DM642引导加载方式研究及其C语言实现

刘 勇，张忠伟 ，董文涛，安军社

(1.中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190;2.中国科学院研究生院，北京100190)

DM642[1]是TI公司推出的一款高性能的数字多媒体处理器,属于C64x系列DSP芯片,并保留了C64x原有的内核结构，具有二级存储器和高速缓冲器,以及超长指令字结构。其运算速度快、体积小、功耗低的优点使其广泛应用于多媒体处理领域[2]。

DM642系统在脱机运行时,用户代码需要在加电后自动加载运行。这一过程通常由引导加载程序(bootloader）来完成的，bootloader自动将一段存储在外部非易失性存储器中的代码移植到高速存储器单元中执行。因此,开发可靠稳定的bootloader成为嵌入式系统项目中的一个重点和难点。本文在深入研究分析DM642系统软硬件的基础上，摒弃传统的汇编移植方案，用C语言实现了DM642的引导加载过程,同时该方案对于TI C6000系列DSP芯片具有通用性，可以在该系列不同器件中方便地移植。

1 DM642与Flash硬件连接

系统选用意法半导体公司的SST39VF080 Flash芯片,其容量为 1 M×8 bit，8根数据线，20根地址线，与DM642的EMIF接口实现无缝连接[3]，两者接线图如图1所示。DM642选择EMIF启动时，从CE1空间起始处（地址0x90000000）加载数据，所以外部Flash必须接在EMIF接口的CE1空间。

图1 DM642与Flash的硬件连接图

2 DM642加载方式研究

2.1 DM642自启动方式

DM642有三种启动方式,分别是 Host boot、EMIF boot和No boot。系统上电或复位时通过采样引脚AEA[22∶21]的电平来设置，具体配置如表1所示。

DM642选择Host boot启动方式时，系统上电复位后CPU将停止运行，其他设备正常运行。这期间，外部主机能够通过Host接口初始化CPU的存储器和内部的配置寄存器，主机完成初始化工作后，通过设置HPIC寄存器的DSPINT位，CPU即从0地址开始运行。选择No boot启动方式时，CPU直接从0地址运行程序。本文重点研究EMIF boot启动方式的加载过程。

表1 DM642启动方式配置

2.2 EMIF boot加载过程

DM642系统的CE1空间外接Flash固态存储器，当选择从EMIF启动时，DM642芯片内部已完成固化的加载程序(也称一级 bootloader)会自动从 Flash空间(CE1空间，起始地址0x90000000)读取1 KB数据到内部RAM空间(起始地址 0x00000000)，然后跳转到 0x00000000处执行。这个过程由DM642处理器自动完成,用户无法干预。

如果用户的应用程序很小(＜1 KB)，则直接通过系统的一级bootloader加载即可；但是用户的应用程序通常＞1 KB，所以位于0x00000000地址的1 KB程序通常也是一个引导程序(又称二级bootloader)，其作用是将应用程序从Flash中读出并放到内存中，然后跳转到c_int00()执行，这个过程也被称为二次加载[4]。

3 二级bootloader程序设计

3.1 传统设计方案

二级bootloader需要完成3部分功能：

(1)初始化EMIF口，配置其寄存器；

(2)把Flash中1 KB以后的各程序段和数据拷贝到指定的存储物理地址中；

(3)跳到C程序入口点 c_int00()运行。

传统的二级bootloader设计方案多通常基于TI公司提供的汇编例程移植实现[5]，该方案要求设计者熟练掌握TI C6000系列DSP汇编语言，开发难度大、周期长。

3.2 C语言实现

二级bootloader采用汇编语言编写，是因为在引导过程中还未建立C语言的运行环境，包括系统堆栈定义、初始化堆栈、初始化全局和静态变量等[6]。但是如果能够避开系统堆栈操作，仍然可以使用C语言编写二级bootloader程序。

