摘 要：本文提出在PC 機遠程控制下利用一片F(xiàn)LASH 存儲器實現(xiàn)多DSP 系統(tǒng)對多份用戶代碼加載并有選擇的重新載入用戶程序的方法。在分析了DSP 自舉加載的步驟之后給出了系統(tǒng)硬件電路框圖，并結(jié)合TI 公司的DSP 芯片TMS320C6416，介紹了它的裝載流程和通過PC 機遠程控制動態(tài)加載DSP 的過程。

　　關(guān)鍵詞：DSP；動態(tài)加載；Bootloader

　　1. 引言

　　隨著電子系統(tǒng)的任務量日益龐大，對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力越來越高，其中包括處理大容量的數(shù)據(jù)、運行高度復雜的算法以及進行實時運算等。這些日益增長的需求，對數(shù)據(jù)處理器提出了更高的要求，在研究DSP 算法的同時，大量研究者也對DSP 系統(tǒng)的加載、重載進行深入的研究，從而使DSP 系統(tǒng)能快速變化DSP 算法來完成復雜多變的信號處理需求。盛九朝等在文獻中就提出了信號處理程序的動態(tài)加載，通過程序的動態(tài)加載可以在不改動系統(tǒng)硬件的情況下方便的升級DSP 系統(tǒng)。也有大量的文獻對DSP 的自舉加載技術(shù)進行了研究。

　　人們?yōu)榱藘?yōu)化DSP 的加載，想到了利用擴張FLASH 的方法來增強DSP 動態(tài)加載的靈活性。由于各個DSP 系列的產(chǎn)品特性也不盡相同，往往在加載方式方面也有所不同，所以對不同系列的DSP 芯片進行分別研究也是非常值得關(guān)注的。

　　一般的 DSP 系統(tǒng)只是在每個DSP 芯片上單一的運行一種算法程序，由多個DSP 分別做不同的算法再融合各個算法處理后的數(shù)據(jù)來完成大量數(shù)據(jù)的處理工作。而針對多DSP系統(tǒng)的多份用戶程序的加載方案卻研究的很少，為此，本文提出了一種PC 機遠程控制動態(tài)加載程序的方法，在采用TMS320C6416 進行項目設(shè)計實踐后，在項目的硬件系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上詳細介紹了硬件及軟件設(shè)計方案。

　　2. 硬件系統(tǒng)介紹

　　TMS320C6000是TI公司TMS320系列產(chǎn)品中的新一代高性能DSP芯片，共分為兩大系列。其中定點系列為TMS320C62xx 和TMS320C64xx；浮點系列為TMS320C67xx。

　　本文采用 32 位定點數(shù)字信號處理器TMS320C6416 為例設(shè)計了如圖1 所示的硬件系統(tǒng)平臺，DSP1 為主DSP，DSP2 和DSP3 為從DSP。在此系統(tǒng)中，選用了Xilinx 公司的SpartanIII 系列XC3S4000 芯片作為FPGA，它通過EMIFA 總線與各個DSP 連接，控制各個DSP的復位。選用CYPRESS 公司的CY7C0852V 作為外接RAM 存儲器，其容量為128K×36bit，它一端與主DSP 的EMIFA 總線連接，另一端的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線與FPGA 的用戶定義I/O 口直接相連。主DSP 通過EMIFB 總線與DSP 程序固化單元Flash S29GL512N（512M）連接，用于讀寫Flash 中的程序；通過EMIFA 總線與外部存儲單元SDRAM K4S511632D（64M）連接，用于緩存DSP 處理器的程序以及那些需要進行處理的數(shù)據(jù)和處理結(jié)果等；通過HPI 總線與其余兩片從DSP 連接，用于加載這兩片DSP 的用戶程序。選用CY7C68013AUSB 接口芯片來完成PC 機與FPGA 之間的命令報文交互。

　　3．多DSP 程序動態(tài)加載方案設(shè)計

　　本文提出的多 DSP 程序動態(tài)加載方案的主要設(shè)計思想是主從DSP 分別加載，在確定主從DSP 后按照一定的邏輯順序和PC 機控制分別加載各個DSP，下面將對整個方案進行詳細介紹。

