Flash存储器在TMS320C3x系统中的应用

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Flash存储器在TMS320C3x系统中的应用

摘要：以基于TMS320C32 DSP开发的故障录波装置为模型，介绍AMD公司的Flash存储器Am29F040的原理和应用；利用它操作过程实现断电后仍然可以将子程序保存在Flash存储器内的特性，结合TMS320C3x提出实现DSP系统上电后用户程序的自动引导的方法。    关键词：Flash存储器 TMS320C32 自动引导 Am29F040
引言
在对电力系统断路器的状态监测过程中，需要对故障数据进行保存，以便于查扑克；在则故障期间难免会出现停机的现象，因此，如何在断电的状态下保存数据，就成为一个关键问题。对于故障出现的监测装置必须满足两个基本的特性——实时性和快速性。这两种特性都需要以快速处理大量的数据信息为基础，所以我们采用数据信号处理DSP来满足这方面的要求。现在，闪存（Flash Memory）已经成为DSP系统的一个基本的配置。
这里Flash存储器主要用来存放用户程序代码。一般来说，将用户需要的程序代码装入Flash存储器有三种方法：一种是在存储器出厂前将数据写入；一种是用户使用编程器自己编程；最后一种是将存储器安装在用户电路板后进行编程。随着芯片制造工艺的提高，芯片的集成度也越来越高，使Flash存储器正在向小型化、帖片式方向发展。本文结合TMS320C3x系列的DSP上电引导表产生方法，讨论AMD公司生产的Am29F040闪存在系统中的编程方法。

1 Flash存储器Am29F040
Am29F040是AMD公司生产的Flash存储器，主要作用是固化程序和保存历史数据，也就是开机后执行闪存的程序，并在程序执行的过程中实时地保存或修改其内部的数据单元。
下面首先介绍Am29F040的特点和操作。
Am29F040是采用5V单电源供电的可编程只读存储器，是一种电可擦除与重新编程的器件。该器件由8个独立的64K字节块组成，访问速度为55～150ns。片内的状态机编程和擦除器件、嵌入式字节编程与区段/芯片擦除功能是全自动的。内部结构框图如图1所示。
A0～A18：地址线。其中A8～A18提供存储区地址，行地址确定所在扇区；A0～A7选定其扇区的一个字节，扇区容量是256字节。
DQ0～DQ7：数据输入/输出。在读周期输出数据；
在写周期接收数据。写过程中写入的数据被内部锁存。
CE：输入，芯片使能，低电平时选中该器件。
OE：输入，输出使能，低电平时打开数据输出缓冲区，允许读操作。
WE：输入，写使能，低电平时允许写操作。
Vcc为5V电源。Vss为地。
工用方式有读方式、待机方式、输出禁止及算法选择。
例如，对于写操作的编程命令，如表1所列。
其中：RA为被读出的存储单元地址；
PA为被编程的存储单元地址；
RD为所选地址单元被读出的数据；
PD为所选地址单元被编程的数据。
除编程地址、区段地址和读地址之外的所有总线周期地址，地址引脚A18、A17、A16、A15为高或低。
下面以命令表的编程命令为例。简要介绍字节编程。表1所列命令是一个4总线周期指令。首先，在地址5555H写入数据0AAH，地址2AAAH写入数据055H，再在地址5555H写入数据A0H，最后是编程的地址和数据。

表1 软件命令简表

命  令	总线周期	第一周期		第二周期		第三周期		第四周期
		地址	数据	地址	数据	地址	数据	地址	数据
读/复位	1	XXXXH	F0H
读/复位	4	5555H	AAH	2AAAH	55H	5555H	F0H	RA	RD
算法选择	4	5555H	AAH	2AAAH	55H	5555H	90H	RA	RD
字节编程	4	5555H	AAH	2AAAH	55H	5555H	A0H	PA	PD

