双DSP共享Flash程序加载引导设计与实现*

王怡林

(光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471009)



双DSP共享Flash程序加载引导设计与实现*

王怡林

(光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471009)

针对双DSP共享Flash进行程序加载引导的复杂问题，对基于TMS320C6414和ADSP2187的双DSP程序加载引导方法进行了研究与设计。其中TMS320C6414作为主处理器，ADSP2187作为协处理器，共享的Flash芯片连接在TMS320C6414的EMIFB接口上，TMS320C6414通过EMFIA接口与ADSP2187的IDMA接口连接。系统上电后，TMS320C6414首先从Flash芯片读出主处理程序并完成自身加载和引导，然后读出协处理程序，发送给ADSP2187并协助其完成加载和引导。

TMS320C6414；ADSP2187；共享Flash；加载；引导

0 引言

在红外目标跟踪领域,随着算法复杂度的提升,运算量增长速度非常惊人,这使传统的单DSP处理系统难以负荷, 因而对复杂的信号处理算法进行分块并在硬件系统上采取多DSP 并行处理的方法势在必行[1]。某信息处理平台是某光电跟踪装置的核心，为满足系统要求，该平台以TMS320C6414和ADSP2187两型DSP芯片为核心进行设计。基于体积、成本等限制，需两个DSP共用一片Flash完成程序存储，并在上电时顺利完成两个DSP程序的加载和引导。本文针对这一要求进行研究，设计了一种两个DSP共享Flash的程序加载引导方法。

1 系统方案设计

TMS320C6414是TI公司推出的一款32位定点数字处理器，采用超长指令字结构，一个周期可同时执行8条指令，主频最高达600 MHz[2]，内部包括64个用于配置的32位寄存器，还有6个计算单元(ALU)，2个乘法器。接口方面具备2个外部存储接口，3个多通道缓冲串行接口， 1个主机接口和通用I/O接口等，还具备EDMA功能。

ADSP2187是ADI公司的ADSP系列的定点数字信号处理器[3]，内含3个相互独立的计算单元，即ALU、MAC和桶形移位器。除此之外，还有1个程序控制器(PC)，1个可编程的定时器，2个数据地址产生器，以及32 K×24 bit的程序存储空间和32 K×16 bit的数据存储空间。对外接口方面包括1个可编程的Flash I/O，2个串口，1个16 bit的内部DMA接口以及1 B DMA接口(BDMA)。

基于两个处理器的特点，本设计将Flash芯片连接在TMS320C6414上，程序的加载和引导由TMS320C6414主导完成。首先对TMS320C6414 的启动模式进行配置。TMS320C6414 的启动模式由其上电时的EMIFB接口地址总线中的BEA[15:14](BOOTMODE[1:0])的连接电平决定, 在复位期间检测这两位的高低电平来决定TMS320C6414的引导模式。本设计将TMS320C6414的引导模式配置成使用默认的8位ROM时序。TMS320C6414完成自身的程序引导后，通过IDMA接口向ADSP2187发送其程序并控制对方完成引导[4]。两个处理器及存储器连接关系如图1所示。

图1 处理器及存储器连接关系

2 接口电路设计

要通过TMS320C6414来完成ADSP2187的程序加载和引导，首先要使两者之间建立通信连接，由于两个处理器架构以及对外接口的不同，需要对两个处理器的通信接口进行匹配性设计，以满足数据传输需求。

TMS320C6414的对外通信接口主要有两个EMIF接口、两个McBSP接口、一个HPI接口以及通用I/O等其他接口。ADSP2187主要的对外数据通信接口是IDMA接口，且可通过IDMA完成程序加载和引导。根据这两个处理器接口的特点，基于EMIFA接口和IDMA接口来进行两个处理器的数据通信接口电路设计。

EMIF接口全称为外部存储器接口(External Memory Interface)，是C6000系列DSP主要的外部存储器扩展接口，最高数据吞吐率可达1 200 MB/s。可以与目前几乎所有的存储器类型直接连接，包括SBSRAM、SDRAM、SRAM、FIFO等以及其他可以共享内部存储空间的设备。

相比C6000系列其他DSP型号，TMS320C6414的EMIFA接口具有以下特点：

(1)总线宽度达64 bit。

(2)接口时钟可以基于其输入时钟在片内产生，有3种方案：1/6×CPU时钟、1/4×CPU时钟和外部输入时钟。

(3)具有一个可编程同步存储器控制器。

(4)具备PDT信号，可支持外部设备之间的数据传输。

ADSP2187的IDMA接口实质上是一个并行的I/O接口，当ADSP2187作为从机时，主机可通过该接口读/写ADSP2187内部的存储器和寄存器。IDMA接口具有复用的16 bit数据/地址总线，支持对其内部16 bit数据存储器和24 bit程序存储器的访问，对IDMA的访问是完全异步的。