　　3.1 主DSP 引導方式的選擇

　　在上電或復位引導過程中，首先加載主DSP，則需要將固化在Flash 中的程序拷貝到指定區(qū)域中運行。在C6000 系列中，有3 種引導方式：

　?、俨患虞d：CPU 直接開始執(zhí)行地址0 處的存儲器中的指令；②ROM 加載：位于外部CE1 空間的ROM 中64K 的程序首先通過DMA 被搬入地址0，然后開始執(zhí)行地址0 處的指令；③主機（HPI）引導：外部主機通過主機口初始化CPU 的存儲空間，初始化完成后，將主機口控制寄存器中的DSPINT 位設(shè)置為1，結(jié)束引導過程，開始執(zhí)行地址0 處的指令。

　　本文中的主 DSP 采用第二種引導方式，而采用這種模式的大多數(shù)C6000 系列的DSP 芯片只能從CE1 向地址0 處搬移1K bytes 的代碼，當應用程序代碼超過1K bytes 時就需要進行兩次代碼搬移。在這種情況下，必須由一段引導代碼使原本存放在ROM 中的代碼到指定的位置中，以使系統(tǒng)程序能夠正確運行。這段引導代碼一般稱之為Bootloader，由于Bootloader 代碼一般不超過1KB，因此常利用匯編語言編寫。實際上，Bootloader 程序的設(shè)計是主DSP 軟件的一個重要部分，整個主DSP 軟件的設(shè)計被分為Bootloader 程序、用戶管理程序和用戶程序三部分，他們被分別固化在Flash 中的不同位置。其中Bootloader 程序用來加載用戶管理程序，用戶管理程序的作用是根據(jù)PC 機指令有選擇性的加載用戶代碼，用戶程序用來加載從DSP 的程序和進行DSP 算法。通常情況下，Bootloader 程序存放在ROM的起始地址處，使得DSP 在上電或硬復位時通過EDMA 自動地從EMIF 接口的CE1 空間把它搬移到內(nèi)部RAM 的地址0 處。搬移完成后，CPU 便自動跳轉(zhuǎn)到地址0 開始執(zhí)行Bootloader程序。Bootloader 程序?qū)⒂脩艄芾沓绦驈耐獠看鎯ζ靼嵋频絻?nèi)部RAM 中，并且在代碼搬移完后跳轉(zhuǎn)到程序入口地址c_int00 處開始執(zhí)行用戶管理程序。類似的，用戶管理程序?qū)⒂脩舫绦驈耐獠看鎯ζ靼嵋频絻?nèi)部RAM 中，并且在代碼搬移完后跳轉(zhuǎn)到程序入口地址c_int00處開始執(zhí)行用戶程序。用戶程序再分別搬移DSP2 和DSP3 的程序到它們的內(nèi)部RAM 中并讓它們從地址0 處運行，然后運行自己內(nèi)部RAM 中的DSP 算法?；趫D1 的硬件平臺，加載DSP 程序的流程分為次上電程序加載流程和DSP 系統(tǒng)重載流程，下面將分別詳細介紹這兩個加載流程。

　　3.2 DSP 次上電程序加載流程

　　次上電后 DSP 加載首先從主DSP 開始，隨后依次由主DSP 引導從DSP 完成所有DSP 的次加載。加載流程如圖2 所示。

　?、偕想姾笾鱀SP 自動加載1K 的Bootload 程序到其內(nèi)部的RAM 中，放在從0 地址開始的位置，接著從0 地址開始執(zhí)行Bootload 程序。Bootload 程序從Flash 的前1K 字節(jié)以后的一定長度的用戶管理程序搬運到用戶管理程序工程中的CMD文件指定的位置并運行用戶管理程序；②用戶管理程序通過標志位判斷為次上電加載流程，將從Flash 對應的位置讀取默認的用戶程序到DSP1 內(nèi)存空間并運行用戶程序；③用戶程序通過標志位判斷為次上電加載流程，從Flash 中讀出DSP2 的用戶程序到外部存儲器SDRAM 中緩存，然后通過HPI 總線加載到DSP2 的內(nèi)存空間中并向DSP2 的HPIC 寄存器的DSPINT 位寫1 將DSP2 從復位狀態(tài)喚醒，跳轉(zhuǎn)到DSP2 的用戶程序入口處運行DSP2 的用戶程序，接著用同樣的方法加載DSP3 的用戶程序并運行。如果系統(tǒng)中還有更多的從DSP 也可用相同的方法加載并且主DSP 分別加載從DSP 程序的順序可以調(diào)換。

