双核DSP片TMS320VC5421的并行引导方案
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增大字体摘要：介绍了利用双核DSP芯片TMS320VC5421的片内Bootloader程序实现并行引导的设计方案，给出了其软件及硬件的具体实现方法。
关键词：TMS320VC5421；Bootloader；并行引导；Boot表；FLASH；CPLD
１ 引言
ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１１、２（以下简称ＶＣ５４２１）是ＴＩ公司推出的一款双核定点ＤＳＰ芯片，它拥有两个ＤＳＰ子系统，每个子系统都有一个ＤＳＰ核，并且均有独立的数据和程序存储空间，可以进行两核之间的通信，并且两个子系统共享一套片外总线。此外，每个子系统各自拥有２ｋ １６ｂｉｔ字的片内ＲＯＭ，并存储有Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序。当ＤＳＰ芯片上电或复位时，两个ＤＳＰ核可分别启动自身独立的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序，以实现用户程序的上电自举。
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双核ＤＳＰ自启动和单核ＤＳＰ自启动的实现方法有较大的差别，这一点在ＤＳＰ系统设计中需要特别注意。本文对双核ＤＳＰ芯片ＶＣ５４２１的引导模式进行了深入的分析和研究，给出了使用１６位并行引导模式进行双核ＤＳＰ引导的实现方案。
２ ＴＭＳ３２０ＶＣ５４２１的Ｂｏｏｔ模式
ＶＣ５４２１可提供１６位并行引导、８位并行引导和串行ＥＥＰＲＯＭ引导等三种Ｂｏｏｔ模式来实现用户程序的上电自举。
其中１６位并行引导模式是通过片外存储器接口（ＥＭＩＦ）以ＤＭＡ方式将代码从１６－ｂｉｔ字宽的片外数据存储器搬移到片内程序存储空间；
８位并行引导模式则是通过片外存储器接口（ＥＭＩＦ）以ＤＭＡ方式将代码从８－ｂｉｔ字宽的片外数据存储器搬移到片内的程序存储空间；
而串行ＥＥＰＲＯＭ引导模式主要是通过多通道缓冲串口２（ＭｃＢＳＰ ２）从主设备中搬移代码并实现上电自举。
和５４系列中其它芯片不同的是，ＶＣ５４２１片内ＲＯＭ中的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序并不支持ＨＰＩ、并行Ｉ／Ｏ和标准串口模式的自启动方式。在其所支持的三种ｂｏｏｔ模式中，１６位并行引导模式是最常用的。本文对这种模式进行了深入分析，给出了使用该模式进行双核ＤＳＰ程序引导的方案，并通过实验验证了该方案的正确性。
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２．１ 并行引导模式的选择
ＶＣ５４２１的两个ＤＳＰ核在ＤＳＰ芯片上电或复位时，到底以哪种模式实现上电自举，主要由两个核的公共引脚ＸＩＯ和各自的ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ、ＧＰＩＯ１引脚决定。当ＸＩＯ为０（低电平）时，将不从ＲＯＭ引导，也就是说，将不使用ＶＣ５４２１片内ＲＯＭ中的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序实现上电引导，而是用ＨＰＩ模式实现上电自举；当ＸＩＯ为１（高电平），ＧＰＩＯ０／ＲＯＭＥＮ为０时，将使用片外存储器中用户自己编写的Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序实现上电自举；当ＸＩＯ为１ ＧＰＩＯ／ＲＯＭＥＮ为１ ＧＰＩＯ１为０或１时，将分别使用并行或者串行引导模式实现上电自举。因此，在实施相应的上电自举前，必须将引脚状态设置正确，以保证Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序按预定的模式执行。Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ模式的选择流程见图１。
当Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序检测到并行引导模式时，程序将以ＤＭＡ方式从片外数据存储区的００００ｈ单元取出模式选择字（ＢＳＷ）来进一步决定是８位还是１６位的并行引导模式。１０ＡＡｈ意味着选择了１６位并行引导模式，而如果选择８位并行引导模式，取出的两个字节将是０８ｈ和ＡＡｈ。之后，程序将按照Ｂｏｏｔ表进行加载。图２是并行引导模式的选择流程。
２．２ １６位并行引导模式的Ｂｏｏｔ表
Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序要搬移的代码必须组织成一定的格式，这就是Ｂｏｏｔ表。１６位并行引导模式的Ｂｏｏｔ表如表１所列。
表1 16位并行导模式Boot表
