《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于JTAG的DSP外部FLASH在線編程與引導(dǎo)技術(shù)

2008-10-14
作者:劉德生 李 杰

  摘 要: 介紹了DSP—FLASH在線編程" title="在線編程">在線編程(ISP)與引導(dǎo)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,給出了創(chuàng)建可引導(dǎo)文件的步驟和實(shí)現(xiàn)FLASH存儲(chǔ)器在線編程的算法;在AD公司Visual DSP++3.5集成開發(fā)環(huán)境下,通過JTAG對(duì)ADSP—21065L外部FLASH 存儲(chǔ)器AT29LV020實(shí)現(xiàn)在線編程,并完成系統(tǒng)的引導(dǎo)。
  關(guān)鍵詞: JTAG FLASH 在線編程 引導(dǎo) Visual DSP++3.5


  在以DSP為核心的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中,通常將可執(zhí)行代碼存放在非易失性存儲(chǔ)器" title="非易失性存儲(chǔ)器">非易失性存儲(chǔ)器中,在系統(tǒng)加電或復(fù)位時(shí)通過DSP的引導(dǎo)加載" title="加載">加載(Boot Loader)機(jī)制將該代碼轉(zhuǎn)移到高速存儲(chǔ)器中執(zhí)行。AD公司出品的ADSP SHARC系列DSP內(nèi)部的非易失性存儲(chǔ)器因其資源有限,必須在外部加以擴(kuò)展。FLASH存儲(chǔ)器具有容量大、單電源供電和可在線編程的特點(diǎn),是一種非常理想的存儲(chǔ)器。
  若采用燒錄器對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行編程,則在修改程序時(shí)必須拔插器件,而某些表貼封裝(如PLCC封裝和TSOP封裝)的器件又需要專用的轉(zhuǎn)接插座,這使得程序的調(diào)試和參數(shù)的修改非常繁瑣,而且容易對(duì)器件造成物理損傷。采用在線編程的方式對(duì)FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行操作,可以克服上述問題,為調(diào)試者提供了極大的方便。本文以ADSP—21065L外部擴(kuò)展的FLASH存儲(chǔ)器AT29LV020為對(duì)象,在Visual DSP++3.5環(huán)境中通過JTAG仿真器運(yùn)行一段程序,將可引導(dǎo)代碼在線燒錄到FLASH中,并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的引導(dǎo)。
1 在線編程與引導(dǎo)系統(tǒng)
  本系統(tǒng)以ADSP—21065L及外部的FLASH存儲(chǔ)器AT29LV020為核心,由DSP控制FLASH存儲(chǔ)器的擦除和讀寫。
  AT29LV020是用單電源3.3V供電的低功耗FLASH存儲(chǔ)器,容量2MB(256K×8),8位數(shù)據(jù)總線,18位地址總線。該芯片以扇區(qū)(SECTOR)為基本的編程單位,共有1024個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)包含256個(gè)字節(jié)。芯片的存儲(chǔ)空間中包含兩個(gè)引導(dǎo)區(qū),分別是最低8K(0x00000~0x01FFF)和最高8K(0x3E000~0x3FFFF)的引導(dǎo)區(qū)[1~2]。
  系統(tǒng)引導(dǎo)時(shí),DSP將FLASH作為普通的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,通過DMA方式訪問。ADSP—21065L的外部地址空間為0x00020000~0x03FFFFFF。FLASH的物理地址(ADD)對(duì)于DSP來說就是(0x00020000+ADD)。整片AT29LV020占據(jù)ADSP—21065L的外部地址空間范圍為0x00020000~0x0005FFFF,這段空間屬于Bank0。訪問該段空間時(shí),DSP引腳有效。引導(dǎo)時(shí),DSP引腳有效。所以,使用的組合作為FLASH的片選信號(hào)。DSP與FLASH的連接如圖1所示[3]


2 DSP可引導(dǎo)文件的創(chuàng)建
  在線編程的過程如下:
  (1)創(chuàng)建一個(gè)適合FLASH存儲(chǔ)器的引導(dǎo)程序" title="引導(dǎo)程序">引導(dǎo)程序文件A;
  (2)在Visual DSP++ 3.5環(huán)境中編寫一個(gè)FLASH的操作程序,創(chuàng)建一個(gè)可執(zhí)行的“.DXE”文件B;
  (3)通過基于JTAG的Emulator將B下載到DSP中執(zhí)行,將A文件寫入FLASH中。
  下面介紹如何在Visual DSP++ 3.5的開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個(gè)可以引導(dǎo)的文件[4]。該文件就是通過JTAG寫入FLASH中的目標(biāo)文件。具體步驟如下:
  (1)創(chuàng)建一個(gè)將要寫入FLASH的源程序,在Visual DSP++環(huán)境中直接通過Emulator下載到DSP中執(zhí)行,驗(yàn)證程序的正確性。
  (2)打開菜單Project→Project Options…,在Project標(biāo)簽的頁面里,選擇Type為Loader File;在Load標(biāo)簽的頁面里,選擇Boot Mode為Prom,選擇Boot Format為ASCII,并為將要?jiǎng)?chuàng)建的.LDR文件指定名稱。
  (3)重新編譯工程,在工程目錄中得到一個(gè)載入文件*.LDR。
  至此,一個(gè)可引導(dǎo)的文件就創(chuàng)建成功了。該文件的格式如下:
  ……
  0x1254
  0xCDF3
  0x256C
  ……
  該文件有n行,每行為一個(gè)雙字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)??紤]到FLASH的數(shù)據(jù)總線是8位,在寫入之前,必須將每行分成兩個(gè)單字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)。
3 FLASH在線編程的實(shí)現(xiàn)
3.1 FLASH扇區(qū)編程的實(shí)現(xiàn)

