基于DSP芯片的Flash程序自举引导设计

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　　随着数字信号处理技术的快速发展，DSP芯片被广泛应用于各种数字信号处理系统中。而Flash是一种可在线进行电擦写而掉电后信息又不丢失的存储器，它具有功耗低、容量大、擦写速度快等特点。如何将程序烧写进Flash，并在上电时加载到DSP内部的RAM中，是Flash在DSP系统应用中的两个基本问题。因此本文基于TI公司的TMS320VC5509A和AMD公司的AM29LV800开发系统，介绍了在线烧写Flash并实现自举启动的方法。

　　1.硬件电路设计

　　图1为TMS320VC5509A与AM29LV800的连接示意图，Flash扩展在CE1空间，起始地址为200000。由于TMS320VC5509A只有14根地址线A0~A13，又因为Flash作为数据存储空间使用时的地址编码采用字寻址方式，则DSP的A0信号无效，所以AM29LV800芯片的低13位地址线A0~A12连接TMS320VC5509A的地址线A1~A13，高6位地址线A13~A18由缓冲串口来扩展。

　　图1 TMS320VC5509A与AM29LV800的连接图

　　AM29LV800是低功耗Flash，工作在2.7V~3.6V电压下，一般存储数据可以保存100年以上，可以重复编程次数高达10万次。A18~A0为外部地址管脚，DQ0~DQ15为16条数据线，为片选控制管脚CE，为输出控制管脚OE，为写入控制管脚WE。

　　2.自启动过程分析及启动表结构

　　DSP系统的bootloader是指在系统上电时将一段存储在外部非易失性存储器中的程序，搬移到DSP片内或片外扩展的高速RAM中并执行的代码。Bootloader程序性地存储在DSP以FF8000H开始的ROM中，DSP系统在复位后PC=FF8000H，即从Bootloader程序首地址开始执行。

　　TMS320VC5509 DSP的Bootloader有多种加载方式，如表1所示，设置DSP的GPIO0-GPIO3，DSP在复位时读取这4个引脚上的状态以确定所使用的启动模式。本文使用16-bitEMIF加载方式，虽然连线复杂，需要考虑并行非易失存储器Flash与EMIF接口的匹配关系，但是它的优点很多：不需要外部时钟驱动，非易失存储器种类多样，容量较大，除了存储表之外，还可存储系统需要保存的关键数据，以便在掉电时保存信息。

　　表1 TMS320VC5509A的加载方式

　　在这些加载模式下，程序之前先要生成一张载入表，即引导表。引导表的结构如图2所示，引导表携带的信息有代码段和数据段信息，向DSP程序的入口点地址、寄存器配置信息和可编程延时信息。

　　图2 引导表结构

　　读引导表可知以下信息：程序入口地址是引导表加载结束后用户程序开始执行的地址，也就是用户程序生成的map文件中显示的入口地址;需配置寄存器数表明后面有多少个需要配置的寄存器;当延时标志为0xFFFF时，执行延时，延时长度决定了在寄存器配置后延时多少个CPU周期才进行下一个动作;段字节数、段起始地址和数据表示用户程序中定义的各个段的内容;引导表以32个0为结束标志。

　　生成引导表的方法：通过在DOS环境下使用hex55.exe转换工具。在转换操作之前，先把用户程序生成的。out文件、包含转换选项的CMD文件hex5509.cmd和转换工具hex55.exe放在同一个文件夹里，在DOS方式下先将路径修改为文件所在的位置，然后在此路径下运行命令hex55hex5509.cmd，即可生成想要的。hex文件。

　　在转换时，提供引导表的相关配置信息的CMD文件这里被命名为hex5509.cmd，文中用到的hex5509.cmd的内容为：

　　3.Flash烧写

　　Flash的读操作与传统EPROM读操作相同。由于芯片使用软件保护模式进行操作，用户编程时，只要向指定的地址写入指定的序列，就可以启动Flash芯片内部的写状态机，完成指定的操作。表2为Flash的操作命令说明(对芯片的擦除和编程都是按照字进行的)，表中所有的数据都是十六进制数。

　　Flash的正确操作顺序：先复位，再擦除，编程。

　　按照表2提供的操作命令时序来实现对AM29LV800的擦除和编程，PA为编程地址，PD为编程数据。Flash扩展在CE1空间，起始地址是200000，所以操作时所有地址必须加上200000。例如烧写工程中擦除部分命令为：

　　表2 AM29LV800B的操作命令说明

　　芯片擦除需要占用6个总线周期，而芯片编程需要4个总线周期，依照表3的数据，在每个总线周期对相应地址写入命令字就可以了。用户一般都是对芯片进行写操作，写操作只能使‘1’变‘0’，而擦除只能使‘0’变为‘1’。图3为擦除和编程命令波形图，清楚地显示了擦除和编程操作过程。

　　图3 擦除和编程命令波形图

　　判断编程或擦除的结束是当把编程或擦除的命令字按照其时序写入Flash时，在写编程命令时序或擦除命令时序的一个WE上升沿到来之后，AM29LV800会自动运行一个嵌入在Flash内部的算法来判断编程或擦除操作是否结束。采用触发位校验的方法，检测数据切换位DQ6(ToggleBit)的状态，连续读数据会使DQ6的值在‘0’和‘1’之间来回切换，当编程或擦除结束时，DQ6就停止值的切换。因此，可以通过连续两次读DQ6的值来判断编程或擦除是否结束，当两次读得的值相同时，说明编程或擦除结束，否则没有。触发位检测算法流程图如图4所示。

　　图4 触发位检测算法流程图

　　4.程序的烧写实现

　　本系统在CCS仿真环境下对Flash进行在线编程。

　　先建立一个Flash的烧写工程，并在工程中将要烧写进Flash的引导表文件通过CCS的LOADDATA功能直接加载进DSP的内存，根据加载的首地址和数据长度，在仿真环境下烧写进Flash中。值得注意的是，程序加载的内存空间不能与Flash的烧写程序重叠，否则烧写失败。

　　烧写完成以后，关掉电源，拔掉仿真器电缆，让仿真器和计算机脱开：重新打开电源，实验板上指示灯闪烁，表明烧写进Flash程序正在运行，自启动成功。

　　需要补充的是，经过hex55.exe文件转化后的hex文件的引导表文件不能直接导入CCS中，CCS只支持将特别规定的DAT格式文件通过LOADDATA导入内存，所以在导入之前必须先将引导表转化成DAT格式文件，这个工作可以由VC编写一个简单的C语言转化程序实现。

　　小结

　　以上就是基于DSP芯片的Flash程序自举引导设计介绍了。此设计可以有效地解决程序代码存储问题和DSP脱机自举问题，不仅提高了调试效率，也增加了系统的灵活性。