| DMA外部数据存储地址 | 数 据 内 容 | 含 义 |
| 0000h | 10AAh | 16位并行引导标志 |
| 0001h | 7FFFh | SWWSR |
| 0002h | F000h | BSCR |
| 0003h | 0000h | 程序入门XPC |
| 0004h | 5000h | 程序入口地址 |
| 0005h | 002Ch | 代码长度 |
| 0006h | 0000h | 目的XPC |
| 0007h | 5000h | 目的地址 |
| 0008h | 7761h | 程序代码 |
| …… | …… | 程序代码 |
| …… | …… | 程序代码 |
| 0034h | 0000h | Boot表结束 |
此外，需要注意的是，由于在多数程序中都有跳转指令或循环指令，所以，Ｂｏｏｔ表中的程序入口地址必须和程序的ｃｍｄ文件中分配的地址保持一致，也就是说，当在ＣＣＳ中进行调试时，如果程序Ｌｏａｄ到５０００ｈ，Ｂｏｏｔ表中的程序入口地址就应该是５０００ｈ。
２．３ Ｂｏｏｔ表的生成
Ｂｏｏｔ表可由ｈｅｘ５００格式转换工具生成，也可以自己编写一个文件格式转换程序来把．ｏｕｔ文件转换成所需的文件格式。本设计通过编写一个Ｃ＋＋程序来将．ｏｕｔ文件转换成．ｈｅｘ文件，然后再在文件的开始处增加相应的标志位和寄存器设置字，从而形成完整的Ｂｏｏｔ表。
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３ ＶＣ５４２１片外总线冲突的解决方案
由于ＶＣ５４２１是双核ＤＳＰ，每个核有各自的存储空间和Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序，但两核共享一套片外总线和一个ＸＩＯ引脚。这样，当两核的复位引脚Ａ＿ＲＳ和Ｂ＿ＲＳ同时收到复位低电平信号时，将同时申请片外总线的控制权。这就造成了申请片外总线的冲突。而且Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序总是检查该核有没有片外总线的控制权，如果没有，将循环检查直到取得片外总线的控制权。为了避免这种情况的发生，应该以合理的顺序给两个核上电。
由于ＶＣ５４２１中Ａ核带有用来控制时钟频率的锁相环电路，所以应该先对Ａ核进行复位，再启动Ａ核，然后利用Ａ核的用户程序来控制Ｂ核的复位，以实现两个核的启动。
根据系统需要，本设计使用Ａｌｔｅｒａ公司的ＣＰＬＤ芯片来产生各种控制信号。其电路连接示意图如图３所示。Ａ核的复位信号Ａ＿ＲＳ由ＣＰＬＤ芯片直接给出，并在系统上电或复位的同时对Ａ核进行复位。而Ｂ核的复位信号Ｂ＿ＲＳ则通过ＣＰＬＤ映射到ＤＳＰ的Ｉ／Ｏ空间００００ｈ地址单元的第６位：Ｂ核复位控制位（在系统复位后值为０）如图４所示。在Ａ核启动后，通过用户程序写Ｂ＿ＲＳ位可为Ｂ核提供复位信号。
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４ ＶＣ５４２１的并行引导自启动操作
４．１ 用户程序的搬移
两个ＤＳＰ核要完成各自的功能，执行的用户程序是不尽相同的，而且Ａ核的用户程序还要控制Ｂ核的复位，因此两个ＤＳＰ核的Ｂｏｏｔ表内容是不同的。由ＤＭＡ方式内部存储器图可知，程序空间的第０页和第１页属于Ａ核，第２页和第３页属于Ｂ核。因此，需要注意的是，当Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序搬移用户程序时，Ａ核的用户程序要被搬移到内部程序空间的第０页上，而Ｂ核的用户程序则要被搬移到第２页上。于是Ｂ核Ｂｏｏｔ表中的程序入口ＸＰＣ和目的ＸＰＣ应被设置成０００２ｈ。
４．２ Ｂｏｏｔ表的放置
本系统用４Ｍｂｉｔ（２５６ｋ×１６）ＦＬＡＳＨ器件ＳＳＴ３９ＶＦ４００Ａ作为片外数据存储器。页选信号由ＤＳＰ通过ＣＰＬＤ给出，并且映射到ＤＳＰ中Ｉ／Ｏ空间的００００ｈ地址单元的低５位（系统复位后５位均为０，即第０页）。如图４所示。另外，此地址单元的第５位（ＣＦＧ位）是控制ＦＬＡＳＨ映射的配置位。当ＣＦＧ为０时，ＦＬＡＳＨ被映射到ＤＭＡ片外数据空间的００００ｈ，此时，Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ程序可以以ＤＭＡ方式从ＦＬＡＳＨ中搬移数据并进行自启动；当ＣＦＧ为１时，ＦＬＡＳＨ被映射到ＣＰＵ片外数据空间的８０００ｈ，在这种情况下，可以通过程序向ＦＬＡＳＨ中烧写数据。因此，这一位在系统上电或复位后将被设置成０，以使Ａ核能够顺利启动。
由于两个ＤＳＰ核的Ｂｏｏｔ表内容不同，故应视Ｂｏｏｔ表的大小，将两个Ｂｏｏｔ表放到ＦＬＡＳＨ的不同页上，以便对两个核分别实行引导。本设计将Ａ核的Ｂｏｏｔ表放到第０页，将Ｂ核的Ｂｏｏｔ表放到第１页。
图5
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作者：佚名
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