS320C6414看來，ADSP2187控制寄存器的映射地址是0xA000 00A0,，數(shù)據(jù)寄存器的映射地址是0xA000 0050,。
值得說明的是，僅僅完成相關(guān)信號的譯碼和地址映射還不夠,，還需要對EMIFA和IDMA進行時序匹配,。對于IDMA來說，有短周期和長周期兩種讀/寫方式選擇,，后者需要主機檢測IACK信號的狀態(tài)來判斷IDMA是否準備好,。本設(shè)計選用短周期讀/寫操作,，其寫入操作的時序圖如圖2所示,。
本設(shè)計中，EMIFA時鐘設(shè)置為1/6×CPU時鐘,，CPU時鐘為480 MHz,，則EMIFA時鐘為120 MHz。EMIFA接口CE2空間的時序由寄存器CE2CTL控制,，主要包括建立時間,、處罰時間、保持時間三項參數(shù)設(shè)置,，三項參數(shù)均以時鐘周期數(shù)來表示,。
根據(jù)圖2中IDMA接口的時序要求，建立時間,、觸發(fā)時間和保持時間的總和應(yīng)大于tIWP,，換算后3項參數(shù)的和應(yīng)大于等于2，同時保持時間應(yīng)大于tIDH,，將CE2CTL相應(yīng)參數(shù)設(shè)為1即可,。
TMS320C6414向ADSP2187寫入數(shù)據(jù)的流程為：先向地址0xA000 00A0寫存儲地址，然后向0xA000 0050寫入待寫數(shù)據(jù)即可完成寫操作,。讀操作的時序匹配方法和流程與寫操作相似,，不再詳述。
3TMS320C6414加載引導(dǎo)方法
當光電跟蹤裝置上電后,，TMS320C6414 進入復(fù)位狀態(tài),，完成復(fù)位后, 其只能先將1 KB大小的程序代碼自動加載到內(nèi)部RAM。通常情況下，光電跟蹤裝置的信息處理程序規(guī)模遠遠大于1 KB,，為了完成整個程序的加載和引導(dǎo),，必須編寫一段程序搬移代碼來將整個信息處理程序搬運到內(nèi)部RAM，并且搬移低代碼的大小不能超過1 KB,，按照TMS320C6414用戶手冊的要求,，須用匯編語言完成，搬移程序在完成了信息處理程序的搬運后,，須將PC指針指向信息處理程序的入口,，自此信息處理程序才能開始運行，進而完成目標識別和跟蹤任務(wù),。完整的搬移程序的代碼及注釋如下：
…………;
//相關(guān)寄存器初始化工作結(jié)束
S_R .setb4
D_R .seta4
//將程序長度,、RAM首地址、Flash首地址的存儲首地址拷貝進寄存器A3
mvklcopy_table, A3
mvkhcopy_table, A3
//程序加載開始
copy_section_top:
ldw *A3++, B0//將程序長度加載到B0
ldw *A3++, A4//將運行首地址加載A4
ldw *A3++, B4//將程序在Flash中的首地址加載到B4
nop 2
?。?b0］bcopy_done//判斷拷貝是否完成
nop5
shr B0,2,B1//將B0除以4后加載到B1
//開始進行程序加載
copy_loop:
ldw*S_R++,B5
|| mvB1, A1//待拷貝長度加載進A1
|| subB1, 1, B1//長度減1
//將程序從Flash讀入B5
?。跙1］ldw*S_R++,B5
||［B1］subB1, 1, B1
//將B5中的程序加載到RAM中
stw B5,*D_R++
||sub A1, 1, A1
［A1］stwB5,*D_R++
||［A1］subA1, 1, A1
?。跙1］bcopy_loop//判斷是否完成加載
nop5
//跳轉(zhuǎn)到開始處進行下一段的加載
bcopy_section_top
nop5
//加載完成,，對相應(yīng)的寄存器進行設(shè)置
copy_done:
mvkl0x01840000,A4
mvkl0x0300,B4
mvkh0x01840000,A4
mvkh0x0300,B4
stw B4,*A4
nop 5
mvkl .S2 _c_int00, B0
mvkh .S2 _c_int00, B0
B.S2 B0
nop 5
//各段長度、RAM首地址,、Flash首地址設(shè)置
copy_table:
