TMS320VC5402 DSP的并行I/O引导装载方法研究

TMS320VC5402(以下简称C5402)是德州仪器公司(TI)1999年10月推出的性价比极高(目标价格仅为5美元)的定点数字信号处理器(DSP)。C5402主要特点如下[1]：
　　·操作速率达100MIPS；
　　·具有先进的多总线结构，三条16位数据存储器总线和一条程序存储器总线；
　　·40位算术逻辑单元(ALU)，包括一个40位桶形移位器和两个40位累加器；
　　·一个17×17乘法器和一个40位专用加法器，允许16位带/不带符号的乘法；
　　·整合维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度；
　　·单周期正规化及指数译码；
　　·8个辅助寄存器及一个软件栈，允许使用业界最先进的定点DSP C语言编译器；
　　·数据/程序寻址空间1M×16bit，内置4K×16bit ROM和16K×16bit RAM；
　　·内置可编程等待状态发生器、锁相环(PLL)时钟产生器、两个多通道缓冲串行口、一个8位并行与外部处理器通信的HPI口、2个16位定时器以及6通道DMA控制器；　　
　　·低功耗，工作电源有3V和1.8V(内核)，特别适合电池供电设备。
　　由此可见，与TMS32054X系列的其它芯片相比，C5402以其独有的高性能、低功耗和低价格特性，使得一推出就受到业内用户的欢迎。但它的内部结构和片内掩模的引导装载(Bootloader)程序与C54X系列的其它DSP处理器[2]有较大的差异，而它的应用对象又大多是要求能脱机运行，如机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)和数字无线通信等内嵌式系统。为此，本文立足我们的实践经验，简单介绍C5402 Bootloader程序分析和实现方法，并较为详细地介绍并行I/O Bootloader方法。
1 几种引导装载方法
　　C5402片内掩模的Bootloader用于在上电复位时把用户程序从外部引导到高速RAM中，以保证其全速运行。C5402提供了如下四种Bootloader方法：8位或16位并行EPROM方法、8位或16位并行I/O方法、8位或16位串行口方法和处理器通信口(主端口)HPI方法。
　　上电复位后，C5402检测其MP/MC引脚，如果MP/MC＝“0”则进入Bootloader程序。进入Bootloader后，如有INT2请求中断，则进入HPI引导方式，否则则读入端口地址为0FFFFH的I/O端的引导方式选择字(Boot Routine Selection、 BRS)。当BRS＝XXXX00时，进入I/O或串行口引导方式;如BRS＝XXXX1000时，进入8位I/O引导方式;BRS＝XXXX1100时，进入16位I/O引导方式，否则则进入串行口引导方式。当BRS＝XXXX01时，进入8位EPROM引导方式，BRS＝XXXX10时，进入16位EPROM引导方式。
2 C5402片内ROM结构及并行I/O引导装载程序分析
　　C5402提供了4K×16bit 的掩模ROM，其具体内容见表1。C5402上电复位后，如果MP/MC＝“0”则从F800h地址开始运行Bootloader程序。在进入8位并行I/O引导程序以前，C5402与外部I/O要进行一系列的通信联络，其程序框图如图1所示。

以下是8位并行I/O引导程序片段下：
　　行号 源程序 注 解
　　(标号)
　　END ；读入用户代码结束并转执行用户程序
　　1 CALL (21) ；调用读数据子程序
　　2 STL B、61h ；B的内容→61H单元
　　3 CALL (21) ；调用读数据子程序
　　4 STL B、 62h ；B的内容→62H单元
　　5 CALL (21) ；调用读数据子程序
　　6 BC (END)、 BEQ ；B＝0时结束
　　7 SUB #01h、0、B、B ；B－1→B
　　8 STLM B、BRC ；B→BRC
　　9 CALL (21) ；调用读数据子程序
　　10 STL B、 68h ；B的内容→68H单元
　　11 CALL (21) ；调用读数据子程序
　　12 ADD 68h、16、B、B ；68H移位后加B→B
　　13 LD B、0、A ；B→A
　　14 RPTD (20)－1 ；循环15－19
　　15 CALL (21) ；调用读数据子程序
　　16 SSBX XF ；XF＝1
　　17 BC (17)、BIO ；BIO＝0则等待
　　18 WRITA B ；把B的内容写到*A
　　19 ADD #01h、0、A、A ；A＋1→A
　　20 B (5) ；跳转到标号为5
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　　21 SSBX XF ；XF＝1
　　22 BC (22)、BIO ；BIO＝0则等待
　　23 RXBX XF ；XF＝0
　　24 BC (24)、NBIO ；BIO＝1则等待
　　25 PORTR 0000h、 B ；读0地址端口→B
　　26 SFTL B、8、B ；B左移8位→B
　　27 SSBX XF ；XF＝1
　　28 BC (28)、 BIO ；BIO＝0则等待
　　29 RXBX XF ；XF＝0
　　30 BC (30)、 NBIO ；BIO＝1则等待
　　31 PORTR 0000h、68h ；读0地址端口→68
　　32 ANDM 000ffh、68h ；逻辑与
　　33 OR 68h、 B ；逻辑或后→B
　　34 RET ；返回
　　在上述程序中，END标号给出I/O读入操作结束后所转移的入口地址，之后转到61H和62H给出的入口地址执行用户程序。第1～4行读入入口地址；第5?觸8行读入数据块长度；第9～13行读入数据块首地址；第14～20行读入数据块。为了更好地了解这段程序的工作过程及其原理，图2给出了8位并行I/O Bootloader程序流程图。第21～34行为读数据子程序，在该程序中，利用了XF和BIO信号与外部I/O进行握手联络，其信号时序如图3所示。

