1 引言
DSP芯片的Bootloader程序用于上電時將用戶程序從外部非易失性,、慢速存儲器或外部控制器中裝載到片內(nèi)高速RAM中，保證用戶程序在DSP內(nèi)部高速運行,，TI公司的C55x系列DSP芯片提供多種裝載模式,，主要包括HPI引導裝載,、串行E2ROM引導裝載、并行引導裝載,、串行口引導裝載,、I2C總線E2ROM引導裝載等，通常使用的是并行引導裝載模式,，該方式引導速度快實現(xiàn)簡單,，但是體積和功耗也較大，隨著串行接口存儲設(shè)備容量的提高,，串行引導方式體積小,、功耗低的優(yōu)勢便顯現(xiàn)出來了，所以使用ARM的串行接口對DSP進行引導裝載,，不僅能省去存儲芯片,，而且利用ARM的ISP功能，可以根據(jù)需要改變用戶程序,，有利于系統(tǒng)的維護和升級,。
本文以TMS320VC5509A芯片引導裝載為例，詳細介紹了利用ARM通過I2C串行引導方式來實現(xiàn)程序的引導裝載,，其他引導過程可參考相關(guān)技術(shù)資料[1],。
TMS320VC5509A是TI公司一款16位定點低功耗DSP芯片，其指令周期最快為5ns,，片內(nèi)擁有128×16k高速RAM,，性價比很高，被廣泛用于嵌入式手持設(shè)備,、通信,、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。
T
I公司的DSP芯片出廠時,，在片內(nèi)ROM中固化有引導裝載程序（Bootloader）,，其主要功能就是將外部的程序裝載到片內(nèi)RAM中運行，以提高系統(tǒng)的運行速度,，C55x系列DSP其Bootloader程序位于片內(nèi)ROM空間的0xFF0000-0xFF8000處,，進入Bootloader程序后，程序先對DSP進行初始化,，配置DSP的堆棧寄存器,、中斷寄存器和DSP狀態(tài)寄存器，保證在引導裝載用戶程序時不會被中斷,，從而引導程序加載失敗,。
由于DSP可以通過自舉表對寄存器進行修改，需要注意在Bootloader程序運行時，盡量不要修改Bootloader程序配置過的中斷控制寄存器,，否則會導致不可預料的后果,。
2.1 I2C引導模式硬件連接
為了通過I2C總線來實現(xiàn)對DSP引導裝載，通常情況是選擇具有I2C總線接口的E2ROM,，電路框圖如圖1所示,，其中GPIO0-GPIO3是用來選擇Bootloader引導模式，當DSP復位后對這4個管腳電平采樣,，根據(jù)不同的組合進入到對應的Bootloader程序,，表1列出了GPIO0-GPIO3的管腳不同狀態(tài)的組合以及對應的Bootloader引導方式。SDL和SDA分別為I2C的時鐘和數(shù)據(jù)線,，其上拉電阻的大小取決于所連接I2C設(shè)備的多少[2],。
如果通過I2C總線對DSP實現(xiàn)引導裝載，對存儲數(shù)據(jù)的I2C設(shè)備有如果幾點要求：
?。?）該設(shè)備首先必須兼容Philips的I2C總線規(guī)范V2.1,，工作在從設(shè)備模式，并且其從設(shè)備地址為0x50,。
（2）設(shè)備內(nèi)部使用兩個字節(jié)尋址,，即在接收到主機寫命令后,，其后接收到的數(shù)據(jù)是16位的地址數(shù)據(jù)。
?。?）對設(shè)備讀取時,，相關(guān)設(shè)備必須支持自動尋址增量，即每讀一次,，其內(nèi)部地址指針自增1,，保證程序按順序讀出。
常用的I2C接口E2ROM有ST公司的M24系列及Philips的PCF85系列的E2ROM,，根據(jù)程序大小選擇相應的芯片,，需要注意的是I2C引導模式最多支持64kB的數(shù)據(jù)。
在I2C引導模式運行時,，DSP作為主設(shè)備來控制I2C總線的時鐘,，對于DSP來說，SCL必須滿足根據(jù)方程（1）所得到的速率,，而I2C引導模式支持的最高時鐘速率為400kHz,，所以如果想利用I2C引導模式，DSP上電時輸入時鐘就不能大于12MHz,。
SCL（高）=SCL（低）=15×（DSP輸入時鐘周期） （1）
2.2 I2C引導模式數(shù)據(jù)存儲方式