; .text//代碼段長度
.word 0x00029220
.word 0x00000400
.word 0x64010400
; .cinit//變量段
.word 0x00002dcc
.word 0x000460e0
.word 0x64039620
.word 0x0//所有段結(jié)束標志
4ADSP2187加載引導(dǎo)方法
ADSP2187支持從片外ROM和IDMA接口引導(dǎo)兩種方式,，非常方便用戶設(shè)計系統(tǒng)的需要［6］。本文所述信息處理機采用從IDMA接口引導(dǎo)的方式實現(xiàn)預(yù)處理程序的加載引導(dǎo),，ADSP2187上電后,，從IDMA接口接收主處理器TMS320C6414傳輸?shù)某绦虿?zhí)行。
ADSP2187函數(shù)根據(jù)在存儲器中所處的位置分為函數(shù)段,、數(shù)據(jù)段,，函數(shù)段和數(shù)據(jù)段又根據(jù)所處的OVERLAY頁面再分為不同的段［7］。每段前3個數(shù)據(jù)標示了該段的數(shù)據(jù)長度,、該段在存儲區(qū)域的首地址和該段所處的頁面,。該段數(shù)據(jù)處于函數(shù)區(qū)還是數(shù)據(jù)區(qū)由首地址的14位標示。
TMS320C6414首先對ADSP2187進行復(fù)位操作,，然后從Flash中讀取該段數(shù)據(jù)的函數(shù)區(qū)字節(jié)數(shù),、函數(shù)區(qū)首地址和函數(shù)段所處的頁面，再從Flash中搬移1 B,，通過IDMA口寫到ADSP2187的函數(shù)區(qū),，寫完后再從該函數(shù)區(qū)地址讀出數(shù)據(jù)并與所寫的數(shù)據(jù)進行比較，如果不相等則重新寫該地址和校對,，循環(huán)TryCycle次退出,；如果相等，則進行下一個字節(jié)的傳輸，直到該段數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)紸DSP2187中,。同樣地,，TMS320C6414再把其余數(shù)據(jù)通過IDMA口傳輸?shù)紸DSP2187中，最后在ADSP2187的0地址寫數(shù)啟動ADSP2187運行,，并以此判斷整個循環(huán)的結(jié)束,。因為ADSP2187函數(shù)區(qū)數(shù)據(jù)為24 bit，因此對函數(shù)區(qū)數(shù)據(jù)讀寫時需要同時讀取2 B數(shù)據(jù),。
對ADSP2187芯片IDMA接口的讀寫,，通過對IDMA的控制寄存器和OVERLAY寄存器的操作來實現(xiàn)。寄存器各位定義如圖3,、圖4所示,。
對ADSP2187IDMA口的操作需要先對IDMA口控制寄存器和OVERLAY寄存器進行配置，說明需要讀取的數(shù)據(jù)是程序區(qū)還是數(shù)據(jù)區(qū),、在哪個頁面中,、地址為多少，然后對總線進行讀寫操作,，從而實現(xiàn)對ADSP2187內(nèi)部存儲區(qū)的讀寫,。
得益于接口電路的作用，TMS320C6414可以通過對地址0x03200000的操作來實現(xiàn)對IDMA控制寄存器和OVERLAY寄存器的配置,，當寫到該地址的數(shù)據(jù)最高位為1時,對OVERLAY寄存器進行操作,，為0時則對控制寄存器進行操作,；可以通過對地址0x03100000的讀寫實現(xiàn)對數(shù)據(jù)總線的讀寫,。ADSP2187的程序加載引導(dǎo)邏輯流程如圖5所示。
5結(jié)論
本設(shè)計實現(xiàn)了TMS320C6414和ADSP2187兩個DSP芯片共享Flash的程序引導(dǎo)加載,，該設(shè)計已成功應(yīng)用于某光電跟蹤裝置上,，較好地完成了信息處理程序的加載和引導(dǎo)，工作穩(wěn)定可靠,。本文設(shè)計方法為將來其他多DSP共享Flash的信息處理機設(shè)計提供了參考,，有著重要的實際意義。
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