王怡林
(光電控制技術重點實驗室，河南 洛陽 471009)
摘要：針對雙DSP共享Flash進行程序加載引導的復雜問題，對基于TMS320C6414和ADSP2187的雙DSP程序加載引導方法進行了研究與設計。其中TMS320C6414作為主處理器，ADSP2187作為協處理器，共享的Flash芯片連接在TMS320C6414的EMIFB接口上，TMS320C6414通過EMFIA接口與ADSP2187的IDMA接口連接。系統上電后，TMS320C6414首先從Flash芯片讀出主處理程序并完成自身加載和引導，然后讀出協處理程序，發送給ADSP2187并協助其完成加載和引導。
關鍵詞：TMS320C6414；ADSP2187；共享Flash；加載；引導
中圖分類號：TP368文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.009
引用格式：王怡林. 雙DSP共享Flash程序加載引導設計與實現［J］.微型機與應用，2016,35（23）：31-34.
0引言
在紅外目標跟蹤領域,隨著算法復雜度的提升,運算量增長速度非常驚人,這使傳統的單DSP處理系統難以負荷, 因而對復雜的信號處理算法進行分塊并在硬件系統上采取多DSP 并行處理的方法勢在必行［1］。某信息處理平臺是某光電跟蹤裝置的核心，為滿足系統要求，該平臺以TMS320C6414和ADSP2187兩型DSP芯片為核心進行設計。基于體積、成本等限制，需兩個DSP共用一片Flash完成程序存儲，并在上電時順利完成兩個DSP程序的加載和引導。本文針對這一要求進行研究，設計了一種兩個DSP共享Flash的程序加載引導方法。
1系統方案設計
TMS320C6414是TI公司推出的一款32位定點數字處理器，采用超長指令字結構，一個周期可同時執行8條指令，主頻最高達600 MHz［2］，內部包括64個用于配置的32位寄存器，還有6個計算單元(ALU)，2個乘法器。接口方面具備2個外部存儲接口，3個多通道緩沖串行接口， 1個主機接口和通用I/O接口等，還具備EDMA功能。
ADSP2187是ADI公司的ADSP系列的定點數字信號處理器［3］，內含3個相互獨立的計算單元，即ALU、MAC和桶形移位器。除此之外，還有1個程序控制器(PC)，1個可編程的定時器，2個數據地址產生器，以及32 K×24 bit的程序存儲空間和32 K×16 bit的數據存儲空間。對外接口方面包括1個可編程的Flash I/O，2個串口，1個16 bit的內部DMA接口以及1 B DMA接口(BDMA)。
基于兩個處理器的特點，本設計將Flash芯片連接在TMS320C6414上，程序的加載和引導由TMS320C6414主導完成。首先對TMS320C6414 的啟動模式進行配置。TMS320C6414 的啟動模式由其上電時的EMIFB接口地址總線中的BEA［15:14］(BOOTMODE［1:0］)的連接電平決定, 在復位期間檢測這兩位的高低電平來決定TMS320C6414的引導模式。本設計將TMS320C6414的引導模式配置成使用默認的8位ROM時序。TMS320C6414完成自身的程序引導后，通過IDMA接口向ADSP2187發送其程序并控制對方完成引導［4］。兩個處理器及存儲器連接關系如圖1所示。
2接口電路設計
要通過TMS320C6414來完成ADSP2187的程序加載和引導，首先要使兩者之間建立通信連接，由于兩個處理器架構以及對外接口的不同，需要對兩個處理器的通信接口進行匹配性設計，以滿足數據傳輸需求。
TMS320C6414的對外通信接口主要有兩個EMIF接口、兩個McBSP接口、一個HPI接口以及通用I/O等其他接口。ADSP2187主要的對外數據通信接口是IDMA接口，且可通過IDMA完成程序加載和引導。根據這兩個處理器接口的特點，基于EMIFA接口和IDMA接口來進行兩個處理器的數據通信接口電路設計。
EMIF接口全稱為外部存儲器接口(External Memory Interface)，是C6000系列DSP主要的外部存儲器擴展接口，最高數據吞吐率可達1 200 MB/s。可以與目前幾乎所有的存儲器類型直接連接，包括SBSRAM、SDRAM、SRAM、FIFO等以及其他可以共享內部存儲空間的設備。
相比C6000系列其他DSP型號，TMS320C6414的EMIFA接口具有以下特點：
（1)總線寬度達64 bit。
