分頁(yè)燒寫Flash的多頁(yè)程序并行自舉方法

摘 要：以TMS320VC5410為例，介紹對(duì)Am29LV200B Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行程序分頁(yè)燒寫以及上電后多頁(yè)用戶程序并行自舉的方法。對(duì)多頁(yè)Flash存儲(chǔ)器的燒寫，須在燒寫過(guò)程中對(duì)已燒寫的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)判斷，當(dāng)達(dá)到預(yù)定燒寫長(zhǎng)度后對(duì)Flash進(jìn)行換頁(yè)，然后繼續(xù)燒寫，重復(fù)上述換頁(yè)過(guò)程，直到程序燒寫完為止。對(duì)多頁(yè)程序的并行自舉，在系統(tǒng)上電后，利用TI提供的自舉程序，將一個(gè)用戶自己編寫的前導(dǎo)程序載入DSP，利用該前導(dǎo)程序?qū)⒍囗?yè)程序載入DSP來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的自舉。此方法適用于多種FIash芯片和C5000系列DSP。
關(guān)鍵詞：TMS320VC5410 Am29LV200B DSP 多頁(yè)并行自舉

TI公司的DSP芯片TMS320Vc5410(簡(jiǎn)稱5410)是性能卓越的低功耗定點(diǎn)DSP，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。5410沒(méi)有自帶的片上非易失性存儲(chǔ)器，因此需要外部的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，如EPROM或Flash，來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。5410片內(nèi)有64 K字RAM，由于在片內(nèi)RAM運(yùn)行程序比片外運(yùn)行有高速度低功耗等顯著優(yōu)點(diǎn)，通常上電后都需要從片外EPROM或Flash上加載程序到片內(nèi)RAM，但是芯片自帶的自舉程序(簡(jiǎn)稱Bootloader)只支持32 K字以內(nèi)的外部程序加載，因此程序設(shè)計(jì)往往局限于32 K字空間內(nèi)，限制了編程的靈活性，不能充分發(fā)揮5410的性能。當(dāng)程序空問(wèn)大于32 K字時(shí)，就需要自己編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自舉。下面首先介紹使用5410對(duì)Am29LV200BFlash存儲(chǔ)器進(jìn)行程序分頁(yè)燒寫的方法，然后重點(diǎn)介紹利用Bootloader來(lái)編程實(shí)現(xiàn)多頁(yè)并行自舉引導(dǎo)的方法。

1 Am29LV200B Flash 存儲(chǔ)器的分頁(yè)燒寫
1.1 FIash 存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介
Am29LV200B(簡(jiǎn)稱Flash)是AMD公司生產(chǎn)的Flash存儲(chǔ)器，主要特點(diǎn)有：3 V單電源供電，可內(nèi)部產(chǎn)生高電壓進(jìn)行編程和擦除操作；支持JEDEC單電源Flash存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)；只需向其命令寄存器寫人標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令，具體編程、擦除操作由內(nèi)部嵌入的算法實(shí)現(xiàn)，并且可以通過(guò)查詢特定的引腳或數(shù)據(jù)線監(jiān)控操作是否完成；可以對(duì)任一扇區(qū)進(jìn)行讀、寫或擦除操作，而不影響其他部分的數(shù)據(jù)。文中128K16位Am29LV200B Flash映射為5410的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，地址為：0x8000～0xFFFF，數(shù)據(jù)總線16位，用于16位方式的并行引導(dǎo)裝載。128K的Flash被分為7頁(yè)進(jìn)行訪問(wèn)。本文通過(guò)DSP的I／O端口向FPGA寫控制字，由FPGA控制Flash的換頁(yè)引腳對(duì)各個(gè)分頁(yè)進(jìn)行訪問(wèn)；以燒寫2個(gè)頁(yè)面為例，使用Flash的第1、2頁(yè)，初始化時(shí)選中第l頁(yè)。