3 C5402并行I/O引导装载方法的实现
3.1 硬件电路分析
　　为了满足C5402 DSP 8位并行I/O Bootloader引导程序的时序要求，本文利用8031单片机作智能I/O部件，图4为C5402与8031的连接电路图。在图中，U3为TMS320VC5402DSP，U？为8031单片机，U1、U2均为SN74AHC245，单片机系统中的EPROM电路没有给出。

U1、U2的DIR引脚接地，数据传输方向为B→A。U2的B7～B4和B2～B0接地，B3接DVDD(3.3V)，/CE端接系统复位信号，保证了在上电复位期间U2给C5402提供00001000B数据，使其进入8位并行I/O引导模式，而当复位信号无效后，U2的/CE＝“1”片选信号无效而脱离系统。U1的作用是数据缓冲兼作电平转换器，U1的VCCD端接4.3V，其作用是将8031输出的TTL电平转换成5402能接受的CMOS电平；U1的/CE断接8031的P3.3(/INT)脚，在系统复位直到执行CLR P3.3之前都保持高电平，在此期间U1无效，保证了U2正常供给5402所需的数据。8031的P3.0(RXD)、P3.1(TXD)作为握手信号，分别与C5402的/BIO和XF相连。JP3、JP4可供用户跳线选择C5402的系统时钟以及选择C5402的运行模式。
3.2 程序设计
　　根据以上分析，本文设计了如下8031汇编程序。首先使U1的/CE有效，然后等待C5402的XF为低电平，XF＝“0”后，使8031的P3.1＝“0”即BIO＝“0”C5402进入等待数据状态。在数据送到数据总线之后，使BIO＝“1”通知C5402读取I/O端口数据。程序中，UC定义的代码前面22个字节是与C5402的联络码，从第23个字节开始才是用户程序代码。
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　　CLR P3.3 ；使U1(AHC245)CE＝0
　　W1: JB P3.0、W1 ；XF＝1等待
　　CLR P3.1 ；使BIO＝0
　　MOV R4、#00H ；初始化变址寄存器
　　W2: JNB P3.0、W2 ；XF＝0等待
　　MOV DPTR、#UC ；指向用户代码首地址
　　MOV A、R4 ；变址送A
　　MOVC A、＠A＋DPTR ；取用户代码
　　MOV P1、A ；送到数据总线
　　SETB P3.1 ；使BIO＝1
　　W3: JB P3.0、W3 ；XF＝1等待
　　CLR P3.1 ；使BIO＝0
　　INC R4 ；指向下一代码
　　CJNE R4、#0FFH、W2 ；未完重来

　　UC: DB 08H、0AAH、00H、00H
　　DB 00H、00H、00H、00H
　　DB 00H、80H、00H、25H
　　DB 00H、00H、00H、80H
　　DB 0F4H、95H、0E9H、27H
　　DB 0F3H、10H ；以上为与C5402的联络码用户程序代码
　　TMS320VC5402 DSP是C54X家族乃至TI的DSP家族的最新成员，正以其极高的性价比被越来越多的用户所接受。本文利用廉价、通用的8031单片机实现C5402 8位并行I/O Bootloader功能，一方面，可以很好地解决快速DSP与慢速I/O(EPROM)之间的数据传输问题；另一方面，C5402 Bootloader成功后，8031还可作为“协助理器”使用，从而极大提高了系统的灵活性和实用性。具有广阔的应用前景。