１　引言

在脫機運行的ＤＳＰ系統(tǒng)中，用戶代碼往往都需要在上電后自動裝載運行。目前，大多數(shù)的ＤＳＰ內(nèi)部都有固化的引導裝載（Ｂｏｏｔｌｏａｄ）程序，它能在系統(tǒng)加電時，自動將一段存儲在外部非易失性存儲器中的程序代碼移植到內(nèi)部的高速存儲器單元中去執(zhí)行。采用這種方式，既可利用外部的存儲單元來擴展ＤＳＰ本身有限的ＲＯＭ資源，又充分發(fā)揮了ＤＳＰ內(nèi)部資源的效能。

    因為用戶代碼在一段時間內(nèi)是相對固定的，所以可以將其固化在非易失性存貯器中。而如果將代碼掩膜到ＤＳＰ內(nèi)部ＲＯＭ中去?一方面要受到容量以及價格的限制，另一方面，系統(tǒng)代碼升級也不是很靈活方便。ＦＬＡＳＨ是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器，其單位存儲比特的價格比傳統(tǒng)的ＥＰＲＯＭ要低，十分適合低功耗、小尺寸和高性能的脫機系統(tǒng)。此外，除了可以采用專用的硬件編程器把程序代碼燒入ＦＬＡＳＨ中之外，也可以直接利用ＤＳＰ通過軟件編程來實現(xiàn)。本文論述的正是如何通過ＤＳＰ軟件編程來實現(xiàn)對ＦＬＡＳＨ的讀寫操作，同時介紹了系統(tǒng)雙引導裝載方案的實現(xiàn)方法。

２　系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)是基于ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司ＤＳＰ５６３６２芯片構(gòu)建的數(shù)字音效處理系統(tǒng)中的一部分，整個數(shù)字音效處理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖１所示。

ＤＳＰ５６３６２是一款２４位通用定點數(shù)字信號處理器。它采用高性能單時鐘指令周期的ＤＳＰ５６３００內(nèi)核和Ｍｏｔｏｒｏｌａ Ｓｙｍｐｈｏｎｙ ＤＳＰ的音頻處理性能相結(jié)合的方法來實現(xiàn)?具有運算速度快（１００ＭＩＰＳ）?精度高（２４ｂｉｔ），外設(shè)接口豐富（具有增強型串行音頻接口ＥＳＡＩ、并行主機接口ＨＩ０８、串行主機接口ＳＨＩ、數(shù)字音頻接口ＤＡＸ等），價格低廉等諸多優(yōu)點，特別適用于音頻處理。其２４位的處理精度配合２０位的Ａ／Ｄ（ＰＣＭ１８００）和２４位的Ｄ／Ａ?ＰＣＭ１７４４?使得整個系統(tǒng)具有很高的動態(tài)范圍（９６ｄＢ以上）。它高達１００ＭＩＰＳ的運算速度保證了算法處理的實時性。其增強型串行音頻接口ＥＳＡＩ可以很方便地與音頻Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ直接通過Ｉ２Ｓ協(xié)議進行連接。通過８ｂｉｔ的并行主機接口ＨＩ０８可以方便地與負責鍵盤控制和ＬＥＤ顯示的單片機８９Ｃ５１進行通信。

ＦＬＡＳＨ選用ＳＳＴ公司的３９ＬＶ０１０?其存儲容量為１２８ｋ×８ｂｉｔ，采用３．３Ｖ供電，讀寫周期為７０ｎｓ，支持塊擦除與字節(jié)編程，是一款高性價比存儲芯片。

ＤＳＰ與外部ＦＬＡＳＨ的連接示意圖如圖２所示。圖中，ＤＳＰ的ＡＡ１腳和ＦＬＡＳＨ的片選信號腳ＣＥ相連。

ＤＳＰ５６３６２的４個地址屬性寄存器ＡＡＲ[３～０]是２４位讀寫寄存器，它們的值可用于控制ＤＳＰ芯片的ＡＡ[３～０]引腳的狀態(tài)，當某個ＡＡＲ寄存器中的基址與外部訪問指令存取范圍相匹配時，由這個ＡＡＲ定義的相應地址空間(Ｘ數(shù)據(jù)、Ｙ數(shù)據(jù)或程序)將被相應的ＡＡ線選通。在本系統(tǒng)中，正是把ＤＳＰ的ＡＡ１作為ＦＬＡＳＨ的片選線。ＡＡ１腳相應的ＡＡＲ１寄存器的值設(shè)為０ｘＤ００８１１Ｈ，當訪問地址的高８位為１１０１００００時，外部ＦＬＡＳＨ被選通。