对于芯片擦除功能，自动地提供编程和电擦除之前，校验所有存储单元所需的电压和时序，然后自动擦除并校验单元界限。利用数据轮询（datapolling）特性，可以监视自动芯片擦除操作期间器件的状态，以检验操作是否完成。
程序如下：
int Chip_Erase()
{
(int)0x00005555=0xAAAAAAAA; /*写芯片擦除命令部分*/
*（int *）0x00002AAA=0x55555555;
*(int *)0x00005555=0x80808080;
*(int)0x00005555=0xAAAAAAAA;
*(int *)0x00002AAA=0x55555555;
*(int *)0x00005555=0x10101010;
while((*int)0x00005555&0x80808080)!=0x80808080)/*数据轮询*/
对于区段擦除暂停，在区段擦除期间擦除暂停有效，数据值为B0H，不管地址值。区段擦除恢复，仅在擦除暂停之后擦除有效，数据值为30H，不管地址值。下面是简要的程序代码：
int Sector_Erase(sectadd)
int * sectadd;
{
(int)0x00005555=0xAAAAAAAA; /*写区段擦除命令部分*/
*（int *）0x00002AAA=0x55555555;
*(int *)0x00005555=0x80808080;
*(int *)0x00005555=0xAAAAAAAA;
*(int *)0x00002AAA=0x55555555;
*sectadd=0x30303030;
对于数据保护，此特性禁止在1～8个区段的任何组合进行编程和擦除操作。执行编程和擦除被保护区段的命令时，不改变区段内的数据。数据轮询位和跳转位工作在2～100μs，然后返回到有效数据。在地址引脚A9和控制引脚E，使用11.5～12.5V高电压VID，且在控制引脚E上使用VIL将使此特性起作用。其具体操作为：当W为VIH，E为VIL且地址引脚G为VID时，区段保护方式被激活，地址引脚A18、A17、A16用来选择被保护的区段。一旦地址稳定，W处于脉冲低电平，操作开始于W的下降沿。
2 在TMS320C3x中的应用
TMS320C3x支持32位或16位宽度的程序外部存储器。由于Am209F040的数据宽度是8位，而从RAM单元中取出的数据宽度为32位，所以还要采用移位的方法写入Am29F040。
引导表的格式主要由下面几部分组成：首先，是包括引导表数据宽度和其它数据总线寄存器值的头文件。接着，是COFF文件中各个段的数据，其中每个段都包含一个该段的文件头来说明该段的代码长度和地址。最后是结束段。
这里，采用COFF格式生成引导表比较麻烦。TI公司提供了一个很有用的转换工具HEX30，只须编写一个命令文件，就可使用这个转化工具自动生成引导表。Flash存储器烧写流程如图2所示。
采用TI公司的TMS320C32的DSP，AMD公司生产的8位Am29F040作为Flash存储器，这里使用了4片Am29F040。
编写时必须注意：
①目标字宽度，也就是处理器的操作码长度。选好DSP后，该长度也就确定了。按照我们的例子为32位。
②数据宽度。由-datawidth设定，为32位。
③存储器宽度。由-Memwidth设定，本例中为32位。
④ROM宽度。由-romwidth设定，为8位，由Flash存储器确定。
程序如下：
C3XCHECK.OUT
-MAP 29f040.MAP
-i /*输出文件为Intel格式*/
-datawidth 32
-Memwidth 32
-romwidth 8
ROMS
{
FLASHROM：org=000000h,len=80000h,romwidth=8, /*512K×8*/
files={f040.b0 f040.b1 f040.b2 f040.b3}
}
SECTIONS
{
.text :paddr=00000040h
.ffttxt:paddr=000008d1h
.data:paddr=0000000h
.sintab:paddr=000009eeh
.paras:paddr=00000a2eh
}
命令文件按照上述编写，生成了4个文件，分别为f040.b0、f040.b1、f040.b2及f040.b3，然后可以直接用编程器烧写至4片Am29F040即可。
利用上面的方法已经可以完成工作，但是我们还可以利用TMS320C32的boot loader(上电加载)功能直接调入到存储器中。
DSP芯片复位以后，将自动地运行固化0H～0FFH空间内的引导装载程序，执行引导程序装载功能。进入引导装载程序以后，DSP将一直等待中断INT0～INT3的中断状态，根据不同中断，决定是以BOOT1～BOOT3的存储空间装载程序到指定的快速闪存，还是以从串口将程序引导装载到指定的快速闪存。TI公司的引导装载程序公开的（如果需要，可由其网站下载得到）。实现引导装载功能时，需要自己设计程序头，其中必须描述：
①待装载程序的存储器宽度为8位/16位/32位；
②SWW等待状态发生器的方式；
③装载到快速RAM的程序大小；
④装载的目的地址。
如果在实际系统中目的地址不止一个，其操作过程也是一样的，当一个模块装载完毕以后，如果还有一个另外的模块，那么它将继续执行。与上面的方法一样，在程序头加上必要的信息就可以了。
如将引导表作为程序的一个初始化段，在运行程序的时候将该段的内容也直接写到Flash存储器里面。具体来说，首先编写段C语言程序，将上面由HEX30生成的文件转化为.dat数据文件（使得DSP可以识别，DSP不能识别.b0文件）。然后，在编程程序中建一个段，其中包含这个数据文件。最后，在直接运行程序时，将其中的内容烧写到存储器里面。采用这种方法，比采用EPROM编程器编程速度更快，而且省时省力，需要修改时不用取出Flash存储器，可以在线编程修改。
3 结论
通过实际的电路仿真测试，证明这种设计思想简单、程序语法正确，数据传输效率高，充分利用了TMS320C32编程语言特点。这种方法能够实现Flash存储器在系统编程和在DSP系统上电后的用户程序的自动引导。同时，由对Flash存储器Am29F040应用的讨论可知，其不仅可以利用编程器编程，而且可以通过TMS320C32在线进行擦除、读写及编程。

李小路

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