基于SPI接口DSP程序引導(dǎo)加載方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
汪慶武，郇鉦，黎澤清，張德平
（上海航天電子技術(shù)研究所，上海201109）
摘要：針對(duì)TMS320F281xDSP內(nèi)部FLASH無法滿足空間應(yīng)用抗輻照指標(biāo)要求，進(jìn)而需要直接從外部高可靠性存儲(chǔ)空間引導(dǎo)加裁的問題，介紹了TMS320F281x DSP的引導(dǎo)加載模式、EEPROM的接口電路和引導(dǎo)加栽的數(shù)據(jù)流格式，最后給出基于SPI接口的DSP程序引導(dǎo)加載方法和實(shí)現(xiàn)過程，較好地解決了該DSP從外部存儲(chǔ)引導(dǎo)加載的問題。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；引導(dǎo)加載；SPI
中圖分類號(hào)：TP368文章編號(hào)：1006 - 2394（2016）05 - 0006 - 03
0引言
TIC2000系列32位C28xTM DSP在單周期中處理復(fù)雜的控制理論操作，與典型的MCU相比可提供更高的每MHz性能，還有大量的外設(shè)資源，如A/D、定時(shí)器、外部中斷、EV、數(shù)字10腳等，在通信、工業(yè)控制和消費(fèi)類電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，目前DSP+ FPGA框架已成為高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的首選。某微波探測(cè)載荷驅(qū)動(dòng)控制器采用TI TMS320F2812+
Xilinx Vertex系列FPGA XCV300平臺(tái)。在地面應(yīng)用時(shí)，TMS320F281x程序和數(shù)據(jù)一般存放在內(nèi)部FLASH上，上電搬至內(nèi)部的RAM或外擴(kuò)的SRAM中運(yùn)行；而在空間應(yīng)用時(shí)，其內(nèi)部FLASH無抗輻照指標(biāo)，無法滿足星載運(yùn)用需求，為保證DSP程序存儲(chǔ)空間的可靠性和安全性，需將用戶程序存放至外部高可靠性、具有抗輻照指標(biāo)的非易失性存儲(chǔ)器中，如EPROM、FLASH等，待系統(tǒng)上電運(yùn)行時(shí)，存于外部空間的DSP程序需要進(jìn)行引導(dǎo)加載，即將非易失性存儲(chǔ)器中的程序搬移到內(nèi)部RAM或外接的SRAM中運(yùn)行。本文針對(duì)在TMS320F281x空間應(yīng)用程序引導(dǎo)加載問題，介紹了該系列DSP的引導(dǎo)加載方式，給出基于SPI接口EEPROM硬件接口電路和引導(dǎo)加載數(shù)據(jù)流格式，從外部EEPROM引導(dǎo)加載方法及其實(shí)現(xiàn)步驟，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于SPI接口DSP程序引導(dǎo)加載方法的有效性。
1 TMS320F281xDSP的引導(dǎo)模式
TMS320F281x的Bootloader程序存儲(chǔ)在ROM中，在MC模式（微處理器模式）下，系統(tǒng)上電后，首先運(yùn)行Bootloader程序，BOOT ROM中的矢量首先將程序重定向到InitBoot函數(shù)，執(zhí)行DSP初始化后，引導(dǎo)加載器會(huì)檢查GPIOF腳的狀態(tài)決定采用何種引導(dǎo)模式，如表1所示為TMS320F281x DSP的引導(dǎo)模式和配置關(guān)系。
DSP上電復(fù)位后，Bootloader程序依次查詢DSP的四個(gè)外部GPIO管腳(GPIOF4、GPIOF12、GPIOF3和GPIOF2)來選擇加載方式。當(dāng)Bootloader將程序加載到DSP的內(nèi)部RAM或外接的SRAM后，跳轉(zhuǎn)到用戶程序的人口地址處，運(yùn)行用戶程序。Boot-loader加載流程如圖1所示。本文采用基于SPI接口，通過SPI_BOOT從外部EEPROM中實(shí)現(xiàn)DSP程序引導(dǎo)加載。
2 基于SPI的EEPROM接口電路及其引導(dǎo)加載的格式
2.1 EEPROM接口電路
SPI引導(dǎo)ROM加載程序初始化要連接至串行SPIEEPROM的SPI模塊，TMS320F281x外擴(kuò)SPI接口的外部EEPROM硬件接口電路圖如2圖所示。EEP-ROM為ATMEL公司AT25系列AT25160AN，基于SPI四線制，支持模式0和模式3，可與DSP直接相連。
2.2引導(dǎo)加載的格式
