引言
??? 芯片的燒寫與自加載是一個DSP系統(tǒng)能夠順利運行的基本條件。在DSP加載技術(shù)方面已經(jīng)有大量文獻和工作成果，比較好地解決了DSP自加載方面的許多基本問題。而傳統(tǒng)的燒寫／加載方案在調(diào)試、更新程序時需要反復(fù)外接仿真器，配置跳線，并且只能加載運行指定地址空間上的工程。這些對處于安裝調(diào)試階段的系統(tǒng)影響不大，但在諸如航天設(shè)備、大型機械或其他惡劣環(huán)境中工作，難以直接進行仿真器連接的DSP系統(tǒng)中，無法采用普通的燒寫／加載方案對其進行更新和調(diào)試。
??? 通過分析DSP系統(tǒng)加載原理，提出了一種基于TI公司C6x芯片的遠程多加載DSP系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)由通信芯片、DSP、外部動態(tài)存儲器、外部閃存(Flash)共同組成，具備遠程燒寫、程序選擇加載功能。系統(tǒng)程序更新時也具備很高的安全性，即使燒寫過程中斷電，下次上電后仍然可以繼續(xù)燒入、運行新的工程。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
??? 為了滿足功能設(shè)計需求，加載與燒寫系統(tǒng)除了包括DSP系統(tǒng)運行必需的DSP芯片之外，還需要連接外部動態(tài)存儲器(SDRAM)、可擦除存儲器(Flash)、通信芯片等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，通信芯片負責(zé)與遠程控制端進行數(shù)據(jù)交換，SDRAM中存放DSP工作用代碼和數(shù)據(jù)，而負責(zé)引導(dǎo)實際工作工程的“引導(dǎo)工程”和負責(zé)實際信息處理任務(wù)的“工作工程”代碼數(shù)據(jù)分別存放于不同的Flash空間。

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2 實現(xiàn)方案
??? 首先簡要說明C6x系列DSP的普通二次加載工程的引導(dǎo)原理。自加載模式的DSP上電初始時，會從CE1空間起始地址(0x90000000)開始拷貝一定長度(C671x系列為1 KB)的數(shù)據(jù)到內(nèi)部存儲器0地址，并從0地址開始執(zhí)行程序。由于拷貝數(shù)據(jù)長度有限，通常情況下一個長度大于1 KB的自加載工程需要進行二次加載操作，因此該工程必須包含一個長度小于1 KB的Bootloader模塊，該模塊由進行二次加載數(shù)據(jù)搬移操作的代碼構(gòu)成。工程編譯完成后，Bootloader模塊被燒寫在Flash最開頭的1 KB地址空間內(nèi)，系統(tǒng)上電復(fù)位后由DSP自動搬運到0～1 KB地址空間內(nèi)執(zhí)行(第一次加載)，并由該模塊進行其他數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)搬移(第二次加載)。在數(shù)據(jù)搬移結(jié)束后Bootloader模塊將PC指針跳轉(zhuǎn)到_c_int00地址段，并最終進入主函數(shù)，開始整個工程的運行。整個自加載過程如圖2所示。

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??? 顯然，只有存放在DSP CE1空間最前端的數(shù)據(jù)才能被自動加載和運行。為了使系統(tǒng)上電時刻就具備通信、燒寫和多引導(dǎo)功能，需要將具備上述功能的引導(dǎo)工程存放在CE1基地址開始的空間。
??? DSP多引導(dǎo)技術(shù)正是在普通DSP系統(tǒng)的加載技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，將具備引導(dǎo)、通信、燒寫、存儲器檢糾錯功能的工程作為引導(dǎo)工程獨立存儲在DSP CE1空間，由DSP自動加載運行；而將具備不同功能的應(yīng)用程序代碼分別存儲在其他存儲器，等待引導(dǎo)工程根據(jù)功能需要去加載。