　　3.3 DSP系統(tǒng)重載流程

　　程序次啟動完成后，當需要對某個DSP中的算法進行替換時，就需要進行這個DSP重載，重載采用PC機遠程控制DSP 重新載入的方式?；谶@種重載方式系統(tǒng)中需要對每個DSP定義的編號來區(qū)別是重載哪個DSP的用戶程序，這里定義主DSP編號為1，從DSP依次為2和3。特別要注意的是各個DSP程序應該固化在FLASH 中的不同位置。

　　PC機通過USB接口芯片來與DSP硬件系統(tǒng)通信，用戶通過數(shù)據(jù)報文控制某個DSP重新載入。數(shù)據(jù)報文中應包括待加載的DSP編號、在FLASH中的扇區(qū)數(shù)、在此扇區(qū)中的偏移地址和需要重載的用戶代碼長度四個信息。PC機將封裝好的重載命令數(shù)據(jù)報文發(fā)送到FPGA，F(xiàn)PGA接收數(shù)據(jù)報文并將其存儲到雙口RAM中然后通知主DSP取數(shù)據(jù)報文。詳細的加載流程如圖3所示。

　?、僦鱀SP從雙口RAM中取出數(shù)據(jù)報文并解析出重載的DSP編號為n、程序在Flash中的扇區(qū)數(shù)、偏移地址和代碼長度四個信息。

　?、谌绻鸇SP編號n為1則表示對主DSP的用戶程序重載，主DSP就將程序在Flash中的扇區(qū)數(shù)、偏移地址和代碼長度三個信息保存到雙口RAM中，然后將重載標志位設(shè)為有效并通過觸發(fā)FPGA的復位標志位通知FPGA對主DSP復位。如果DSP編號n不為1則表示對從DSP的用戶程序重載，n為2表示對DSP2的用戶程序重載，n為3表示對DSP3 的用戶程序重載。從DSP的用戶程序重載方式跟次上電程序加載類似，由主DSP根據(jù)步解析出的信息將從DSPn的用戶代碼搬移到SDRAM 中緩存，然后主DSP 通過觸發(fā)FPGA的復位標志位通知FPGA對從DSPn復位。

　　③FPGA查詢到主DSP復位標志位有效，對主DSP復位。復位結(jié)束后，主DSP跟次上電程序加載一樣又自動加載1K的Bootload程序到其內(nèi)部的起始地址為0 的RAM 中并開始執(zhí)行Bootload程序。Bootload程序從Flash的前1K字節(jié)以后的一定長度的用戶管理程序搬運到用戶管理程序工程中的CMD文件指定的位置并運行用戶管理程序。用戶管理程序通過標志位判斷為重載流程，從雙口RAM相應的地址中讀出重載相關(guān)信息，根據(jù)這些信息從Flash對應的位置讀取主DSP 的用戶程序到主DSP 內(nèi)存空間并運行。主DSP用戶程序也通過標志位判斷為重載流程，直接就進行算法程序。如果FPGA查詢到從DSPn復位標志位有效，對從DSPn復位。復位結(jié)束后，主DSP通過HPI總線將SDRAM中緩存的從DSPn的用戶程序搬移到從DSPn內(nèi)存空間中并運行。

　　4．結(jié)束語

　　通過本文提供的加載方案，在所有程序都在線調(diào)試好并固化到一片F(xiàn)lash中的基礎(chǔ)上，用FPGA作為PC機與底層DSP之間的選通連接，使用PC機遠程控制多DSP 系統(tǒng)的多份用戶程序的動態(tài)加載，在不斷電的情況下，使得多個DSP能夠被合理的使用并能實時切換用戶程序來完成不同的系統(tǒng)任務，增強了系統(tǒng)處理各種不同數(shù)據(jù)源的能力，利用PC機遠程控制的方法也提高了系統(tǒng)調(diào)試的靈活性。經(jīng)過實踐驗證，該方法準確可靠，靈活性、擴展性及實用性強。本文的分析思路同樣適用于其他C6000系列的DSP，對DSP應用系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考價值。