大容量無線傳輸技術中高性能DSP啟動方法

1 引言

在極低譜密度，高頻譜利用率的大容量無線傳輸技術中，高速實時信號處理成為技術的 關鍵。目前市場上，能滿足對高速實時信號處理的需要有具有良好的可編程性的器件主要有 DSP 和FPGA。

TMS320C6000 系列DSP 是TI 公司推出的一種高性能的數字信號處理器，包含定點和浮 點兩個系列，其中定點系列包括TMS320C62xx 和TMS320C64xx，浮點系列包括TMS320C67xx。 C6000 系列DSP 有三種啟動方式：

（1） 主機啟動

如果選擇主機啟動模式，在復位信號結束后，DSP 的CPU 被內部“阻塞”而其他部分都 被釋放。在此期間，一個外部的主機在必要時可以通過主機接口初始化CPU 的內存空間，包 括配置與啟動相關的內部寄存器。一旦主機完成了所有必須的初始化，它必須將HPIC 寄存 器的DSPINT 位置“1”來完成啟動過程。在程序加載完后，CPU 被從“阻塞”中喚醒，然后 從地址0 處執(zhí)行指令。在CPU 被喚醒后，CPU 需要將DSPINT 位清零[1]。

（2） ROM 啟動

如果采用ROM 啟動模式，則C6000 系列的DSP（C621x/C671x/C64x）復位后自動從CE1 空間的起始處拷貝1K 字節(jié)的代碼到內存空間。該拷貝過程由EDMA 完成，使用默認的Rom 時鐘。在此過程中CPU 一直處于“阻塞”狀態(tài)，直到拷貝完成后才被被喚醒，然后從地址0 處開始執(zhí)行程序[1]。

（3） 無啟動

如果選擇無啟動模式，CPU 復位后直接從地址0 處開始執(zhí)行指令。 C6000 系列DSP 的器件配置情況決定了選擇的啟動方式。具體來說就是DSP 的啟動模式 管腳（boot mode pins）接上拉還是下拉電阻。以C6416 為例，BEA[19：18]是啟動模式管 腳，它們取不同的值（上拉電阻代表“1”，下拉電阻代表“0”）代表的含義如表1-1 所示：

如果DSP 的程序小于1K 字節(jié)，那么上述ROM 啟動機制已經可以完成程序的加載。然而 事實上大部分DSP 的程序會大于1K 字節(jié)，這時就需要創(chuàng)建一個特定啟動程序來完成更多代 碼的加載。該特定啟動程序又被稱作二級bootloader[2]。

在需要二級bootloader 的程序中，這段特定啟動代碼通常駐留在ROM 存儲器的起始位 置以便在DSP 復位后能自動被加載到內存地址0 處。當1K 字節(jié)代碼被加載完畢后，CPU 開 始從地址0 處執(zhí)行，也就是執(zhí)行二級bootloader 的內容。二級bootloader 的功能就是將程 序的剩余部分拷貝到內存中。

2 啟動方法的設計與實現

采用二級bootloader 的DSP 啟動方法的實現大體分為四步：配置存儲器；編寫 secondary bootloader 代碼；編譯程序，轉換目標文件的格式；將程序燒寫進FLASH。圖1 為實施該啟動方法的硬件平臺示意圖，其中DSP 的型號選擇C6416，FLASH 的型號選擇 AM29LV800B。

2.1 配置存儲器

2.1.1 定義存儲器分區(qū)

為了實現使用二級bootloader 的ROM 啟動，需要將FLASH 劃分為FLASH_BOOT, FLASH_REST 兩個區(qū)。這兩個區(qū)分別存儲由on-chip bootloader 拷貝的程序段和由secondary bootloader 拷貝的程序段。對于BIOS 程序，Memory 段的定義在MEM（Memory Section Manager）對象里。對于非BIOS 程序，Memory 段定義在linker command file 中。一個C6416 的Memory 段定義的例子如下所示：

2.1.2 COFF 段的定位

DSP 程序是以COFF 段的形式在內存中存放的。一個COFF 段就是一個代碼或數據塊，
它在內存中占據連續(xù)空間。COFF 段分為自定義段，初始化段和未初始化段三種。COFF 段可
以有各種屬性，其中l(wèi)oad 屬性和run 屬性跟DSP 啟動有密切關系。Load 屬性指明段的存儲
地址，run 屬性指明段的執(zhí)行地址。二級bootloader 負責將所有的段從load 地址拷貝到run
地址。例如：