    通過設(shè)置ＤＳＰ的總線控制寄存器ＢＣＲ，可以設(shè)置訪問外部存儲器時插入的等待狀態(tài)的個數(shù)。在本系統(tǒng)中，ＦＬＡＳＨ的存取周期為７０ｎｓ，為了保證ＦＬＡＳＨ的正確讀寫，一般要插入３２個等待狀態(tài)。

３　ＤＳＰ５６３６２的引導過程

在ＤＳＰ５６３６２內(nèi)部的０ｘＦＦ００００Ｈ－０ｘＦＦ００ＢＦＨ地址范圍內(nèi)有Ｍｏｔｏｒｏｌａ定制的２４位１９２字的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ ＲＯＭ。該ＲＯＭ內(nèi)的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序可以通過用戶設(shè)置的ＤＳＰ引導模式信號線，將用戶程序從外部的８位ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、 ＳＨＩ接口或者ＨＤＩ接口引導到ＤＳＰ內(nèi)部的高速ＲＡＭ中全速運行。

當ＤＳＰ５６３６２硬件復位后，它將首先采樣外部的ＭＯＤＡ、ＭＯＤＢ、ＭＯＤＣ和ＭＯＤＤ信號線，并將它們的狀態(tài)寫入工作模式寄存器ＯＭＲ?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｒｅｇ-ｉｓｔｅｒ?的ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ和ＭＤ位，然后使程序指針指向０ｘＦＦ００００Ｈ去執(zhí)行Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序，Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序通過對ＯＭＲ的ＭＡ、ＭＢ、ＭＣ和ＭＤ位進行判斷來決定選擇哪種引導模式。主要的引導模式如表１所列。

表1 DSP56362 Bootstrap的引導模式

在本系統(tǒng)中，由于程序保存在外部的ＦＬＡＳＨ里，所以采用的引導模式為第一種?即從字節(jié)存儲器引導。在這種模式下?Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ程序?qū)牡刂罚埃模埃埃埃埃埃忍庨_始加載外部數(shù)據(jù)，并采用以下數(shù)據(jù)格式從外部接口下載用戶的系統(tǒng)程序：

（１） 最開始的３個字節(jié)用于定義系統(tǒng)程序的總字數(shù)（２４位）。

（２） 接著的３個字節(jié)用于定義系統(tǒng)程序下載到ＤＳＰ５６３６２程序存儲器的目的地址。

（３） 其余是用戶的系統(tǒng)程序（每個２４位的字由三個字節(jié)組成），這些程序?qū)⒋鎯υ冢模樱谐绦虼鎯ζ鲀?nèi)連續(xù)的地址空間里。

Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序要求系統(tǒng)程序在外部ＦＬＡＳＨ中以地位字節(jié)（ＬＳＢ）在前的順序排列每個２４位字的３個字節(jié)。ＤＳＰ的引導程序一旦完成數(shù)據(jù)的下載，將馬上跳轉(zhuǎn)到內(nèi)部程序存儲器的起始目的地址開始運行用戶的系統(tǒng)程序。

４　雙引導裝載方法

４．１ ＤＳＰ５６３６２的片內(nèi)內(nèi)存分配

ＤＳＰ５６３６２采用增強型哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)空間可分為程序空間、Ｘ數(shù)據(jù)空間、Ｙ數(shù)據(jù)空間，每個空間都有一套獨立的２４位地址總線和數(shù)據(jù)總線。在缺省情況下，ＤＳＰ片內(nèi)的ＲＡＭ分配情況為：３ｋＢ程序ＲＡＭ、５．５ｋＢ Ｘ數(shù)據(jù)ＲＡＭ和５．５ｋＢ Ｙ數(shù)據(jù)ＲＡＭ。通過設(shè)置內(nèi)存切換模式（ＭＳ＝１）可以將２ｋＢ的Ｙ數(shù)據(jù)ＲＡＭ映射到程序ＲＡＭ中，此時的片內(nèi)ＲＡＭ分配為：５ｋＢ程序ＲＡＭ、５．５ｋＢ Ｘ數(shù)據(jù)ＲＡＭ和３．５ｋＢ Ｙ數(shù)據(jù)ＲＡＭ?？紤]到本系統(tǒng)對程序空間的需求量較大，而數(shù)據(jù)ＲＡＭ相對較多，且系統(tǒng)對內(nèi)部數(shù)據(jù)ＲＡＭ的需求并不是很大，因此，將ＤＳＰ設(shè)置成內(nèi)存切換模式比較好。ＤＳＰ５６３６２在內(nèi)存切換模式下（ＭＳ＝１）的內(nèi)存映像圖如圖３所示。