??? 引導(dǎo)工程由DSP自動運行，隨后根據(jù)遠程指令或按預(yù)定程序流程的執(zhí)行通信、更新工作工程代碼，或搬運并運行存儲在其他空間工作工程內(nèi)的Bootloader段，從而引導(dǎo)不同功能的工作工程運行。借助這種工程分離運行技術(shù)，可以通過遠程端或自動對空間電子設(shè)備存儲器中的代碼進行更新、檢糾錯和加載操作，甚至進行多個工作工程的切換以滿足不同應(yīng)用背景下的功能需求；即使在更新或切換過程中出現(xiàn)故障，系統(tǒng)復(fù)位后仍可回到正常工作的引導(dǎo)工程中進行系統(tǒng)維護或重新更新，具備防燒寫功能。

2．1 引導(dǎo)工程設(shè)計
??? 引導(dǎo)工程是負責(zé)與遠程控制端通信，獲取工作工程代碼并完成燒寫、引導(dǎo)工作工程加載運行的程序。引導(dǎo)工程需要具備自加載、上傳校驗數(shù)據(jù)、燒寫引導(dǎo)等功能。
2．1．1 自加載功能
??? 引導(dǎo)工程采用普通工程的加載／燒寫方式，需要在產(chǎn)品生產(chǎn)完成后以仿真器模式進行燒寫固化。由于引導(dǎo)工程具備需要通信、燒寫等功能，其數(shù)據(jù)長度一般來說會超出1KB的DSP自動搬移長度限制，所以系統(tǒng)中的引導(dǎo)工程首先需要設(shè)計成一個具有二次加載能力的工程，并燒寫在DSP存儲器CE1空間的最前端，確保DSP在自動引導(dǎo)時首先加載和運行的是引導(dǎo)工程。
??? 在設(shè)計引導(dǎo)工程自加載功能時，與普通二次加載工程相比有所不同：
??? ①程序存儲地址要加以限制，避免占用工作工程空間；
??? ②引導(dǎo)工程的Bootloader必須放置在CE1空間的最開頭1 KB內(nèi)，使DSP能夠在上電時自動加載運行。
2．1．2 通信功能
??? 通信模塊主要由通信芯片和通信控制邏輯組成，負責(zé)完成遠程控制端與DSP之間的通信。根據(jù)不同應(yīng)用場合，可以選擇不同的通信芯片與鏈路協(xié)議。下面主要考慮應(yīng)用層協(xié)議設(shè)計。
??? (1)數(shù)據(jù)上傳與校驗
??? 按照參考文獻中的方法，為了將工作工程在線燒寫到Flash存儲空間中，首先需要下載編譯工程文件，并轉(zhuǎn)換為可燒寫的．hex文件。通過通信模塊，遠端設(shè)備可以將hex文件發(fā)送并存儲在DSP外部存儲器中。錯誤的hex文件數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致在引導(dǎo)工作工程時DSP工作異常，甚至完全無法正常加載，因此遠程端完成數(shù)據(jù)上傳后應(yīng)對保存的數(shù)據(jù)進行校驗。比較直觀的方法是通過通信接口將DSP收到的數(shù)據(jù)回傳，遠端設(shè)備將此數(shù)據(jù)與原始．hex文件進行比較，以確定數(shù)據(jù)是否正確。
??? (2)燒寫指令
??? 完成數(shù)據(jù)校驗后，遠程端向DSP發(fā)送燒寫指令，開始燒寫。
??? (3)引導(dǎo)指令
??? 若需要根據(jù)功能運行相應(yīng)的工作工程，則由遠程端向DSP發(fā)出不同的引導(dǎo)指令，引導(dǎo)對應(yīng)地址的工作工程運行。根據(jù)DSP自動加載原理，引導(dǎo)工程需按同樣的步驟進行。
??? 引導(dǎo)工程的通信功能可以以中斷或查詢的方式進行。如果以中斷方式進行，需要妥善處理中斷向量表和使能對應(yīng)中斷。在引導(dǎo)工程退出時，必須關(guān)閉所使用的通信端口和中斷資源。
2．1．3 在線燒寫功能
??? 早期DSP系統(tǒng)為了使用非易失性存儲芯片保存數(shù)據(jù)，必須使用專用燒錄設(shè)備進行。隨著存儲技術(shù)與控制技術(shù)的進步，部分DSP芯片已經(jīng)具備對直連Flash芯片進行擦除和寫入的能力。