  AT29LV020的操作包括扇區(qū)編程、整片擦除、讀芯片ID、退出讀芯片ID、引導(dǎo)區(qū)加鎖等,這里關(guān)心的主要是扇區(qū)編程。
  扇區(qū)是AT29LV020編程的最小操作單位,每次編程操作時(shí),目標(biāo)扇區(qū)的256個(gè)字節(jié)同時(shí)進(jìn)行。在DSP的寫指令字序列的作用下,同一個(gè)扇區(qū)的256個(gè)字節(jié)被寫入FLASH內(nèi)部的緩沖區(qū),然后FLASH自動(dòng)啟動(dòng)編程操作。DSP向緩沖區(qū)寫入同一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí),數(shù)據(jù)的寫入順序是任意的,但是相鄰的寫信號(hào)間隔不能大于150μs,否則將被視為寫入操作完成,編程過程立刻啟動(dòng),而扇區(qū)內(nèi)沒有寫入內(nèi)容的地址將全部被編程為FF。完成一個(gè)扇區(qū)的編程最多只需要20ms。編程過程啟動(dòng)后首先會(huì)自動(dòng)擦除需要編程的扇區(qū),所以在編程前并不需要對(duì)扇區(qū)進(jìn)行單獨(dú)的擦除操作。
  為了防止FLASH中的內(nèi)容被誤操作或者其它操作修改,F(xiàn)LASH默認(rèn)為寫保護(hù)狀態(tài)。每次對(duì)扇區(qū)進(jìn)行編程前必須寫入一個(gè)命令字序列,才可以向FLASH的緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù),進(jìn)而啟動(dòng)編程。編程結(jié)束后,F(xiàn)LASH自動(dòng)恢復(fù)到寫保護(hù)狀態(tài)。
  一個(gè)扇區(qū)編程是否結(jié)束,可以通過以下三種方法判斷:
  (1)反復(fù)讀最后寫入的地址的內(nèi)容,如果編程沒有結(jié)束,讀到數(shù)據(jù)的最高位與最后寫入的數(shù)據(jù)的最高位始終互為補(bǔ)碼;編程結(jié)束后,讀到的數(shù)據(jù)與最后寫入的數(shù)據(jù)相等。
  (2)反復(fù)讀任意某個(gè)地址的內(nèi)容,如果編程沒有結(jié)束,每次讀操作都會(huì)導(dǎo)致次高位發(fā)生跳變;編程結(jié)束后,讀到的結(jié)果就是寫入該地址的實(shí)際數(shù)據(jù)。
  (3)寫完一個(gè)扇區(qū)后延時(shí)20ms,作為扇區(qū)編程結(jié)束的依據(jù)。
  扇區(qū)編程的流程圖如圖2所示。


3.2 FLASH文件在線編程的實(shí)現(xiàn)
  考慮到AT29LV020的最小編程單位為一個(gè)扇區(qū),首先應(yīng)該將待編程的文件分割為若干個(gè)256字節(jié)的編程單元,對(duì)于最后的一個(gè)單元,無論是否夠256字節(jié),都無需理會(huì),仍舊按照一個(gè)扇區(qū)處理。
  假設(shè)待編程的文件名為filename.ldr,采用匯編語言編寫軟件時(shí),使用變量定義:
  .var f_data[ ] = 'filename.ldr';
  緩沖區(qū)f_data[ ]的首址指向filename.ldr的首行,f_data的每個(gè)元素都對(duì)應(yīng)文件的一行。由于創(chuàng)建的引導(dǎo)程序文件每行數(shù)據(jù)都是16位的,包含兩個(gè)8位字節(jié),所以必須將其分解為兩部分后分別寫入FLASH。
  軟件的流程如圖3所示。