４．２ 直接使用Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序的問題

ＤＳＰ的內(nèi)存切換模式需要通過軟件指令對ＯＭＲ寄存器進行設(shè)置來實現(xiàn)。由于只有在該指令執(zhí)行后才能生效，這樣就產(chǎn)生了一個矛盾。因為若在系統(tǒng)程序開始時將ＤＳＰ設(shè)置為內(nèi)存切換模式，那么，往往希望ＤＳＰ能裝載５ｋＢ的程序指令，但是，ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序是在系統(tǒng)復位后立即執(zhí)行的，此時ＤＳＰ處于缺省（ＭＳ＝０）狀態(tài)，程序ＲＡＭ只有３ｋＢ，如果此時外部的指令代碼的大小超過了這個限制，引導程序就不能把它們加載進去，而當這條設(shè)置指令生效時，雖然ＤＳＰ的程序空間又增加了２ｋＢ，但是引導程序已經(jīng)結(jié)束，因而這２ｋＢ的程序空間實際上沒有被利用。

另外，從ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ程序流程可以看出，這個引導程序只能將系統(tǒng)的程序代碼數(shù)據(jù)加載到ＤＳＰ內(nèi)部的程序ＲＡＭ，而不能將數(shù)據(jù)加載到ＤＳＰ內(nèi)部的Ｘ數(shù)據(jù)ＲＡＭ、Ｙ數(shù)據(jù)ＲＡＭ，這樣，那些需要在數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)定義常數(shù)的程序?qū)o法正常運行。

４．３ 雙引導模式

為了解決以上問題，本文提出了一種雙引導模式。具體思路是：在系統(tǒng)程序的開始處，設(shè)計一個用戶自己的引導模塊，用這個模塊先對ＤＳＰ內(nèi)部的ＯＭＲ寄存器進行相應的內(nèi)存切換設(shè)置，以使ＤＳＰ內(nèi)部的程序ＲＡＭ擴大為５ｋＢ。然后參照ＤＳＰ的Ｂｏｏｔ-ｓｔｒａｐ引導程序分別對系統(tǒng)的Ｘ、Ｙ及Ｐ區(qū)的數(shù)據(jù)進行加載。同時在將程序燒錄到ＦＬＡＳＨ時采用地址隔離的方式將引導模塊與系統(tǒng)程序分開存放，引導模塊作為一段獨立的程序放在首地址為０ｘＤ０００００Ｈ的存儲區(qū)。于是，對于ＤＳＰ的Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序來說，它需要引導的不是整個系統(tǒng)程序，而僅僅是這個引導模塊，另外加載完這個模塊后就立即跳轉(zhuǎn)到內(nèi)部程序ＲＡＭ中執(zhí)行，此時引導模塊已獲得ＣＰＵ控制權(quán)，它在完成內(nèi)存切換后將繼續(xù)引導系統(tǒng)程序的其他部分。采用這種兩次引導的方法，不但使Ｘ、Ｙ區(qū)的數(shù)據(jù)可以按照程序的要求進行初始化，而且ＤＳＰ的程序指令空間可以預先設(shè)置成５ｋＢ，從而非常巧妙地達到了系統(tǒng)的要求。該雙引導模式的引導模塊程序流程如圖４所示。

５　ＦＡＬＳＨ的擦除和讀寫

為了使系統(tǒng)能夠脫機運行，應當把系統(tǒng)程序燒錄到外部ＦＬＡＳＨ中去。除了可以用專用的編程器把代碼燒入ＦＬＡＳＨ中外，還可以用軟件編程的方法由ＤＳＰ來實現(xiàn)同樣的功能。本系統(tǒng)正是采用這種軟件編程的方法實現(xiàn)對ＦＬＡＳＨ的擦除和讀寫。

５．１ 地址映射

利用ＤＳＰ擦除和讀寫ＦＬＡＳＨ必然會牽涉到ＦＬＡＳＨ中的地址在ＤＳＰ中的映射方式。ＤＳＰ５６３６２的內(nèi)存映像圖已在圖３中給出。本系統(tǒng)采用的是１２８ｋＢ的ＦＬＡＳＨ，其地址范圍為：０ｘ００００００Ｈ～０ｘ１ＦＦＦＦＨ。假設(shè)ＦＬＡＳＨ的起始地址０ｘ００００Ｈ和ＤＳＰ的起始地址０ｘ００００００Ｈ重合，那么ＦＬＡＳＨ中只有對應于ＤＳＰ外部空間的那部分地址空間才是ＤＳＰ可見的。為了使ＤＳＰ能夠訪問全部的外部ＦＬＡＳＨ空間，設(shè)計時必須進行地址重映射。

本系統(tǒng)實際用到的ＦＬＡＳＨ的存儲容量不足６４ｋＢ，也就是說，當訪問外部ＦＬＡＳＨ時，真正起作用的地址線是Ａ０～Ａ１５，而高位地址線Ａ２３～Ａ１６可以為任意值。因此，可以考慮給訪問地址加一個偏移量０ｘＤ０００００Ｈ，以將ＦＬＡＳＨ的地址空間映射到ＤＳＰ內(nèi)部Ｘ數(shù)據(jù)ＲＡＭ中，映射后的地址范圍是：０ｘＤ０００００Ｈ～０ｘＤ０ＦＦＦＦＨ。重映射后的ＦＬＡＳＨ地址空間落在Ｘ數(shù)據(jù)ＲＡＭ的外部保留區(qū)內(nèi)，這在ＤＳＰ中是可見的。

