TMS320C5000的Bootloader技术

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    在TI DSP的开发环境CCS(Code Composer Studio)下，PC机通过不同类型的JTAG电缆与用户目标系统中的DSP通信，帮助用户完成调试工作。当用户在该环境下完成开发任务，编写完成用户软件之后，到DSP目标系统产品化阶段时，需要完全脱离依赖PC机的CCS环境，并要求目标系统上电后可自行启动并执行用户软件代码，这就需要用到自启动(Bootloader)技术。同时Bootloader也指由TI在生产DSP芯片时预先烧制其片内ROM中，完成该功能的一段代码名称。
   
   Bootloader的基本原理与模式
   TMS320C5000系列DSP芯片(以下简称C5000)是RAM型器件，掉电后不能保持任何用户信息，所以需要用户把执行代码存放在外部的无挥发存储器内，在系统上电时，通过Bootloader将存储在外部媒介中的代码搬移到C5000高速的片内存储器或系统中的扩展存储器内，搬移成功后自动去执行代码，完成自启动。
   Bootloader技术提供很多种不同的启动模式，包括并行8bit/16bit的总线型启动、串口型启动和HPI口启动等模式，兼容多种不同系统需求。当C5000芯片复位时，如果其处于微计算机模式(MP/MC引脚为逻辑0)，那么复位后在C5000程序空间地址为0F800h处，可以通过CCS看到TI预先烧制在其片内ROM 的Bootloader这段代码。C5000复位后，程序指针指向0FF80h处的中断向量表，执行指令“BD 0FF80h”，即跳至Bootloader入口，开始执行Bootloader代码。在搬移用户代码之前，Bootloader会设置C5000的状态寄存器，包括将INTM位置1,禁止全局中断；OVLY置1,将片内DRAM映射到程序/数据空间；和设置整个程序/数据空间均插入7个等待状态，以适应可能慢速的EEPROM。
   为了兼容不同系统需求，C5000提供很多种启动模式，包括：
   ● HPI启动模式：由外部处理器(即主机)将执行代码通过C5000的HPI口搬移到其片内RAM。当主机搬移完所有程序代码，还要将程序入口地址写入C5000数据空间007Fh内。这样，C5000一旦检测到007Fh处不再为0值，即判断为代码转移完毕，并跳转到007Fh里存放的地址去执行，从而完成启动；
   ● 8bit/16bit的并行启动模式：在这种模式下，C5000通过其数据和地址总线从数据空间读取启动表(Boot Table)。启动表内容包括：需要搬移的代码段，每个段的目的地址，程序入口地址和其他配置信息。启动表具体内容将在下文介绍。
   ● 8bit/16bit的标准串口启动模式：在这种模式下，C5000通过工作在标准模式的多通道缓冲串口(McBSP)接收启动表，并根据启动表中的信息装载代码。McBSP0支持8bit模式，McBSP1支持16bit模式；
   ● 8bit串行EEPROM启动模式：在这种模式下，C5000通过工作在SPI模式的McBSP1接收来自外部串行的EEPROM中的启动表，并根据启动表中的信息装载代码。
   ● 8bit/16bit的I/O启动模式：在这种模式下，C5000使用XF和BIO引脚，与外部设备达成异步握手协议，从地址0h处的I/O端口读取启动表。
   一旦C5000复位，Bootloader会做循环检测操作，以决定执行哪种启动模式。Bootloader首先检测HPI启动模式条件是否成立，如果条件不满足，则继续检测下一种，直到找到一种满足条件的启动模式。它检测的顺序如下：
   1. HPI启动模式第一次检测：通过检测INT2引脚是否有中断发生来判断是否进入HPI启动模式；
   2. 串行EEPROM模式；
   3. 并行模式；
   4. 通过McBSP1的标准(8bit)串口启动；
   5. 通过McBSP0的标准(16bit)串口启动；
   6. I/O启动模式；
   7. HPI启动模式第二次检测：通过检测数据空间7Fh是否为非0值来决定程序入口点；
   需要注意的是，当Bootloader检测完所有可能的启动模式后，而没有发现一种有效的启动模式，则Bootloader仅会从标准串口启动模式开始重新检测启动模式，而并不是重新检测所有可能的启动模式。整个流程如图1所示。
   
   
   图1 Bootloader模式选择流程
   
   
   
   
   图2 并口启动模式处理流程
   
   
   
   并行启动模式分析
   在上述各种启动模式中，并行启动模式实现简单，速度较快，在实际系统中应用也最为广泛，本文则重点介绍这种启动模式。当检测完毕串行EEPROM启动模式无效后，Bootloader会转入8bit/16bit并行启动模式检测。
   Bootloader首先从I/O空间地址为0FFFFh处读取一个字的数据，并将该数据作为启动表在数据空间的起始地址。启动表起始地址处应包含用于判断8bit/16bit启动模式的关键字：对于8bit启动模式该关键字为08AAh，需要放在两个连续的8bit空间；对于16bit启动模式，该关键字为10AAh。如图1所示，如果Bootloader没有在启动表的起始地址处得到上述关键字，它会转到数据空间0FFFFh处再去读取一个字的数据，再将该数据作为启动表在数据空间的起始地址，再继续尝试通过该起始地址去读取上述关键字。因为Bootloader在读取启动表第一个字之前不知道存储器宽度，所以它需要检测两个位置，通过0FFFFh处得到该起始地址的低8bit，通过0FFFEh处得到其高8bit。整个流程如图2所示。
   根据Bootloader这个特性，用户可以将启动表与其起始地址一起烧制到单片EEPROM中，即可通过单片存储器为Bootloader同时提供启动表与其起始地址。另外提供给Bootloader读取的启动表起始地址为16bit寻址宽度，因此用户可将EEPROM译码在C5000 数据空间从04000h至0FFFFh任一地址范围内。最后，如果用户希望屏蔽并行启动模式，可以将C5000的D0引脚弱上拉为逻辑1,从而避免Bootloader从数据空间读到关键字AAh。
   当Bootloader在启动表的起始地址处检测到有效关键字后，则继续搬移剩余代码，然后执行程序。反之如果Bootloader在上述两个地方都没检测到有效关键字，则继续检测下一种模式(标准串口启动)。
   