IDMA接口的控制信号包括选择信号(IS#)、读取信号(IRD#)、写入信号(IWR#)和地址锁存信号(IAL#)。当选择信号和地址锁存信号有效时，ADSP2187将总线上的数据当做地址写入IDMA控制寄存器，当选择信号和读取信号有效时，ADSP2187将控制寄存器内地址所指存储单元的内容输出到总线上，此过程构成一个完整的IDMA接口读取操作。写入操作和读取操作的地址传输方式一致，完成地址传输后，将选择信号和写入信号置为有效，待写入数据发送到总线上，ADSP2187将总线上的数据写入IDMA控制寄存器内地址所指存储单元。

本设计将EMIFA的CE2空间设成16 bit异步接口，数据总线ED15:0与IDMA总线IAD15:0对应连接，EMIFA地址总线EA6和EA7求异或后再与片选信号CE2求或后作为IDMA接口的选择信号(IS#)，EA6求非后与EA7、CE2以及EMIFA的读取信号ARW共4个信号一起求与作为IDMA接口的读取信号(IRD#)输入， EA6求非后与EA7、CE2以及EMIFA写入信号AWE共4个信号一起求作为IDMA接口的写入信号(IWR#)输入， EA7和EA6求非、ARE非、AEW非、CE2非共5个信号求与后作为地址锁存信号(IAL#)输入。CPLD具有编程灵活等优点[5]，本设计中采用CPLD完成译码。ADSP2187的IDMA接口输入信号运算关系如下：

IS=CE2+(EA6⨁EA7)

在TMS320C6414看来，ADSP2187控制寄存器的映射地址是0xA000 00A0，数据寄存器的映射地址是0xA000 0050。

值得说明的是，仅仅完成相关信号的译码和地址映射还不够，还需要对EMIFA和IDMA进行时序匹配。对于IDMA来说，有短周期和长周期两种读/写方式选择，后者需要主机检测IACK信号的状态来判断IDMA是否准备好。本设计选用短周期读/写操作，其写入操作的时序图如图2所示。

图2 IDMA写入操作时序

本设计中，EMIFA时钟设置为1/6×CPU时钟，CPU时钟为480 MHz，则EMIFA时钟为120 MHz。EMIFA接口CE2空间的时序由寄存器CE2CTL控制，主要包括建立时间、处罚时间、保持时间三项参数设置，三项参数均以时钟周期数来表示。

根据图2中IDMA接口的时序要求，建立时间、触发时间和保持时间的总和应大于tIWP，换算后3项参数的和应大于等于2，同时保持时间应大于tIDH，将CE2CTL相应参数设为1即可。

TMS320C6414向ADSP2187写入数据的流程为：先向地址0xA000 00A0写存储地址，然后向0xA000 0050写入待写数据即可完成写操作。读操作的时序匹配方法和流程与写操作相似，不再详述。

3 TMS320C6414加载引导方法

当光电跟踪装置上电后，TMS320C6414 进入复位状态，完成复位后, 其只能先将1 KB大小的程序代码自动加载到内部RAM。通常情况下，光电跟踪装置的信息处理程序规模远远大于1 KB，为了完成整个程序的加载和引导，必须编写一段程序搬移代码来将整个信息处理程序搬运到内部RAM，并且搬移低代码的大小不能超过1 KB，按照TMS320C6414用户手册的要求，须用汇编语言完成，搬移程序在完成了信息处理程序的搬运后，须将PC指针指向信息处理程序的入口，自此信息处理程序才能开始运行，进而完成目标识别和跟踪任务。完整的搬移程序的代码及注释如下：

…………;

//相关寄存器初始化工作结束

S_R .set b4

D_R .set a4

//将程序长度、RAM首地址、Flash首地址的存储首地址拷贝进寄存器A3

mvkl copy_table, A3

mvkh copy_table, A3

//程序加载开始

copy_section_top:

ldw *A3++, B0

//将程序长度加载到B0

ldw *A3++, A4

//将运行首地址加载A4

ldw *A3++, B4

//将程序在Flash中的首地址加载到B4

nop 2

[!b0] b copy_done

//判断拷贝是否完成

nop 5

shr B0,2,B1

//将B0除以4后加载到B1

//开始进行程序加载

copy_loop:

ldw *S_R++,B5

|| mv B1, A1

//待拷贝长度加载进A1

|| sub B1, 1, B1

//长度减1

//将程序从Flash读入B5

[B1] ldw *S_R++,B5

||[B1] sub B1, 1, B1

//将B5中的程序加载到RAM中

stw B5,*D_R++

|| sub A1, 1, A1

[A1] stw B5,*D_R++

||[A1] sub A1, 1, A1

[B1] b copy_loop

//判断是否完成加载

nop 5

//跳转到开始处进行下一段的加载

b copy_section_top

nop 5

//加载完成，对相应的寄存器进行设置

copy_done:

mvkl 0x01840000,A4

mvkh 0x01840000,A4

stw B4,*A4

nop 5

mvkl .S2 _c_int00, B0

mvkh .S2 _c_int00, B0

B .S2 B0

nop 5

//各段长度、RAM首地址、Flash首地址设置

copy_table:

