TMS320VC5509的二次引導加載方法

1 DSP上電加載分析
TMS320VC5509(簡稱“5509”)是TI公司的一款高性能、低功耗的定點數字信號處理芯片。5509片內具有128K字高速靜態RAM，內部只讀ROM中固化了引導加載程序(Bootloader)。5509支持多種引導加載方式，上電復位之后，片內引導程序根據不同的加載方式完成加載。5509引導表格式如圖1所示。

從引導表的格式可以看出，引導加載程序首先讀入雙字程序入口地址，然后讀入需要修改的寄存器數，接著是寄存器地址以及賦值，再讀入段字節數、段起始地址以及段內容，引導表以讀入雙字的O值為結束，讀完引導表后跳轉到加載程序入口執行。不論以何種方式加載，只是讀入的方式不同，引導表的格式不變。
下面分別針對固化引導程序中的并行加載方式(16位)以及串行加載方式(16位SPI接口EEPROM)，來分析DSP上電加載可能遇到的問題。
對16位并行加載方式，默認從片外擴展地址0x200000(5509對應片選引腳輸出為CEl)開始讀入引導表，由于TQFP封裝的5509內部24根地址線只引出了14根，因此并行加載方式只能尋址外部214=16K字存儲空間，對超過16K字長的引導表，引導程序無法加載。
對16位SPI接口的EEPROM串行加載方式，5509默認利用其同步串口0(McBSP0)來模擬SPI接口，引導程序固定收發時鐘為DSP時鐘頻率的244分頻。由于引導加載過程中，5509時鐘頻率等于外部晶振頻率，因此對于24MHz時鐘頻率，加載頻率約為100kHz，對于一段僅10K字長的引導程序，完成加載需要244lO10316／24106≈1．63s；即使工作在DSP最高主頻144 MHz，完成加載也需要約2441010316／144105≈27l ms。這對要求上電后迅速運行的系統來說，系統啟動時間過長。
針對以上兩種加載方式存在的問題，提出了利用二次引導加載方式來解決的辦法。
二次引導加載是采用引導加載的原理，在上電復位時，DSP內部固化的引導程序將一個自編的引導程序(即二次加載程序，其編寫格式按照DSP內部固化引導程序的格式完成)加載到片內，然后通過二次引導加載程序將最終需要執行的程序加載到DSP中，從而實現更加靈活的程序加載。

2 并行方式下的二次加載設計
針對16位并行加載方式中存在的加載程序容量有限的問題，并行二次加載方案中利用DSP的GPIO口來擴展地址線，解決大于16K字程序的加載問題。這里使用兩片鐵電存儲器FM18L08(32K8位)作為32K字外擴程序存儲器，55509地址線A[l3：1]與鐵電存儲器地址線A[12：0]相連，擴展5509的通用I／O口GPIO[7：6]，用作高位地址線與鐵電存儲器地址線A[14：1 3]相連。在二次引導加載程序中，利用軟件控制GPIO[7：6]輸出高低電平，來達到控制高位地址線的目的，電路如圖2所示。GPIO[7：6]電平的不同，相當于將32K字存儲器空間劃分為4頁8K字空間，每當程序內容超過一頁時，設置GPIO[7:6]，實現軟件翻頁，讀入下一頁內容。

在程序加載過程中，由于并行二次引導加載程序對引導表的讀入方式與固化引導程序相同(不同的地方，只是在于如何尋址大于16K字程序地址)，因此省略了流程圖中具體讀引導表的步驟。
在二次加載程序中，加載開始之后，首先設置GPIO[7：6]為00h，讀入第1頁數據。如果程序在計數到8K之后仍未讀完，則對GPIO[7：6]修改翻頁，進行下一個8K的讀入。如此，直到程序全部讀完，跳轉到程序入口執行為止。
并行二次加載程序流程如圖3所示。

3 串行方式下的二次加載設計
針對串行加載存在的加載速度低的問題，采用二次加載方案，自行設定同步串口時鐘分頻倍數，以較快的速度完成程序的加載。加載的速度，就只受到外部SPI接口的EERPOM速度限制。通用SPI接口EEPROM(如Atmel公司的AT25256)速度一般均可達到1Mbps以上。下面以外接12MHz晶振為例，DSP內部2倍頻之后，同步串口0時鐘按照12分頻，即加載頻率設置為2MHz，如此，加載速度將是固化引導程序的20倍。串行加載電路如圖4所示。
串行二次加載程序中，初始化部分對DSP及其同步串口O相應控制器進行設置，使SPI接口時鐘工作在2MHz。然后采用與DSP固化引導程序相同的方式，利用GPIO4以及同步串口O模擬SPI接口對EEPROM進行順序讀入。讀完之后，跳轉到程序入口執行。
程序流程如圖5所示。

4 結論
二次加載方法克服了5509固化引導加載程序的弊端，可以根據不同的條件，實現比較靈活的加載方式。二次引導加載程序采用匯編語言編寫，代碼簡單短小。經實際驗證，以上兩種二次引導加載方式均能成功加載。

以上介紹的二次加載方法不僅可用在5509DSP中，同樣也可以利用在其他類似的高速微處理器系統引導加載方案中，實現靈活的程序加載。對高速DSP采集系統的設計應用有比較好的實際借鑒價值。