这些与系统堆栈相关的操作主要有两方面：(1)定义局部变量时使用register修饰类型，表明是定义在寄存器中，而不是堆栈中；(2)不需进行函数调用，包括C库函数的调用。

把目标工程烧写到Flash中，数据在Flash中的分配如图2所示。其中，前1 KB空间(图中灰色部分)存放二级bootloader；地址0x90000400之后的Flash空间存放用户应用程序，从图2可知应用程序存储是以_c_int00()开始，以0x00000000结束，中间是各代码段和数据段。

基于上述Flash中数据分配，以下是对应的二级bootloader部分C语言程序代码∶

图2 Flash中数据存储分配图

程序中"#pragma CODE_SECTION(boot,".bootloader")语句的作用是将boot定位在.Bootloader段，然后在.cmd文件中将.bootloader段映射到片内起始1 KB内存区。此bootloader程序编译后体积为352 B,不会超过1 KB的限制。另外该程序是基于小端字节序编写，若系统为大端字节序，需要作少许修改。

使用C语言设计bootloader，极大提高了程序的可读性和移植性，加快了用户应用程序的开发。但其效率低于传统的汇编bootloader，所以从系统上电到加载完成运行所需时间略长。

3.3 程序烧写

在CCS中目标工程生成的是COFF格式(.out文件)。而Flash烧写工具一般只支持ASC II十六进制格式，所以，必须先用16进制转换工具将.out文件转换成.hex文件[7]，再进行烧写。烧写目标程序的步骤为：

(1)编译生成目标工程的.out文件，在编译之前需进行如下操作：①把上述C语言编写的bootloader程序添加到目标工程中去；②修改目标工程的.cmd文件，将bootloader这段代码映射到片内起始1 KB内存区，目标工程中的其他代码放在后面。

(2)用16进制转换工具hex6x.exe从.out文件产生.hex文件。

(3)用Flashburn软件烧录.hex文件。

3.4 结果验证

系统采用自主研发的DM642硬件平台，为了验证C语言bootloader程序的可行性与稳定性，具体操作步骤如下：

(1)编写测试应用程序,其功能是通过串口循环向PC机发送预定的数据;

(2)按照上述方法把程序烧写到Flash中;

(3)断电，设 置 AEA[22∶21]为 “11”，即 EMIF boot启动方式;

(4)系统与 PC串口连接、上电，查看PC机上的串口调试助手是否收到预定的数据。

验证时，若PC机上的串口调试助手收到的数据与DM642应用程序发送的数据一致，则表明该方案可行。重复验证操作，每次都能收到预定的数据，则表明该方案稳定。

本文的创新之处在于采用C语言实现了DM642的二级引导加载程序的设计，不再需要使用TI公司提供的汇编程序例程进行移植，提高了程序的可读性和移植性。在实际项目中已经证实了该方案可行性和稳定性，同时，该方案适用于TI C6000系列各种型号，可以在该系列不同器件中方便地移植,为基于DM642的实际应用开发提供了新的途径。

[1]TI．SPRS200N TMS320DM642 video/imaging fixed-point digital signal processor[S]．2002．

[2]张志涛，梁光明．基于 DM642的 Flash分页二级引导程序设计[J]．现代电子技术，2009(22)：210-212．

[3]韩非，胡春海．TMS320C6000系列DSP开发应用技巧[M]．北京：中国电力出版社，2008．

[4]王跃宗，刘京会．TMS320DM642 DSP应用系统设计与开发[M]．北京：人民邮电出版社，2009．

[5]刘志发，张东，杨艳，等．基于 DM642自启动的 Flash烧写原理研究及实现[J]．现代电子技术，2008(22)：8-11．

[6]李兴友，游志胜．基于 DM642的大容量Flash引导加载方法研究与实现[J]．计算机应用，2005，25(8)：1939-1941．

[7]胡海龙,彭启琮．TMS320C6713基于 DSP/BIOS的二级BootLoader开发[J]．现代电子技术，2005(15)：74-75．