基于CPLD譯碼的DSP二次Bootloader方法介紹

2.2 CPLD譯碼VHDL程序設計

目前DSP系統主頻越來越高，運算速度越來越快，利用小規模邏輯器件譯碼的方式已不能滿足DSP系統性能的需求。CPLD器件以其嚴格的時序、快速的譯碼、良好的可編程性成為DSP系統必不可少的部件之一。

本文利用CPLD的快速邏輯譯碼功能，模擬了一個FPR寄存器來控制Flash的高位地址線。VHDL語言源程序如下（篇幅有限，這里省略實體端口聲明及中間信號定義）：

begin
　　fce =ce1；
　　foe =aoe；
　　fwe =awe；
　　h_addr =a13；
　　l_addr =a3a2a1；
　　datain =d5d4d3d2d1d0；
　　facs =′1′ when h_addr=′1′
　 and ce2=′0′ and l_addr='000'
　　else ′0′； --CE2 0x400000
　　FPR：process(facs，awe，reset)
　　begin
　　　if reset=′0′ then
　　　fa=″000000″；
　　else if reset=′1′ then
　　　if awe′event and awe=′1′ then
　　 if facs=′1′ then
fa=datain(5 downto 0)；
end if；
end if；
end if；
end process；
dataout=fa when aoe=′0′ and facs=′1′
else ″ZZZZZZ″；
　　d5 =dataout(5)；
　　d4 =dataout(4)；
　　d3 =dataout(3)；
　　d2 =dataout(2)；
　　d1 =dataout(1)；
　　d0 =dataout(0)；
　　fa18 =fa(18)；
　　fa17 =fa(17)；
　　fa16 =fa(16)；
　　fa15 =fa(15)；
　　fa14 =fa(14)；
　　fa13 =fa(13)；
end behaviour；

由上述VHDL程序可知，FPR寄存器被映射到了CE2空間的0x401000地址。其中引入A13及A[3:1]地址線的目的是為了便于以后的功能擴展，映射出更多的寄存器，如LCD控制寄存器、UART控制寄存器等。

FPR寄存器定義如表2所示。

FPR寄存器的第5～0位分別控制Flash的高位地址線A18～A13，第7～6位無效。當DSP 上電復位時，FPR寄存器的值被設置為全0，此時Flash的所有高位地址線均處于低電平狀態，DSP開始訪問Flash的最低8KB地址單元。復位結束，就可以對FPR寄存器寫入值，改變Flash的高位地址，從而實現Flash的分頁訪問。這樣Am29LV800 Flash的512K字存儲空間相當于被劃分為64頁(0～63)，每頁8K字，當程序大于一頁時，修改FPR，進行軟件翻頁，讀入下一頁Flash數據。也可以通過讀FPR寄存器，了解當前高位地址線的狀態，此時FPR寄存器與Flash的地址映射關系為：

Flash地址單元=（FPR13）+DSP地址線A[13：1]

2.3 二次Bootloader的實現

基于上述的設計和分析，要實現大程序的自動引導，可以采用二次Bootloader的方法。首先要設計一個uboot程序，大小不能超過一頁。將 uboot程序燒寫到Flash存儲器的第0頁，也就是DSP上電復位后被固化的Bootloader自行引導的那一頁。uboot的主要功能是通過修改 FPR寄存器值，并按照引導表的格式讀取Flash存儲器的其他頁程序到RAM中，最后跳轉到用戶程序的32位入口地址開始執行。uboot程序中，可以定義一個16位無符號整型指針變量，指向CE2空間的0x401000地址，即：

　　unsigned int*FPR=(unsigned int*) 0x401000；

若*FPR=1，即可以訪問Flash的第1頁。

在編寫uboot程序和用戶程序時，要對存儲器空間重新分配，即在定義CMD文件時，要注意用戶程序所占用的存儲空間不能與uboot程序占用的存儲空間重疊。因為uboot首先被加載運行，在運行時加載用戶程序，也需要占用RAM地址空間。而且uboot程序代碼長度不能超過一頁。當燒寫Flash時，必須將uboot程序燒寫到Flash的第0頁，然后將用戶程序燒寫到第一頁或以后的存儲空間中。

3 實驗結果

以煤礦井下煤矸分界傳感器為例，測試本文介紹的基于CPLD譯碼的DSP二次Bootloader方法。該傳感器采集放煤時煤矸石振動信號，經AD轉換后送入DSP經數字信號處理，分析得出煤矸石放落比例[8]。用戶程序代碼大小為23K字左右，顯然不能夠被固化的Bootloader正常加載，因此必須經過二次Bootloader。

將大小約2K字的uboot程序燒寫到Flash第0頁，用戶燒寫到第1～3頁。經多次測試，該系統從上電復位到開始運行用戶程序，耗時大約0.3s，而且系統運行穩定可靠。

本文介紹的基于CPLD快速譯碼的DSP二次Bootloader方法，利用CPLD器件的快速譯碼功能，模擬了一個換頁寄存器，實現了大程序的上電后二次引導。與常見的利用GPIO換頁的方法相比，本方法更有效，通用性更好，不會占用寶貴的GPIO資源，而且系統擴展方便，接口簡單。