1.2 Flash 存儲(chǔ)器的分頁(yè)燒寫
Flash的頁(yè)面分配和相應(yīng)的引腳控制如表1所列。關(guān)于Am29LV200B的擦除、寫、校驗(yàn)等詳細(xì)操作，請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]、[2]。

從表1可以看到，通過(guò)對(duì)A16、A15等地址引腳的控制，可以實(shí)現(xiàn)Flash的頁(yè)面切換。在燒寫過(guò)程中，只要在指定頁(yè)面燒寫完預(yù)定空間后就對(duì)Flash進(jìn)行換頁(yè)，然后將燒寫指針指向新的一頁(yè)的首地址，就可以繼續(xù)進(jìn)行燒寫，當(dāng)程序燒寫完成后需要將頁(yè)面換回到第1頁(yè)，在第1頁(yè)的FFFFH地址寫入8000H，這樣Bootloader可以從這一頁(yè)開(kāi)始自舉。整個(gè)燒寫程序流程如圖1所示。

這里會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：程序燒寫好后，雖然Bootloader可以自動(dòng)加載程序，但是Bootloader怎樣在加載過(guò)程中自動(dòng)換頁(yè)?下面詳細(xì)介紹利用片上Bootloader編程實(shí)現(xiàn)多頁(yè)程序并行加載的方法。

2 多頁(yè)并行加載的實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)多頁(yè)加載，關(guān)鍵問(wèn)題是要讓Bootloader知道什么時(shí)候可以換頁(yè)；但是Bootloader是固化在5410片上ROM內(nèi)的，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行編程。解決的方法是通過(guò)自己編寫一段“前導(dǎo)”加載程序(簡(jiǎn)稱Loader)來(lái)實(shí)現(xiàn)加載中的換頁(yè)：首先將Loader和用戶程序都燒寫到Flash中，當(dāng)系統(tǒng)上電后，Bootloader將Loader加載到片上并運(yùn)行，然后Loader將Flash中的用戶程序加載到目標(biāo)RAM空間。這個(gè)加載過(guò)程是用戶編程可控的，因此在需要換頁(yè)時(shí)，可以控制Flash進(jìn)行換頁(yè)，加載完成后，Loader跳轉(zhuǎn)到用戶程序的人口地址處運(yùn)行用戶程序。

2.1 Bootloader的并行自舉表結(jié)構(gòu)和編程后的自舉表結(jié)構(gòu)
5410的并行加載過(guò)程以及生成并行自舉表的詳細(xì)方法請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]、[3]。Bootloader使用圖2所示的并行自舉表來(lái)加載程序。Bootloader從表頭開(kāi)始依次讀取自舉表，然后將相應(yīng)的程序段加載到目標(biāo)RAM，最后以程序段大小為0來(lái)結(jié)束自舉表的讀取，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口地址執(zhí)行用戶程序。從圖2可以看到，Bootloader是以自舉表中的程序長(zhǎng)度為0來(lái)結(jié)束自舉的，于是就可以利用這個(gè)特性，給Bootloader制造一個(gè)“假象”，讓Bootloader在加載完Loader程序后，認(rèn)為程序已經(jīng)加載完畢，然后開(kāi)始運(yùn)行Loader程序，繼續(xù)加載用戶程序。按照這個(gè)思路，可以建立圖3所示的自舉表。

圖3中的黑體字部分，是嵌入了Loader程序的自舉表，有了圖3這樣形式的并行自舉表，系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)多頁(yè)程序的并行自舉。建立這樣的自舉表很簡(jiǎn)單，只需要將hex500格式轉(zhuǎn)換工具生成的Loader的并行自舉表和用戶程序的并行自舉表按圖3給定的格式，通過(guò)簡(jiǎn)單的文件操作合并在一起就可以了。注意：Loader程序要占用一部分RAM空間，用戶程序空間不能和Loader的RAM空間重疊在一起。