; .text

//代码段长度

.word 0x00029220

.word 0x00000400

.word 0x64010400

; .cinit

//变量段

.word 0x00002dcc

.word 0x000460e0

.word 0x64039620

.word 0x0

//所有段结束标志

4 ADSP2187加载引导方法

ADSP2187支持从片外ROM和IDMA接口引导两种方式，非常方便用户设计系统的需要[6]。本文所述信息处理机采用从IDMA接口引导的方式实现预处理程序的加载引导，ADSP2187上电后，从IDMA接口接收主处理器TMS320C6414传输的程序并执行。

ADSP2187函数根据在存储器中所处的位置分为函数段、数据段，函数段和数据段又根据所处的OVERLAY页面再分为不同的段[7]。每段前3个数据标示了该段的数据长度、该段在存储区域的首地址和该段所处的页面。该段数据处于函数区还是数据区由首地址的14位标示。

TMS320C6414首先对ADSP2187进行复位操作，然后从Flash中读取该段数据的函数区字节数、函数区首地址和函数段所处的页面，再从Flash中搬移1 B，通过IDMA口写到ADSP2187的函数区，写完后再从该函数区地址读出数据并与所写的数据进行比较，如果不相等则重新写该地址和校对，循环TryCycle次退出；如果相等，则进行下一个字节的传输，直到该段数据全部传输到ADSP2187中。同样地，TMS320C6414再把其余数据通过IDMA口传输到ADSP2187中，最后在ADSP2187的0地址写数启动ADSP2187运行，并以此判断整个循环的结束。因为ADSP2187函数区数据为24 bit，因此对函数区数据读写时需要同时读取2 B数据。

对ADSP2187芯片IDMA接口的读写，通过对IDMA的控制寄存器和OVERLAY寄存器的操作来实现。寄存器各位定义如图3、图4所示。

图3 IDMA 控制寄存器

图4 IDMA Overlay寄存器

对ADSP2187IDMA口的操作需要先对IDMA口控制寄存器和OVERLAY寄存器进行配置，说明需要读取的数据是程序区还是数据区、在哪个页面中、地址为多少，然后对总线进行读写操作，从而实现对ADSP2187内部存储区的读写。

得益于接口电路的作用，TMS320C6414可以通过对地址0x03200000的操作来实现对IDMA控制寄存器和OVERLAY寄存器的配置，当写到该地址的数据最高位为1时,对OVERLAY寄存器进行操作，为0时则对控制寄存器进行操作；可以通过对地址0x03100000的读写实现对数据总线的读写。ADSP2187的程序加载引导逻辑流程如图5所示。

5 结论

本设计实现了TMS320C6414和ADSP2187两个DSP芯片共享Flash的程序引导加载，该设计已成功应用于某光电跟踪装置上，较好地完成了信息处理程序的加载和引导，工作稳定可靠。本文设计方法为将来其他多DSP共享Flash的信息处理机设计提供了参考，有着重要的实际意义。

[1] 李宏，李伟，李蒙，等．基于多DSP的红外目标跟踪系统设计与实现[J]. 电子技术应用,2006,32(8):59-61.

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[5] 陈诚，陈晓平，王识君．基于DSP+CPLD的电动舵机控制系统的设计[J]. 电子技术应用,2015,41(4):84-86.

[6] 陈勇，贾明永，董德新，等．ADSP2187L在某光电跟踪装置中的应用[J].航空兵器,2004(4):22-24.

[7] 梁楷．ADSP-218X的IDMA接口设计[J]．网络财富，2010(21):183.

Design and implementation of program loading for dual DSP shared Flash

Wang Yilin

(Science and Technology on Electro-optic Control Laboratory, Luoyang 471009, China)

Promgram loading and booting for dual DSP system sharing Flash is very complex. This paper takes a research on that issue based on TMS320C6414 and ADSP2187. TMS320C6414 is master processor, and ADSP2187 is co-pocessor. The shared Flash chip is connected to the EMIFB of TMS320C6414, the IDMA of ADSP2187 is connected to the EMIFA. When the system is powered,TMS320C6414 reads the main processing program from Flash chip，then completes loading and booting. Then TMS320C6414 reads the co-program and sends to ADSP2187, and helps it to load and boot the program.

TMS320C6414; ADSP2187; shared Flash; load; boot

图5 ADSP2187程序引导逻辑流程

国家自然科学基金(61273075)

TP368

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.23.009

王怡林. 双DSP共享Flash程序加载引导设计与实现[J].微型机与应用，2016,35(23)：31-34.

2016-08-08)

王怡林(1979-)，女，本科，工程师，主要研究方向：光电跟踪控制。