SPI引導(dǎo)ROM加載程序使用最低波特率，用以下設(shè)置初始化SPI:啟用FIFO、8位字符、內(nèi)部SPICLK主模式和通話模式、時(shí)鐘相位=0、極性=0。此外要使DSP能夠成功地通過SPI進(jìn)行引導(dǎo)加載，就必須正確地建立引導(dǎo)加載表，將程序按照一定的格式燒寫和存放在程序存儲(chǔ)器中。其中包括8位數(shù)據(jù)流關(guān)鍵字、外設(shè)時(shí)鐘控制寄存器和SPI波特率寄存器值、應(yīng)用程序的起始地址、代碼塊和數(shù)據(jù)塊及其結(jié)束標(biāo)識(shí)等。TMS320F281xSPI 8位的引導(dǎo)加載的數(shù)據(jù)流表格式如表2所示。
3 引導(dǎo)加載的實(shí)現(xiàn)方法
3.1 基于SPI的DSP程序燒寫
用所謂的“兩次下載法”來實(shí)現(xiàn)DSP程序燒寫。即首先將用戶程序的可執(zhí)行文件下載到DSP，但不運(yùn)行該程序；接著將燒寫程序也下載到DSP，然后運(yùn)行該程序，將先下載的用戶程序按照SPI 8位引導(dǎo)加載的數(shù)據(jù)表格式寫入到EEPROM。這種方法是把用戶程序當(dāng)作DSP內(nèi)存中的數(shù)據(jù)（起始地址、代碼塊和數(shù)據(jù)塊），將其“搬移”到外部的EEPROM中實(shí)現(xiàn)用戶程序的燒寫。
需要注意的是，由于下載完用戶程序后并沒有運(yùn)行，而是緊接著下載燒寫程序，用戶程序仍然在DSP中，因此，兩者的程序存儲(chǔ)空間不能重疊；由于燒寫程序要將用戶程序當(dāng)作數(shù)據(jù)寫入EEPROM中，所以它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間要包括用戶程序的存儲(chǔ)空間和燒寫程序的地址空間。
3.2引導(dǎo)加載過程
用戶程序已存人外部存儲(chǔ)空間后，斷電或重新復(fù)位啟動(dòng)，TMS320F281x通過SPI引導(dǎo)加載，流程圖如圖
3所示。基于SPI引導(dǎo)加載過程如下：
1)使能SPICLK時(shí)鐘，調(diào)用函數(shù)SPIA _SysClock-Enable()；
2)設(shè)置復(fù)用引腳為SPI功能，調(diào)用函數(shù)SPIA_GPI OSelect()；
3)對(duì)SPI模塊進(jìn)行初始化，設(shè)置波特率、字長(zhǎng)、主從模式等，調(diào)用函數(shù)SPIA _Init()；
4)使GPIOF3輸出為0 ，使能EEPROM芯片，GPIOF3口作為SPI的片選信號(hào)，GPIOD ataRegs. GPF-CLEAR. bit. GPIOF3=0；
5) SPI發(fā)送命令字Ox0300，SPI輸出讀EEPROM的信號(hào)，調(diào)用函數(shù)SPIA_ Transmit( Ox0300)；
6)從EEPROM的首地址Ox0000開始讀取數(shù)據(jù)，先讀取一個(gè)字，調(diào)用函數(shù)SPIA _Get Word Data()；
7)判斷第一個(gè)字是否為Ox08AA，如果是則繼續(xù)，否則跳轉(zhuǎn)到片內(nèi)FLASH啟動(dòng)地址；
8)再次讀取判斷LOSPCP和波特率是否為默認(rèn)值，如果不是，則改寫LOSPCP和通信波特率，之后7個(gè)字節(jié)保留，SPI的boo tloader讀取之后丟棄它，SPIA_Rese rvedFn()；
9)獲取搬移后的程序入口地址，Entry Addr=SPIA _Get Long Data()；
10)執(zhí)行程序搬移，將代碼段搬移到目的地址，從外部存儲(chǔ)空間復(fù)制到片內(nèi)RAM，SPIA_ Copy Data()；
11)將GPIOF3拉高，禁止EEPROM操作，GPIO-DataRegs. GPFSET. bit. GPIOF3=1;
12)返回SPI啟動(dòng)的入口地址return EntryAddr。
在某微波探測(cè)載荷驅(qū)動(dòng)控制器上對(duì)DSP程序通過SPI接口完成程序加載。加載過程部分波形如圖4所示，其中chl為時(shí)鐘信號(hào)SPICLK，ch2為MOSI發(fā)出指令0x03，0x00，ch3為MISO，EEPROM回傳關(guān)鍵字0xaa，0x08，表示8位數(shù)據(jù)流格式。
4結(jié)束語
本文分析了TMS320F281xDSP的引導(dǎo)加載的工作原理，設(shè)計(jì)了TMS320F281x通過SPI從外部EEPROMArI25160AN引導(dǎo)加載，詳細(xì)地介紹了其實(shí)現(xiàn)過程，完成了DSP從外部存儲(chǔ)空間的引導(dǎo)加載，并通過某微波探測(cè)載荷驅(qū)動(dòng)控制器驗(yàn)證了其有效性。通過上述方法，較好地解決了DSP程序存儲(chǔ)的可靠性和安全性問題，為該DSP的空間應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
