TMS320VC54x系列DSP的用户Bootloader设计

张小莉

(海军计算技术研究所，北京100841)

TMS320VC54x系列DSP上电时，需要通过掩膜在DSP片上ROM的Bootloader（自举）程序完成对用户应用程序的加载过程，即DSP上电后自动将固化在Flash中的应用程序读入到DSP的片上RAM或片外RAM映射成的存储区间的一个过程[1]。由于片上Bootloader程序在外扩Flash并行自举方式下,用户应用程序可执行代码长度不能超过32 KB,所以在实际应用中常常会遇到可执行代码超过32 KB的问题。因此，用户必须设计自己的Bootloader程序,通过二次自举的方法完成对应用程序的自举。

1 TMS320VC54x系列DSP的自举

1.1 自举方式

TI公司的TMS320VC54x系列DSP所提供的自举功能非常强大，它支持多种自举方式，可以满足用户多种不同的需求。

这些方式包括串行口（标准串口、时分串口、缓冲串口）输入方式、并行口输入方式、HPI口输入方式、I/O口等方式。此外，按照数据进入DSP时的字长又分为8 bit方式和 16 bit方式[2]8-11。

1.2 自举过程

当MP/MC=0时，TMS320C54x被置于微计算机模式。上电或复位时，程序指针指向片内ROM区的0xff80单元。该单元放置了一条跳转指令，使程序跳转到0xf800单元，而0xf800单元的内容就是Bootloader引导程序的起始地址。Bootloader将存放在外部Flash中的应用程序搬移到DSP内部或外部的RAM区，搬移完成后跳转到该程序的入口处执行。存放在外部Flash的用户程序与一些必要的引导信号组合在一起称为自举表。自举表内容不仅包括了欲加载的各段代码，而且包括各段代码长度、各代码段存放的目标地址、程序入口地址等信息。TMS320VC54x系列DSP的自举表结构[3]如表1所示。

2 用户Bootloader设计

2.1 外扩Flash并行自举的局限性及解决方法

采用外扩Flash的16 bit并行自举是一种比较方便的使用方式。由于TMS320VC54x DSP系列CPU的数据空间只有 64 KB，其中低端 32 KB(地址从 0000h-7fffh)映射到内部，映射到外部数据空间的只有高端32 KB（地址从8000h-ffffh）。TI掩膜自举程序的处理方式是仅在这32 KB空间内进行寻址搬移[4]。如果用户应用程序超过了32 KB，则无法完成自举过程。

表1 自举表结构示意表

文中设计的TMS320VC5410A目标平台采用的Flash为 39VF800，存储容量 512 KB×16 bit，用来存储超过 32 KB的用户主程序。由于TI的5410 ADSP的外部数据空间只有 32 KB（地址从 8000h-ffffh）。因此，将 Flash分为16页，每页32 KB，重用8000h-ffffh地址空间。页编号从0开始，在访问Flash时需要先指定页号，然后读取数据。将用户自举程序放在Flash上电默认页 (即第0页)的最后2 KB，因此需要在Flash的第0页的ffffh位置写上F800h。用户自举程序从F800h开始连续存放。fffdh中存放主程序常用区起始页，供Bootloader程序寻址，Flash资源分配示意如表2所示。

表2 Flash资源分配表

2.2 二次自举

所谓二次自举是指上电时CPU片上自举程序首先将用户的自举程序搬移到片内RAM中运行,用户自举程序取得控制权后，再将用户的应用程序自举到RAM中运行。由于用户自举程序是自己编制的，在需要时可以控制Flash换页，因此也就突破了32 KB的限制。

2.3 可自举文件的生成

用户的自举过程完全仿照TI的处理方法，只是增加了处理超过32KB时的寻址切换问题。首先,利用CCS5000的集成开发环境编写调试自举程序和应用程序，并生成 .out文件[5]。然后利用TI公司提供的Hex转换工具Hex500.exe程序将.out文件转换为ASCII码文件，生成的ASCII码文件是一个严格按照自举表格式排列的可执行代码。同时生成的还有该文件的MAP文件，可以从MAP表中找到程序的入口地址[2]352-380,用户需将ASCII码文件进一步转换为二进制文件，最后，将二进制的用户自举程序和用户主程序分别烧写到Flash中相应的位置（如表1所示）即可。

可以利用编程器对Flash进行烧写。此外,CCS5000的集成开发环境提供了丰富的BIOS函数,使得文件读写变得极为方便。用户也可以自己编写Flash的文件烧结程序，并通过仿真器将用户程序烧制到Flash中。

2.4 用户Bootloader实现

图1 自举程序设计流程图

如图1所示，用户的自举程序需要完成CPU初始化、自举表格式实现、Flash读写操作、Flash分页切换等工作。当地址增加由0xffffh变为0x0000h时,则表明地址溢出,需要换页。自举程序从数据空间读取用户主程序数据写入到程序空间，搬移完毕后，用户自举程序将控制权交给用户主程序，从而完成自举过程。

TMS320VC54x系列DSP具有低功耗、高速度和多总线结构，在嵌入式开发中具有广泛的应用。本文介绍的二次自举方法,可以很好地解决用户程序代码超过32 KB的问题，这种方法具有较好的通用性和实用性，对DSP的技术开发人员有一定的参考启发。

[1]张勇,陈天麒.C/C++语言硬件程序设计——基于TMS320VC54x系列DSP[M].西安：西安电子科技大学出版社,2003:205-207.

[2]刘益成.TMS320VC54x DSP应用程序设计与开发[M].北京：北京航空航天大学出版社,2002.

[3]自动化在线.TMS320VC54x DSP在线烧写Flash存储器并实现自举引导的方法[J/OL].(2009-4-21)[2011-11-25].http://www.autooo.net/classid124-id45154.html.

[4]郑红，吴冠.TMS320VC54x DSP应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[5]尹勇，欧光军，关荣锋.DSP集成开发环境 CCS开发指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.