TS201S型DSP引导程序加载方法研究
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关键词：DSP；TigerSHARC；引导程序；加载；接口；TS201S
随着DSP技术的发展，DSP的功能越来越强，类型也越来越多。由于DSP内部结构的特点,DSP的算法程序一般都存储在外部的非易失性存储器中，在系统上电后，要将算法程序从外部存储器加载到DSP中，再进行相应的数据算法处理。
TS20lS是ADI公司TigerSHARC系列中集成了定点和浮点计算功能的高速DSP。处理器工作在600MHz，单周期能执行4条指令，每秒能进行3．4亿次乘累加和2．8亿次浮点操作，是面向通信和视频领域的高端DSP。TS201S包括24Mbit的片内DRAM；1个14通道的DMA控制器：4个链路口可用于和其他DSP进行无缝联接。以组成一个多DSP处理器系统，每个链路口的数据率可达1GB／s；集成SDRAM控制器最大支持256M x 32bit的内存容量,方便和外部SDRAM连接。TS20lS非常适合对大数据量数据处理实时性要求高的应用领域。
TigerSHARC系列的DSP接口丰富，其引导程序的加载方法也非常灵活，可根据实际系统设计的需要灵活选用。
1 TigerSHARC系列DSP的引导模式
DSP的引导就是在DSP系统复位的情况下从DSP外部存储器装载算法程序代码的过程。TS201S支持二种引导模式：主引导（master boot）模式和从引导(slave boot)模式。
在主引导模式下，TS201S作为主动方，用外部口输出地址、读、引导方式选择(BMS)等控制信号，从EPROM或Flash中加载代码。在从引导模式下，TS201S作为被动方，不向外部输出控制信号，外部主机或其他设备向TS201S的主机、链路口传送要加载的代码，TS201S仅启动若干DMA通道，并执行第一个DMA所接收的加载核。
另外，TS201S还可以选择一种“非引导”模式，或利用TS20lS的(仿真器)EZ—ICE加载程序，这种方式可直接将程序加载进TS201S内部的RAM或外部的RAM中，DSP直接从RAM中运行程序，常用于DSP的调试过程。
通过对TS20lS的BMS引脚的设置，可将DSP的引导过程设置成主引导模式或从引导模式。在DSP复位期间，如果BMS低电平，则选择主引导模式，DSP从外部EPROM或Flash中加载程序；若BMS引脚为高电平，则进入从引导模式，DSP为空闲状态，等待主机或链路口加载程序。2种引导模式都有相同的加载过程。具体步骤如下：
(1)TS201S自动启动一个DMA．自动把256个字(32位)传送到内部存储器的地址0x00-0xFF。
(2)TS201S执行上述256个字的指令(加载核)，加载核启动其他DMA，把后续指令和数据加载到内部和／或外部存储器中。
(3)加载核自我覆盖，执行DSP算法程序。
2 单TS201S的程序加载接口设计
TigerSHARC系列中的TS20lS作为单个DSP使用时，主要有3种引导方式。
2.1外部EPROM引导
外部EPROM引导为主引导模式，是最常用的引导模式。在该模式下，BMS引脚和RD引脚作为EPROM的片选和输出使能引脚。EPROM的8位数据线接TS201S的DATA0-DATA7。TS20lS最大支持16M的EPROM地址空间，其低位地址引脚与EPROM的地址引脚相连。对于多处理器共享总线的系统，可用一个EPROM对所有TS201S加载。图1所示为ST公司的Flash（DSM2150）与TS201S程序加载接口设计实例。
复位后，DMA通道0被自动配置好，DMA相应的2个TCB寄存器(Transfer Control Block)被初始化，然后从8位的外部EPROM地址0开始，把一个256字的加载核传送到内部存储器地址0x00-0xFFo。DMA通道0的中断矢量初始化为内部存储器地址0x00。当DMA通道0传送完成时，产生中断，TS20lS开始从0x00执行加载核。然后，加载核通过一串单字DMA传送将后续应用代码和数据加载。最后，加载核启动一个256字的DMA，使其自身被用户应用程序代码覆盖。当该DMA过程完成时，DMA通道0的中断矢量人口地址为内部存储器地址0，用户的应用代码从地址0开始执行。TS20lS的外部接口是32位数据宽度，所以TS201S在通过DMA通道加载程序时，自动使用8到32位的专用打包方式，低位在前，完成从EPR()M的DMA读。只有DMA通道0支持该专用打包方式，所以引导程序必须用DMA0。