   如何建立启动表
   如上所述，为了完成系统自启动，需要为Bootloader提供启动表，在里面写入Bootloader需要的所有数据。该启动表可以使用TMS320C5000汇编语言工具包提供的16进制转换工具来生成，该工具文件名为hex500.exe。当为C5000及更高版本的DSP芯片生成启动表时，需要使用hex500的v.1.2或更高版本。
   通过以下步骤生成C5000的启动表：
   1. 使用“－v548”选项编译代码(Assemble)：该编译选项可以标记编译生成的目标文件需要使用增强型Bootloader功能。16进制转换工具会使用这个信息来产生正确的启动表格式。如果没有添加这个选项，16进制转换工具会生成早期版本的DSP芯片使用的启动表，并忽略所有的警告和错误。
   2. 链接文件(Link)：启动表里每一部分数据都和COFF文件里已初始化段相关，包括.text、.const、.cinit，而未初始化段会被16进制转换工具忽略掉，包括.bss、.stack、.sysmem。一定要注意这些段不能链接在系统中没有RAM的位置。例如程序空间从0F000h到0FFFFh地址范围内就不可使用，因为这段地址由片内ROM占据，对于Bootloader不可写。
   3. 运行16进制转换工具hex500.exe：链接生成得到COFF文件后，根据不同的启动模式，设置hex500转换COFF文件为相应启动表时使用的选项，然后运行hex500，得到启动表，也即得到可供编程器烧制EEPROM的16进制文件。
   
   16进制转换工具hex500调用格式
   及常用选项
   16进制转换工具hex500调用格式为：
   hex500 [-options] filename
   -options：提供附加信息，控制16进制转换处理过程；
   可在命令行里或一个命令文件里使用多个 选项；不区分顺序与大小写；
   filename: COFF文件名或命令文件名；
   为了适应不同系统的应用， hex500支持多种可选项，常用选项如下：
   1. 通用选项
   －map filename：该选项使hex500生成转换报告，
    可用任何文本编辑器阅读；
   －o filename：指定转换输出的16进制文件名；
   2. 存储器选项
   －memwidth value：定义DSP系统存储器宽度(默
    认为16bit)；
   －romwidth value：定义用户EEPROM存储器宽度
    (默认值由输出选项确定)；
   3. 输出选项：输出指定格式的16进制文件，有如下格式；
   
   其中，可寻址宽度决定了输出格式所支持的地址信息bit数，所以16bit寻址宽度最高仅支持64k地址。
   4. 启动选项
   －boot：定义转换所有的段至启动表里；
   －bootorg value：定义启动表的起始偏移地址；
   －e value： 指定代码搬移完成后开始执行的入口地
    址，value可为 数值地址或全局符号；
   5. 其他选项
   －swwsr value：设置并行启动模式下软件等待状态
   寄存器(SWWSR)的初值；
   －bscr value：设置并行启动模式下段转移控制寄存
    器(BSCR)的初值；
   工程上常用两类方法使用16进制转换工具hex500，一是将使用到的选项写为命令行，做一个批处理文件，例如下例批处理文件boot.bat：
   rem boot.bat
   hex500 %1 -boot -bootorg 0 -memwidth 8 -I
   其中，“％1"是调用boot.bat时其后接第一个参数，为需要转换的COFF文件名。当在DOS下键入：
   C:>boot.bat myfile.out
   boot.bat将调用hex500，将myfile.out 转换为Intel格式、系统存储器宽度为8bit的16进制文件，其默认文件名为boot.i00。
   另一类方法是使用命令文件，例如下例命令文件exap.cmd：
   /*exap.cmd*/
   Myfile.out /*输入的COFF文件名 */
   -e 0300h /*入口地址 */
   -i /*输出Intel格式文件 */
   -boot /*转换所有的段至启动表里 */
   -memwidth 8 /*设置8bit的系统存储器宽度 */
   -o boot.i00 /*输出hex文件名 */
   当在DOS下键入：
   C:>hex500 exap.cmd
   同样可以得到Intel格式的16进制文件boot.i00，系统存储器宽度为8bit，程序入口地址为0300h。
   至此，TI的TMS320C5000系列DSP芯片的Bootloader技术介绍完毕。基于上述原理，用户可以根据自己DSP目标系统的需求，灵活采用各种启动模式，然后灵活利用16进制转换工具hex500生成各种启动表，并烧制到EEPROM内，使用户的DSP目标系统在上电或复位后可自行加载用户代码，完全脱离PC机而独立运行，从而完成DSP目标系统产品化阶段设计。
         
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