為了能正確地將數(shù)據(jù)從外部存儲器搬移至DSP內(nèi)部,，用戶程序需要將數(shù)據(jù)按照一定格式存儲在E2ROM中，按照這些格式存儲的數(shù)據(jù)便是自舉表（Boot table），自舉表是Bootloader程序能正常運行的保證,，只有將數(shù)據(jù)按照自舉表的要求存儲,，用戶程序才能被搬移到DSP內(nèi)部正常運行，在自舉表中除了用戶數(shù)據(jù)外還需要一些Bootloader控制數(shù)據(jù),，如程序入口地址（entry point address）,、寄存器配置（register configurations）和可編程延遲（programmable delay）等，自舉表的結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
其中程序入口地址在將用戶程序搬移至DSP內(nèi)部后,，用戶程序從該地址處開始運行，通常情況是中斷向量表的reset處,，在Bootloader搬移數(shù)據(jù)之前,，如果需要可以改變某些寄存器的值，如DSP的clock配置寄存器,、EMIF配置等,，通過自舉表配置這些寄存器后，需要一定時間才能正常工作,，否則會導致引導程序失敗,。延遲計數(shù)器是讓Bootloader推遲相應的CPU周期再進行數(shù)據(jù)搬移，確保引導程序正常工作,，由于DSP是采用分段格式來組織數(shù)據(jù)的,，如代碼段、數(shù)據(jù)段和用戶自定義數(shù)據(jù)段等,，所以生成的自舉表也是按照對應格式來建立的分段存儲,，這樣有利于程序維護，實現(xiàn)模塊化設(shè)計,。
在自舉表的最后,，是連續(xù)的4個字節(jié)的全零數(shù)據(jù)，其目的是為了告訴DSP程序引導完成,，可以傳至程序入口執(zhí)行,，同時DSP也發(fā)出指示給外部存儲設(shè)備告知引導結(jié)束，在I2C模式中,，作為主機接收設(shè)備的DSP信號將會在接收到結(jié)束標志后在數(shù)據(jù)總線上給出停止標志,，用來結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸。
要建立自舉表,，可以利用TI提供的HEX轉(zhuǎn)換程序（HEX55.exe）,，將生成的連接文件轉(zhuǎn)換成用于存儲器的數(shù)據(jù)格式[1]。首先,，需要建立一個CMD（鏈接命令文件linker command file）文件,，輸入需要的鏈接選項，HEX55利用該文件提供的各種選項來轉(zhuǎn)換文件，下面是一個為I2C引導方式建立的CMD文件和其選項以及具體含義：
通常情況下還需定義采用某種方式如-Serial8,、-parallel16等選項,，表示采用何種Boot方式從而生成對應的存儲格式，由于采用了I2C模式來引導,，所以這些選項可以不使用,，另外還可以使用-reg_config和-delay選項，分別來設(shè)置需要改變的寄存器值以及需要延遲的CPU周期數(shù),，最后需要注意的是HEX55程序要使用v2.1及后續(xù)版本,，早期版本生成的自舉表不能正確引導程序。
3 ARM端設(shè)計
上面介紹了利用I2C接口的E2ROM來實現(xiàn)引導裝載的硬件連接和需要的數(shù)據(jù)存儲形式,，實際利用ARM自身的I2C控制器,，將自舉表存儲在ARM的FLASH中，并且讓ARM按照I2C引導模式中E2ROM的時序向DSP發(fā)送對應的數(shù)據(jù),，實現(xiàn)對DSP的引導裝載,，所選用的ARM是Philips的LPC2138。LPC2813是基于32b ARM7的內(nèi)核,，內(nèi)部擁有多達512k的高速FLash和32k的靜態(tài)RAM,，其工作頻率可達60MHz，其I2C總線控制器支持I2C所有工作模式,，這些在用于引導DSP時就不用使用端口來模擬I2C時序,，使用十分方便，引導DSP時,，只要ARM按照對應的順序來發(fā)送數(shù)據(jù)，就能實現(xiàn)DSP的程序引導,，使用ARM引導時,，只需將圖1中的SCL和SDA分別與ARM的SCL和SDA連接即可。