4 測試實(shí)例
  下面是將文件寫入FLASH的完整程序,在實(shí)際中已經(jīng)調(diào)試成功。通過該程序?qū)⒁欢伍W燈代碼blink.ldr寫入FLASH中,復(fù)位后,被寫入的代碼自動(dòng)加載到DSP中執(zhí)行。在編程過程中,ADSP-21065L的FLAG10引腳輸出周期為40ms的方波;編程結(jié)束后,F(xiàn)LAG8輸出周期為40ms的方波。
  // 宏定義與變量初始化
  #define f_size 1572      //文件的行數(shù)
  #define mem_offset 0x020000 //FLASH的地址偏移
  #define u_mem1_a 0x025555 //命令字寫入地址1
  #define u_mem2_a 0x022AAA //命令字寫入地址2
  #include <def21065L.h>
  .section/dm seg_fout;
  .var f_data[] =“blink.ldr”;   //待寫入的代碼文件
  .section/dm seg_dmda;
  .var d_byte;
  .var addr;
  .var line_num = 0;     //當(dāng)前扇區(qū)已寫入行數(shù)
  .var byte_size;       //待寫入代碼字節(jié)數(shù)-1
  .var counter = 0;       //延時(shí)的計(jì)數(shù)值
  // 復(fù)位中斷
  .section/pm pm_rsti;
  nop;
  jump start;
  nop;
  //以下是主程序
  .section/pm seg_pmco;
  start:
  nop;
  bit clr mode1 0x00001000; //屏蔽所有中斷
  IRPTL = 0x0;     //清除未響應(yīng)中斷
  r0 = 0x0050;     //設(shè)置 FLAG10 和
  dm(IOCTL) = r0;     //FLAG8為輸出引腳
  program:
  i0 = f_data;
  r2 = 0x0;     //已經(jīng)寫入的字節(jié)數(shù)-1
  r3 = f_size;
  r4 = r3 + r3;
  r4 = r4 - 1;
  dm(byte_size) = r4;
  r6 = dm(line_num);
  r7 = 0;
  comp(r6,r7);     // 判斷是否為新的扇區(qū)
  if ne jump sect_load; // 不是,則直接向FLASH
         //緩沖區(qū)寫入字節(jié)
  sect_ulock:       //是,首先寫命令字序列
  r12 = 0xAA;
  dm(u_mem1_a) = r12;
  r12 = 0x55;
  dm(u_mem2_a) = r12;
  r12 = 0xA0;
  dm(u_mem1_a) = r12;
  sect_load:
  r0 = dm(i0,1);     //讀取一行數(shù)據(jù)
  r1 = fext r0 by 0:8; // 獲得低字節(jié)
  dm(d_byte) = r1;
  dm(addr) = r2;
  call load_byte;   //向FLASH寫入低字節(jié)
  r2 = r2+1;
  r1 = fext r0 by 8:8;   //獲得高字節(jié)
  dm(d_byte) = r1;
  dm(addr) = r2;
  call load_byte;     //向FLASH寫入高字節(jié)
  r8 = dm(byte_size);
  comp (r2,r8);    //判斷文件是否全部寫完
  if eq jump done;   //是,則結(jié)束
  r6 = dm(line_num); //否,判斷扇區(qū)是否結(jié)束
  r6 = r6+1;
  dm(line_num) = r6;
  r7 = 128;
  comp (r6,r7);
  if lt jump prog_loop; //否,繼續(xù)向該扇區(qū)寫數(shù)據(jù)
  sect_done:     //是,等待20ms
  nop;
  call wait_DQ7;
  ustat2 = dm(IOSTAT);
  bit tgl ustat2 FLG10O;
  dm(IOSTAT) = ustat2;   //翻轉(zhuǎn)FLAG10
  r6 = 0;
  dm(line_num) = r6;
  r2 = r2+1;
  jump sect_ulock;   //開始向新扇區(qū)寫數(shù)據(jù)
  prog_loop:
  r2 = r2+1;
  jump sect_load;
  done:         //編程結(jié)束
  nop;
  call wait_DQ7;
  ustat2 = dm(IOSTAT);
  bit tgl ustat2 FLG8O;   //翻轉(zhuǎn)FLAG8
  dm(IOSTAT) = ustat2;
  jump done;
  load_byte:         //寫字節(jié)子程序
  i4 = dm(addr);
  m4 = mem_offset;
  r12 = dm(d_byte);
  dm(m4,i4) = r12;
  rts;
  nop;
  wait_DQ7:         //20ms延時(shí)子程序
  r0 = dm(counter);
  r0 = r0+1;
  dm(counter) = r0;
  r1 = 0x59000;
  comp(r0,r1);
  if lt jump wait_DQ7;
  r0 = 0;
  dm(counter) = r0;
  rts;
  nop;
  上面的程序是針對(duì)由ADSP-21065L和AT29LV020構(gòu)成的磁懸浮數(shù)字控制系統(tǒng)編寫的,可行性與可靠性已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。該程序具有良好的可移植性,稍作修改即可用于類似的在線編程系統(tǒng),具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
1 Application Note: Atmel AT29 Flash Memories [Z]. Atmel Corporation, 1998.10
2 Data Sheet: 2-megabit (256K x 8) 3-volt Only Flash Memory AT29LV020 [Z]. Atmel Corporation, 2002.5
3 Engineer To Engineer Note: Interfacing Byte Programmed Flash Memories to the ADSP-2106x SHARC series [Z]. Analog Device Inc., 1999.7
4 劉書明,羅軍輝. ADSP SHARC系列DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2003.2

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