（2)接口時鐘可以基于其輸入時鐘在片內產生，有3種方案：1/6×CPU時鐘、1/4×CPU時鐘和外部輸入時鐘。
（3)具有一個可編程同步存儲器控制器。
（4)具備PDT信號，可支持外部設備之間的數據傳輸。
ADSP2187的IDMA接口實質上是一個并行的I/O接口，當ADSP2187作為從機時，主機可通過該接口讀/寫ADSP2187內部的存儲器和寄存器。IDMA接口具有復用的16 bit數據/地址總線，支持對其內部16 bit數據存儲器和24 bit程序存儲器的訪問，對IDMA的訪問是完全異步的。
IDMA接口的控制信號包括選擇信號(IS#)、讀取信號(IRD#)、寫入信號(IWR#)和地址鎖存信號(IAL#)。當選擇信號和地址鎖存信號有效時，ADSP2187將總線上的數據當做地址寫入IDMA控制寄存器，當選擇信號和讀取信號有效時，ADSP2187將控制寄存器內地址所指存儲單元的內容輸出到總線上，此過程構成一個完整的IDMA接口讀取操作。寫入操作和讀取操作的地址傳輸方式一致，完成地址傳輸后，將選擇信號和寫入信號置為有效，待寫入數據發送到總線上，ADSP2187將總線上的數據寫入IDMA控制寄存器內地址所指存儲單元。
本設計將EMIFA的CE2空間設成16 bit異步接口，數據總線ED15:0與IDMA總線IAD15:0對應連接，EMIFA地址總線EA6和EA7求異或后再與片選信號CE2求或后作為IDMA接口的選擇信號(IS#)，EA6求非后與EA7、CE2以及EMIFA的讀取信號ARW共4個信號一起求與作為IDMA接口的讀取信號(IRD#)輸入， EA6求非后與EA7、CE2以及EMIFA寫入信號AWE共4個信號一起求作為IDMA接口的寫入信號(IWR#)輸入， EA7和EA6求非、ARE非、AEW非、CE2非共5個信號求與后作為地址鎖存信號(IAL#)輸入。CPLD具有編程靈活等優點［5］，本設計中采用CPLD完成譯碼。ADSP2187的IDMA接口輸入信號運算關系如下：
在TMS320C6414看來，ADSP2187控制寄存器的映射地址是0xA000 00A0，數據寄存器的映射地址是0xA000 0050。
值得說明的是，僅僅完成相關信號的譯碼和地址映射還不夠，還需要對EMIFA和IDMA進行時序匹配。對于IDMA來說，有短周期和長周期兩種讀/寫方式選擇，后者需要主機檢測IACK信號的狀態來判斷IDMA是否準備好。本設計選用短周期讀/寫操作，其寫入操作的時序圖如圖2所示。
本設計中，EMIFA時鐘設置為1/6×CPU時鐘，CPU時鐘為480 MHz，則EMIFA時鐘為120 MHz。EMIFA接口CE2空間的時序由寄存器CE2CTL控制，主要包括建立時間、處罰時間、保持時間三項參數設置，三項參數均以時鐘周期數來表示。
根據圖2中IDMA接口的時序要求，建立時間、觸發時間和保持時間的總和應大于tIWP，換算后3項參數的和應大于等于2，同時保持時間應大于tIDH，將CE2CTL相應參數設為1即可。
TMS320C6414向ADSP2187寫入數據的流程為：先向地址0xA000 00A0寫存儲地址，然后向0xA000 0050寫入待寫數據即可完成寫操作。讀操作的時序匹配方法和流程與寫操作相似，不再詳述。
3TMS320C6414加載引導方法
當光電跟蹤裝置上電后，TMS320C6414 進入復位狀態，完成復位后, 其只能先將1 KB大小的程序代碼自動加載到內部RAM。通常情況下，光電跟蹤裝置的信息處理程序規模遠遠大于1 KB，為了完成整個程序的加載和引導，必須編寫一段程序搬移代碼來將整個信息處理程序搬運到內部RAM，并且搬移低代碼的大小不能超過1 KB，按照TMS320C6414用戶手冊的要求，須用匯編語言完成，搬移程序在完成了信息處理程序的搬運后，須將PC指針指向信息處理程序的入口，自此信息處理程序才能開始運行，進而完成目標識別和跟蹤任務。完整的搬移程序的代碼及注釋如下：
…………;
//相關寄存器初始化工作結束
S_R .setb4
D_R .seta4
//將程序長度、RAM首地址、Flash首地址的存儲首地址拷貝進寄存器A3
mvklcopy_table, A3
mvkhcopy_table, A3
//程序加載開始
copy_section_top:
ldw *A3++, B0//將程序長度加載到B0
ldw *A3++, A4//將運行首地址加載A4