Bootloader使用I2C讀取數(shù)據(jù)時其時序如圖2所示,。引導開始后,，DSP首先會使用隨機讀取指令（random read command）從0x0000地址處讀取數(shù)據(jù)，該讀取指令由一個虛假的寫指令和當前地址讀取指令（current address read command）組成,，ARM正確響應該指令后,，DSP便繼續(xù)采用當前地址讀取指令讀取剩余數(shù)據(jù)。
在LPC2138中,，I2C總線有專門的控制器,，并且每次接收到數(shù)據(jù)后對應的I2C狀態(tài)寄存器會以不同的代碼來表示當前I2C總線狀態(tài)，用戶可以根據(jù)不同的狀態(tài)來進行下一步的操作[3],，整個引導過程就是ARM根據(jù)不同的總線狀態(tài)來發(fā)送或接收相應的數(shù)據(jù),，使用ARM引導DSP程序加載時，ARM作為從設(shè)備工作，在兩種工作模式之間切換,，分別為從設(shè)備接收（slave receiver和從設(shè)備傳輸（slave transmitter）,。
下面介紹ARM端程序的運行狀況，程序中首先通過I2C地址寄存器（I2ADDR）將ARM的從設(shè)備地址置為0x50,，再利用I2C置位控制寄存器（I2CONSET）將其中的I2EN和AA置1,，這樣ARM就工作在從設(shè)備模式，一旦I2C總線接收到有效數(shù)據(jù),，程序就進入到中斷服務程序中運行,，用戶程序根據(jù)I2C狀態(tài)寄存器（I2STAT）的值判斷當前狀態(tài)從而進入下一步操作，圖3為中斷服務程序工作流程,。
圖3中State代表接收到數(shù)據(jù)后,，I2C狀態(tài)寄存器中的值，不同的值代表總線上可能出現(xiàn)的各種狀態(tài),。0xA0代表程序收到的是start或是stop標志,，返回主程序繼續(xù)等待中斷，0x60代表接收到自己的從設(shè)備地址和寫命令,，并返回ACK信號,，Count1代表收到的寫命令次數(shù)，由于整個引導過程中只能接收到一次寫命令,，所以只要Count大于1則接收出錯,，需要重新啟動引導程序，利用ARM控制DSP的復位信號重新開始引導過程,，直至成功引導,，0x80表示ARM進入了從設(shè)備接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，并且前邊已經(jīng)收到了本機的設(shè)備地址,，此次接收到了數(shù)據(jù)并返回ACK信號,，I2DAT在從設(shè)備接收模式時存儲接收到的數(shù)據(jù)，發(fā)送模式時存儲待傳輸?shù)臄?shù)據(jù),，引導開始后,，連續(xù)兩次接收的數(shù)據(jù)應該為0，若并不為0,，表示引導程序出錯,，需要復位DSP重新開始接收。
Count為連續(xù)兩次接收數(shù)據(jù)0的計數(shù)器,，一旦滿足條件,，將發(fā)送緩沖區(qū)的首地址取出存儲在Trans_addr中，0xA8代表接收到當前地址讀取命令,，一旦接收到此命令,，將待發(fā)送數(shù)據(jù)取出送入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器I2DAT,，以便下一次傳輸時將數(shù)據(jù)送出，0xC0表示數(shù)據(jù)發(fā)送成功,，而且沒有收到ACK信號,，意味著當前地址讀取命令結(jié)束，此時將發(fā)送緩沖區(qū)地址加1,，取出下一次待發(fā)送數(shù)據(jù)地址,，這樣便完成了1個字節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送，整個引導過程一直到DSP收到自舉表結(jié)束標志后停止,，需要注意的是,，I2C中斷標志位需要通過軟件清除，每次中斷返回時都必須用I2C清零控制寄存器（I2CONCLR）手動清除I2C控制寄存器中的中斷標志,。
按照上述方法就完成了I2C引導裝載模式,，用戶可以在程序中加入測試程序，通過控制GPIO高低變化生成脈沖,，利用示波器觀察從而判斷程序引導是否成功,。
4 結(jié)語
本文提出的引導方式已經(jīng)成功地應用于一款低功耗、小型戶數(shù)傳設(shè)備當中,，免去了對外部存儲器的編程,，特別有利于設(shè)備的升級和維護。