另外，在算法应用程序运行阶段，内核不能用指令使能BMS的方式直接对EPROM进行访问，但可通过DMA通道方式访问。这是因为EPROM是字节寻址空间，它不属于TS201S的存储器空间。外部EPROM所占的最大存储空间为16M字节，由于E-PROM是慢速外设，对EPROM的每一个读访问，TS201S都要等待16个周期。TS201S对外部E-PROM的读时序如图2所示。
2.2主机引导
采用主机(HOST)引导模式时，32位或64位主机通过外部的数据和地址总线完成对TS201S的引导。在主机引导方式下TS201S可用任何一个Auto DMA通道进行代码传送。其余过程与外部E-PROM引导相同。主机通过DSM状态寄存器(DSSTAT)监视Auto DMA的状态。在一默认的情况下TS201S的外部总线宽度被设置成32位，所以主机必须使用流水线协议与TS201S进行通信。
2.3链路口引导
TS201S有4个链路口(Link Port)，每个链路口都可用于引导程序的加载。其加载过程和主机引导模式相似。
3 多TS201S的程序加载接口设计
在实际的系统设计中，在处理高数据流和大数据量的条件下经常用到多个DSP级联。对多个DSP进行程序加载，用EPROM、HOST、LINK PORI、加载模式都可实现。
在EPROM引导模式下，将各DSP的丽BMS引脚接到一起，连接到EPROM的片选信号上，外部地址、数据也都分别连到EPROM的数据、地址总线上，各DSP按总线优先权依次访问EPROM。EPROM引导多DSP的另一种方法是在主DSP(ID2-0=000)加载完成后，通过多DSF的存储器空间向其他DSP的AutoDMA通道0写入加载码，完成其他DSP的程序加载。这种方法只有主DSP的RD引脚和EPROM片选相连，其他。DSP的RD信号通过外部上拉电阻器上拉。
在HOST加载模式下，主机按照流水协议，用HBR和HBG信号引导其他DSP。
在多DSP系统中LINK PORT加载方式是最为灵活的一种程序加载方式，可将前面二种加载模式结合使用，当第一个DSP用EPROM。或HOST加载成功后，可按菊花链形式由第一个依次加载其他的DSP。
4 引导程序设计
下面以EPROM引导模式为例说明TS20lS引导程序的设计方法。ADI公司的visual DSP++工具提供的程序加载应用程序(elfloader.exe)可将DSP算法程序和加载核程序合并生成：EPROM的加载输出文件(*.ldr)。该加载输出文件用来定义加载过程中TS201S的内部和外部存储器如何被初始化，其格式如图3所示。其中数据标识块中标签字的格式定义如图4所示。
DSF程序加载过程中的比较复杂的过程是加载核的自我覆盖。当数据标识块中标签字的高3位的数据为O时(见图4，TYPE=0)，加载核执行“结束加载”的过程，用DSt算法代码覆盖加载核的256个字的程序。这是加载过程的最后一个DMA，将DSP从IDLE状态唤醒，完成加载核的自我覆盖，但是，简单的自我覆盖会使DSP算法程序从DMA0中断级开始执行，这是所不希望的。为了解决这一问题，通过以下算法来实现。
(1)DSP算法代码的第一个4字被存储在xRll：8中。
(2)将以下代码写入Ox00000000一Ox00000003 RETI=0；；NOP；；RTI(NP)；；QD31+=0]=xRl 1：8；；
(3)DMA中断矢量设置为地址0。
(4)设置地址缓冲区无效(BTBINV)以清除缓冲区内的任何分支地址。
(5)把256个用户代码放到0x00000004-0x000000FF。
(6)对TCB编程，启动DMlA，处理器进入IDLE状态。
(7)DMA完成后，响应DMA中断，程序控制器跳到地址0x00000000，开始执行以下代码：RTI(NPl；；Q[j3 l+=0]=xRll：8；；。
这些指令使中断降级，用户DSP算法程序放到0x00000000-Ox00000003，指令计数器指针指到地址0x00000000()，用户的算法程序从0x00000000开始执行，此时算法程序不处于中断级。这里的NP选项是必须的，以使：RTI指令不缓冲到：BTB中。
如系统中的外部存储器要被特殊初始化(如SDRAM)，则这个存储器必须由内核来配置及初始化。加载核要被修改和重新编译，最后的加载核代码不能超过256个字，是由：DSP的特点所决定的。
5 结束语
ADI公司的高性能Tiger SHARK系列TS201S型DSF已在对实时处理要求高的场合得到广泛应用，如通信基站、机载雷达预警、阵列信号处理等。文中着重论述了其程序加载接口，介绍了DSF加载的几种常用模式，并给出了一种实用的接口方案。在软件方面，对DSP加载过程中的难点做了说明。文中提到的几种DSP程序加载方法也适用于其他类型的DSP，读者可将其灵活运用于实际的DSP系统设计中。
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