2.2 Loader程序的具體實(shí)現(xiàn)
下面以分布在2個(gè)Flash頁(yè)面的程序?yàn)槔?，給出5410并行自舉的示例程序。程序中，當(dāng)I／O端口5寫人數(shù)據(jù)O時(shí)，選中Flash第1頁(yè)；寫1時(shí)選中第2頁(yè)。程序里用黑體字標(biāo)出的注釋部分，是Loader程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)或難點(diǎn)。(具體程序見(jiàn)本刊網(wǎng)站www．mesnet．com．cn――編者注)

示例程序中,DSP上電后，Bootloader將Loader程序加載到RAM中，然后執(zhí)行Loader程序：Loadelr程序從Flash第1頁(yè)的8080H開(kāi)始讀取用戶程序自舉表，當(dāng)Flash讀取計(jì)數(shù)值超過(guò)31 K時(shí)，將Flash切換到頁(yè)面2，繼續(xù)加載，自舉完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口地址執(zhí)行用戶程序。在編寫自舉程序過(guò)程中，有這樣幾個(gè)問(wèn)題需要注意：

①在換頁(yè)時(shí)，一般情況下程序段都會(huì)跨越兩個(gè)頁(yè)面，因此在確定需要換頁(yè)時(shí)要計(jì)算出第1頁(yè)和第2頁(yè)分別要加載的段長(zhǎng)度。
②整個(gè)用戶程序段開(kāi)始時(shí)有2個(gè)字的入口信息，每一個(gè)程序段都有3個(gè)字的段信息，因此需要在Flash讀取計(jì)數(shù)時(shí)給予修正，才能正確加載數(shù)據(jù)。
③在確定需要換頁(yè)時(shí)要將換頁(yè)標(biāo)志置為1，換頁(yè)后要將換頁(yè)標(biāo)志置為0，而且換頁(yè)后要將數(shù)據(jù)讀取指針指向第2頁(yè)的開(kāi)頭地址。

如果要使用本文的示例程序，一定要將Loader程序燒寫到Flash第1頁(yè)8000H的位置，用戶程序段燒寫到8080H以后的位置。再次提醒，Loader程序加載到RAM中的地址，不能和用戶程序段加載到RAM中的地址重疊。例如Loader使用了RAM中的7F80H～8000H這段空間，則用戶程序不能使用這段空間，否則會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。Loader的自舉流程如圖4所示。

3 總 結(jié)
要實(shí)現(xiàn)5410的多頁(yè)程序并行自舉，有如下幾個(gè)步驟：
①根據(jù)用戶程序的需求以及實(shí)際使用Flash的分頁(yè)設(shè)置，參考第2部分提供的思路和例子編寫Loader程序；
②使用hex500代碼轉(zhuǎn)化工具分別生成Loader程序和用戶程序的自舉表；
③將兩個(gè)自舉表按圖2的格式生成一個(gè)新的自舉表，再使用第1部分介紹的方法將新的自舉表分頁(yè)燒寫到Flash上。

使用本文介紹的方法，通過(guò)多次試驗(yàn)，系統(tǒng)上電后，能夠很好地實(shí)現(xiàn)2個(gè)頁(yè)面程序的并行自舉。雖然是以2個(gè)頁(yè)面為例介紹Flash燒寫和并行自舉的方法，但是對(duì)于2頁(yè)以上的程序燒寫和并行自舉同樣適用，只需要進(jìn)行一些細(xì)微的改動(dòng)即可。本文提供的方法以不到128字的RAM空間代價(jià)，在5410上實(shí)現(xiàn)了將大于32 K字的程序并行自舉到片上RAM，大大提高了編程的自由度和程序的運(yùn)行速度，降低了系統(tǒng)功耗。這個(gè)方法有很強(qiáng)的通用性，可以在很多存在類似問(wèn)題的DSP芯片(5409、5416等)上進(jìn)行應(yīng)用，具有較高的實(shí)用價(jià)值。