??? 由于引導(dǎo)工程與工作工程共享一片F(xiàn)lash存儲介質(zhì)，在擦除工作工程的存儲空間時，需要采用扇區(qū)擦除而不是整片擦除，以確保引導(dǎo)工程不會被改寫。也可以通過對其所在扇區(qū)寫保護的方法來實現(xiàn)對引導(dǎo)工程的保護。寫保護操作可以確保無論對工作工程的燒寫是否成功，引導(dǎo)工程在第一次成功燒錄后將會一直駐留在Flash芯片中，每次上電時都可以進行通信、燒寫和引導(dǎo)工作。
??? 在某些對設(shè)備可靠性要求嚴格的場合，也可將引導(dǎo)工程單獨存放在一片PROM中，在一次燒寫固化完成后，引導(dǎo)工程所在空間將不可再修改。這樣可以完全避免使用Flash芯片反復(fù)擦寫引起的存儲器性能下降，以及在燒寫工作工程時誤擦除引導(dǎo)工程的問題。
??? 燒寫流程與擦除流程類似，可以參照參考文獻中的說明設(shè)計。
2．1．4 加載引導(dǎo)功能
??? 當(dāng)完成了對工作工程文件的燒寫之后，需要根據(jù)遠程控制端指令引導(dǎo)工作工程開始工作。根據(jù)DSP自加載的原理，引導(dǎo)工程必須首先將所有已使用的DSP資源關(guān)閉，并將Flash存儲器其他空間內(nèi)工作工程的Bootloader程序拷貝到DSP內(nèi)部存儲器0地址起始的空間內(nèi)(這一過程模擬了圖2所示DSP自動加載時的數(shù)據(jù)搬移)，然后將程序指針跳轉(zhuǎn)到工作工程的Bootloader起始地址，開始運行。由工作工程的Bootloader程序?qū)⒄麄€工作工程剩余數(shù)據(jù)段依次加載到DSP的動態(tài)存儲器中，最后跳轉(zhuǎn)到工作工程的起始地址，開始執(zhí)行工作工程的主程序段。
??? 由引導(dǎo)工程進行引導(dǎo)的好處在于：DSP只能自動加載CE1空間起始段的數(shù)據(jù)，而用戶設(shè)計的引導(dǎo)工程可以加載任意可讀存儲空間內(nèi)的數(shù)據(jù)；DSP只能在上電時刻加載程序，而引導(dǎo)工程可以在任意時刻轉(zhuǎn)換加載不同的應(yīng)用工程程序。
2．2 工作工程設(shè)計
??? 工作工程是用來完成DSP系統(tǒng)真正信息處理需求的工程，它的設(shè)計與普通的二次加載DSP工程基本原理一致，但需要針對雙二次加載功能做幾個方面調(diào)整：
??? ①存儲器設(shè)置。由于可以復(fù)用引導(dǎo)工程所使用的所有外部設(shè)備和RAM，在工作工程中配置存儲器空間時只需要保留引導(dǎo)工程使用的Flash地址空間，其他所有引導(dǎo)工程使用的存儲器在正常工作前都可以重置。
??? ②ISTP(Interrupt Service Table Pointer，中斷服務(wù)指針寄存器)設(shè)置。每一個工程都有獨立的中斷向量表，因而進行工程切換時需要重置中斷向量服務(wù)指針，以確保新的工程能正確地響應(yīng)中斷。
??? ③其他資源設(shè)置。為了簡化操作、節(jié)省資源，引導(dǎo)工程中應(yīng)盡可能少占用DSP資源。除上述存儲器和中斷資源外，引導(dǎo)功能可能會用到定時器、MCBSP、EDMA等其他資源。在引導(dǎo)工作工程之前，需要全部關(guān)閉這些設(shè)備；同時，進入工作工程后需要重新初始化這些外設(shè)資源，避免發(fā)生設(shè)備使用沖突。

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結(jié)語
??? 通過分析、利用DSP加載運行機制，本文設(shè)計了一種具備遠程更新能力的多加載DSP系統(tǒng)。利用通信接口遠程更新程序代碼，并將不同功能的DSP工程燒錄在同一Flash芯片中，并可以通過外部通信指令選擇不同功能的程序運行，使得DSP系統(tǒng)能靈活、安全地更新和運行。
??? 遠程多引導(dǎo)DSP方案在不改變系統(tǒng)整體框架的前提下，以較少的系統(tǒng)資源占用完成了遠程在線DSP代碼燒錄和引導(dǎo)操作的功能設(shè)計，同時由于采用了引導(dǎo)工程、工作工程分離的做法，具備較強的魯棒性。該系統(tǒng)具有燒寫免拆卸、防燒死等優(yōu)良特性，在航天、機械、控制系統(tǒng)設(shè)計中可以廣泛使用。