.text: LOAD= FLASH, RUN= IRAM

表示代碼段.text 被存儲在flash 中，DSP 啟動時二級bootloader 將該段拷貝到IRAM 中。

2.2 編寫Secondary Bootloader 代碼

對于C6416，外部存儲器接口(EMIF)需要正確配置以后才可以訪問外部存儲器件。在這項工作完成后，二級bootloader 應該將所有的初始化段從它們的load 地址拷貝到run 地址，之后再跳轉到_c_int00，也即是程序入口點。Secondary Bootloader 用匯編語言編寫，因為此時C 環(huán)境尚未建立。

二級bootloader 必須知道所有初始化段的大小，在Flash 中存儲的位置以及應該被加載到何處才能進行正確的拷貝。事實上，二級bootloader 通過讀取段拷貝表獲得上述信息。
本文第三部分詳細說明了有關段拷貝表的內容。

完成二級bootloader 代碼的編寫后，應將它添加入工程，與工程的其他代碼一同編譯鏈接生成.out 文件。

2.3 轉換目標文件的格式

編譯鏈接生成的是.out 格式文件，然而Flash 一般接收的是ASCII 格式的文件[3]。CCS附帶的工具hex conversion utility 可將.out 文件轉換為ASCII 格式的.hex 文件，Hex6x以命令行文件的形式執(zhí)行。Hex 命令行文件中，首先指明輸入文件（.out），輸出文件的格式和ROM 的大小及類型，以及哪些段需要被放在ROM 中。一個Hex 命令行文件的例子如下所示（注釋內容用“/*”和“*/”括起）：

-a /*輸出文件采用ASCII 格式*/
-image /*鏡像模式*/
-memwidth 8 /*ROM 數據寬度8bit*/
ROMS
{
FLASH: org = 0x64000000, len=0x100000, romwidth = 8, files =
{.rom_boot.hex}

}
SECTIONS /*列出所有需要固化在Flash 中的COFF 段*/
{
.vectors /*中斷向量表段*/
.boot_code /*二級bootloade 段r*/
.text /*代碼段*/
.cinit /*全局變量初始值段*/
}

2.4 將程序燒寫進Flash

將2.3 節(jié)生成的ASCII 文件燒寫進Flash 可以使用CCS 自帶的FlashBurn 工具。

FlashBurn 是一個帶圖形界面的軟件，它首先將一個稱作FlashBurn Target Component(FBTC)的程序下載到DSP 內存中，通過與FBTC 的實時數據交換完成對Flash 的擦除編程等操作。
針對不同的硬件（DSP，Flash 型號）修改FBTC 是該方法的關鍵。所需修改處包括Flash 的基地址，大小，及讀寫命令字等。

3 段拷貝表

二級bootloader 使用一個段拷貝表(section copy table)進行段的拷貝。段拷貝表包含每個需要拷貝的段的必要信息，如段的load 地址，段的run 地址，段的大小。段拷貝表被插入在secondary bootloader 的末尾。

生成段拷貝表的方法有兩種：

1) 使用hex conversion utility 的-boot 選項

在2.3 節(jié)中我們討論了程序文件格式的轉換和hex 命令行文件，事實上Code Composer
Studio 自帶的工具hex conversion utility 提供了一種更為方便的生成段拷貝表的方法，只要在hex 命令行文件中使用一些特殊的選項即可。特殊的選項有–boot, bootorg ? 和–bootsection，這三個選項的含義分別如下：
-boot 使用該選項時hex conversion utility 將自動轉換所有初始化段的格式
-bootorg 指明段拷貝表的地址
-bootsection 指明二級bootloader 所在的段的名稱

2) 使用linker 選項（LOAD_START,RUN_START,SIZE）

涉及段拷貝表的生成的有三個選項：LOAD_START,RUN_START 和SIZE，可分別獲得一個
段的駐留地址，運行地址和大小。例如下列代碼可獲得text 段的駐留地址（存于
_text_ld_start 中），運行地址（_text_rn_start）和段的大?。ù嬗赺text_size）
.text : load = FLASH_REST, run = IRAM
LOAD_START(_text_ld_start),
RUN_START(_text_rn_start),
SIZE(_text_size)

4 結束語

本文針對在極低譜密度，高頻譜利用率的大容量無線傳輸技術研究中C6000 系列DSP的應用程序大于1K 字節(jié)的情況，提出了一種使用二級bootloader 從Flash 啟動DSP 的方法。該方法可應用于采用了C6000 系列DSP 的嵌入式系統(tǒng)中，不需要額外的Flash 編程器，具有廣泛的適用性。

本文作者創(chuàng)新點：在二級bootloader 中引入段拷貝表用以控制程序加載過程，并利用CCS 自身的編譯功能獲取段拷貝表的內容，該方法可提高效率且準確性高。