ldw *A3++, B4//將程序在Flash中的首地址加載到B4
nop 2
［!b0］bcopy_done//判斷拷貝是否完成
nop5
shr B0,2,B1//將B0除以4后加載到B1
//開始進行程序加載
copy_loop:
ldw*S_R++,B5
|| mvB1, A1//待拷貝長度加載進A1
|| subB1, 1, B1//長度減1
//將程序從Flash讀入B5
［B1］ldw*S_R++,B5
||［B1］subB1, 1, B1
//將B5中的程序加載到RAM中
stw B5,*D_R++
||sub A1, 1, A1
［A1］stwB5,*D_R++
||［A1］subA1, 1, A1
［B1］bcopy_loop//判斷是否完成加載
nop5
//跳轉到開始處進行下一段的加載
bcopy_section_top
nop5
//加載完成，對相應的寄存器進行設置
copy_done:
mvkl0x01840000,A4
mvkl0x0300,B4
mvkh0x01840000,A4
mvkh0x0300,B4
stw B4,*A4
nop 5
mvkl .S2 _c_int00, B0
mvkh .S2 _c_int00, B0
B.S2 B0
nop 5
//各段長度、RAM首地址、Flash首地址設置
copy_table:
; .text//代碼段長度
.word 0x00029220
.word 0x00000400
.word 0x64010400
; .cinit//變量段
.word 0x00002dcc
.word 0x000460e0
.word 0x64039620
.word 0x0//所有段結束標志
4ADSP2187加載引導方法
ADSP2187支持從片外ROM和IDMA接口引導兩種方式，非常方便用戶設計系統的需要［6］。本文所述信息處理機采用從IDMA接口引導的方式實現預處理程序的加載引導，ADSP2187上電后，從IDMA接口接收主處理器TMS320C6414傳輸的程序并執行。
ADSP2187函數根據在存儲器中所處的位置分為函數段、數據段，函數段和數據段又根據所處的OVERLAY頁面再分為不同的段［7］。每段前3個數據標示了該段的數據長度、該段在存儲區域的首地址和該段所處的頁面。該段數據處于函數區還是數據區由首地址的14位標示。
TMS320C6414首先對ADSP2187進行復位操作，然后從Flash中讀取該段數據的函數區字節數、函數區首地址和函數段所處的頁面，再從Flash中搬移1 B，通過IDMA口寫到ADSP2187的函數區，寫完后再從該函數區地址讀出數據并與所寫的數據進行比較，如果不相等則重新寫該地址和校對，循環TryCycle次退出；如果相等，則進行下一個字節的傳輸，直到該段數據全部傳輸到ADSP2187中。同樣地，TMS320C6414再把其余數據通過IDMA口傳輸到ADSP2187中，最后在ADSP2187的0地址寫數啟動ADSP2187運行，并以此判斷整個循環的結束。因為ADSP2187函數區數據為24 bit，因此對函數區數據讀寫時需要同時讀取2 B數據。
對ADSP2187芯片IDMA接口的讀寫，通過對IDMA的控制寄存器和OVERLAY寄存器的操作來實現。寄存器各位定義如圖3、圖4所示。
對ADSP2187IDMA口的操作需要先對IDMA口控制寄存器和OVERLAY寄存器進行配置，說明需要讀取的數據是程序區還是數據區、在哪個頁面中、地址為多少，然后對總線進行讀寫操作，從而實現對ADSP2187內部存儲區的讀寫。
得益于接口電路的作用，TMS320C6414可以通過對地址0x03200000的操作來實現對IDMA控制寄存器和OVERLAY寄存器的配置，當寫到該地址的數據最高位為1時,對OVERLAY寄存器進行操作，為0時則對控制寄存器進行操作；可以通過對地址0x03100000的讀寫實現對數據總線的讀寫。ADSP2187的程序加載引導邏輯流程如圖5所示。
5結論
本設計實現了TMS320C6414和ADSP2187兩個DSP芯片共享Flash的程序引導加載，該設計已成功應用于某光電跟蹤裝置上，較好地完成了信息處理程序的加載和引導，工作穩定可靠。本文設計方法為將來其他多DSP共享Flash的信息處理機設計提供了參考，有著重要的實際意義。
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