５．２ 擦除和讀寫過程

在ＤＳＰ將數(shù)據(jù)寫入ＦＬＡＳＨ之前，先要刪除數(shù)據(jù)所在塊，然后才能重新寫入。在擦除和寫操作之前都要執(zhí)行相應的命令字序列，即在指定的ＦＬＡＳＨ地址處寫入指定的指令代碼，而讀操作則可以直接進行。ＦＬＡＳＨ的擦除和寫入流程圖分別如圖５、圖６所示。在本系統(tǒng)中，由于采用了雙引導模式，所以首先要將引導程序?qū)懭耄疲蹋粒樱?，然后再分別將用戶程序的Ｐ區(qū)數(shù)據(jù)、Ｘ區(qū)數(shù)據(jù)、Ｙ區(qū)數(shù)據(jù)寫入ＦＬＡＳＨ。

在利用ＤＳＰ軟件編程進行燒錄時，可以從目標文件中提取出將要寫入ＦＬＡＳＨ的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)打包成一個ａｓｍ文件，再在燒錄程序中將這個ａｓｍ文件包含進來。接著對燒錄程序進行編譯、鏈接，以產(chǎn)生一個目標文件。最后，通過ＪＴＡＧ口將目標文件下載到ＤＳＰ中運行，這樣，ＤＳＰ就會通過其外部數(shù)據(jù)線將打包好的ａｓｍ文件中的數(shù)據(jù)寫入ＦＬＡＳＨ。在本系統(tǒng)中，引導程序和用戶程序?qū)⒎郑创螣耄疲蹋粒樱?為此要分別將引導程序、用戶程序Ｐ區(qū)數(shù)據(jù)、用戶程序Ｘ區(qū)數(shù)據(jù)、用戶程序Ｙ區(qū)數(shù)據(jù)打包成ａｓｍ文件。打包一個ａｓｍ文件的具體步驟如下：

（１）調(diào)用ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司提供的ＡＳＭ５６３００和ＤＳＰＬＮＫ程序?qū)υ次募M行編譯、鏈接，以產(chǎn)生一個ｃｌｄ格式的目標文件。

（２）調(diào)用ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司提供的ＳＲＥＣ程序?qū)ⅲ悖欤涓袷降哪繕宋募D(zhuǎn)換成ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司的Ｓ－ＲＥＣＯＲＤ文件格式，可將目標文件中的Ｐ區(qū)數(shù)據(jù)、Ｘ區(qū)數(shù)據(jù)、Ｙ區(qū)數(shù)據(jù)提取出來并生成３個文件，其后綴分別為ｐ、ｘ、ｙ。

（３）調(diào)用Ｓｒｅｃ２ｂｉｎ程序?qū)ⅲ樱遥牛茫希遥母袷降奈募D(zhuǎn)換成ＢＩＮＡＲＹ格式的文件。

（４）調(diào)用Ｂｉｎ２ａｓｍ程序?qū)ⅲ拢桑危粒遥俑袷降奈募D(zhuǎn)換成ａｓｍ文件。這個ａｓｍ文件由一系列的數(shù)據(jù)定義指令組成，定義的數(shù)據(jù)依次為系統(tǒng)程序總字節(jié)數(shù)、系統(tǒng)程序起始地址、系統(tǒng)程序?qū)氖M制操作碼，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖７所示。

為了驗證上面方法是否能將引導程序和用戶程序的各部分代碼成功寫入到ＦＬＡＳＨ中，筆者編寫了一個測試程序作為用戶程序，該測試程序的功能是將ＡＤ輸入的音頻信號不經(jīng)任何處理直接輸出。實驗證明：系統(tǒng)脫機運行時能夠正確地運行測試程序，從而說明了系統(tǒng)引導裝載和ＦＬＡＳＨ燒錄的成功。

６　結(jié)束語

采用雙引導裝載方式可以克服Ｂｏｏｔｓｔｒａｐ引導程序不能加載Ｘ區(qū)數(shù)據(jù)和Ｙ區(qū)數(shù)據(jù)的缺點，還可以在系統(tǒng)程序運行前將ＤＳＰ設(shè)置為內(nèi)存切換模式，同時，采用軟件編程方法可以在沒有專用編程器的條件下，方便、可靠地實現(xiàn)對ＦＬＡＳＨ的擦除和讀寫。該方案具有一定的實用性和參考價值，也能夠用于其它ＤＳＰ系統(tǒng)。