基于DSP的外部Flash存储器在线编程的软硬件设计

引言

随着嵌入式系统向体积更小、性能更高的方向发展，传统的DIP(双列直插)集成电路因体积庞大、元器件I／O引脚数量受封装限制等缺陷，已逐渐淡出人们的视线。在嵌入式产品设计中，大量采用SMT贴片元器件，既提高了性能，又节省了宝贵的空间。由于采用贴片元器件，无法将Flash存储器等元器件从电路板上取下来单独进行编程。专用编程器的方式已经很少采用，取而代之的是采用基于仿真器连接的JTAG接口的在线编程方式。这种在系统带电编程的方式不受时间和空间的限制，随时随地都可进行，且产品软件版本升级容易。
在嵌入式系统中，为了实现程序的脱机自动运行，程序往往固化在电可擦除的Flash存储器中。要实现一个嵌入式系统的带电脱机运行，在线编程就成为嵌入式系统开发过程的必经之路。由于在线编程涉及到硬件和软件方面的内容，因此要从顶层设计和系统的角度来考虑在线编程。硬件设计要为软件设计作铺垫，尽可能简化软件设计。

本文以TI公司的DSP芯片TMS320C6711D和AMD公司的4 Mb Flash存储器AM29LV400B为例来介绍两种在线编程方式。

1 DSP与Flash存储器的两种硬件连接关系

1．1 以Ready信号作为硬件握手

带有Ready信号的TMS320C6711D的EMIF(Exterhal Memory Interface)接口与Flash存储器AM29LV400B的硬件连接如图1所示。由于AM29LV-400B输出的就绪信号／忙信号()为OD(漏极开路)输出，需要在该信号上加上拉电阻并连接到VCC。

1．2 采用无Ready硬件连接的软件握手

不带Ready信号的TMS320C6711D与Flash存储器AM29LV400B的硬件连接如图2所示。

2 软件设计

2．1 带有硬件握手的软件设计

带有Ready信号连接的Flash存储器编程时序如图3所示。Flash的就绪信号／忙信号()输出为低电平时，表明Flash正忙，处于编程或擦除状态。由于DSP与Flash存储器采用Ready／Busy信号作为硬件握手信号，当Ready／Busy信号为低电平时，CPU在总线时序上插入等待周期，直到Ready／Busy信号解除(为高电平)。在Ready信号为低电平期间，由于CPU处于等待状态，程序被暂停执行，因此不需要通过软件来判断Flash存储器的编程或擦除状态。

Flash擦除函数如下：

2．2 带有软件握手的软件设计

Flash的就绪信号／忙信号()输出为低电平时，表明Flash正忙，处于编程或擦除状态，此时写入或读出的数据是无效的，不是程序员需要的数据；当该信号输出为高电平时，表明Flash已处于就绪状态，可对其进行写入或读出数据的操作。

由于DSP与Flash存储器的接口采用软件握手，在对Flash存储器进行编程或擦除时，DSP的总线周期中不会由硬件自动插入等待周期，如果此时仍采用2．1节的Flash编程函数对Flash存储器进行编程，则会得到错误的编程结果。编程结束后会发现Flash存储器中有一部分内容仍然是0xFFFF，处于编程前的状态。虽然对Flash存储器进行了编程操作，但由于Flash存储器上一次编程操作还未完成，本次的编程操作无效，数据根本写不进Flash存储器。在CCS3．1中用“View／Memery”功能查看Flash存储器，就会发现Flash存储器中的数据等间隔地出现编程正确和编程不正确的现象。笔者在自己设计的TMS320C6711D-250嵌入式模块(带有AM29LV400B Flash存储器)上，通过断开DSP与Flash存储器的硬件Ready信号进行编程测试，无等待状态的测试结果见表1，有等待状态的测试结果见表2。

可见，在没有硬件握手的情况下，需要通过软件来判断当前Flash存储器编程或擦除的状态来进行编程操作。如果Flash存储器正处于编程或擦除过程中，则无法继续对Flash存储器进行编程，需等到Flash存储器上一次数据编程(写入)完成时才能进行下一次数据编程(写入)。否则，会得到错误的编程结果，造成编程后数据校验失败。

大多数Flash存储器都提供了一个或几个状态位来表示当前Flash存储器编程或擦除的状态，大多支持通过其数据总线D7数据位的状态来判断Flash存储器当前编程或擦除的状态。这是大多数Flash存储器数据手册推荐的编程轮询算法，但经过笔者测试，这种算法比较繁琐，会造成部分编程内容不正确，可采用将编程数据读出、与写入数据进行比较的简单方法，实现软件等待状态的插入。

说明：TMS320C6711D与AM29LV400B Flash存储器采用16位数据连接，DSP EMIF CEl存储器空间初始化为32位总线宽度(CEl端口连接16位Flash存储器)，读取／写入Flash存储器的32位数据中高16位无效。
带有软握手的Flash存储器编程函数如下：

3 两种在线编程方式的区别

在硬件上加入硬件握手的Flash存储器在线编程方式设计简单，在应用中只须考虑擦除和编程，而无须考虑Flash存储器的当前状态。当Flash存储器正处于擦除和编程状态而未完成时，Flash存储器产生的忙信号通过Flash存储器与DSP之间的硬件连接直接送入DSP，由DSP硬件在其总线访问周期中自动插入等待周期，暂停DSP处理器的执行；当Flash擦除和编程状态完成时，由Flash存储器产生的就绪信号通过Flash存储器与DSP之间的直接硬件连接将就绪信号送入DSP，解除DSP的等待状态，继续程序的执行。而采用软件握手的Flash在线编程方式需要程序员在软件中判断Flash存储器的当前状态。只有当Flash存储器擦除过程完成时，才能对其进行编程；当Flash存储器的一次编程(数据写入)过程完成时，才能进行下一次的编程(数据写入)。软件设计繁琐，且要经过多次调试。