TMS320VC5402的并行引導(dǎo)裝載方案的分析與設(shè)計(jì)

TMS320VC5402的并行引導(dǎo)裝載方案的分析與設(shè)計(jì)摘要:介紹了TMS320VC5402并行Bootloader的原理,了設(shè)計(jì)過(guò)程中需要拷慮的要點(diǎn)問題并題出了解決問題的可靠的電路方案,設(shè)計(jì)的電路具有良好的可擴(kuò)展性.關(guān)鍵詞:TMS320VC5402BootloaderCPLDEPROM

TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱C5402）是***儀器1999年10月推出的性價(jià)比極高的定點(diǎn)數(shù)字處理器（DSP）.與TMS32054x系列的其它芯片相比,C5402以其獨(dú)有的高性能、低功耗和低價(jià)格特姓,使得一推出就受到業(yè)內(nèi)用戶的歡迎.它大多應(yīng)用在如機(jī)頂盒（STB）、數(shù)字無(wú)線通信等要求能脫機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的內(nèi)嵌式系統(tǒng)中.但它的內(nèi)部構(gòu)造和片內(nèi)掩模的引導(dǎo)裝載(Bootloader)程序與C54x系列的其它DSP處理器有較大差異.C5402為脫機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)提供了五種啟動(dòng)裝載模式:HPI端口啟動(dòng)模式、標(biāo)準(zhǔn)串口啟動(dòng)模式、I/O口啟動(dòng)模式、串口EEPROM啟動(dòng)模式和并行啟動(dòng)方式.對(duì)于以C5402為核心的系統(tǒng)中,并口加載方案被認(rèn)為是最妙的.因?yàn)榍叭N方案只適用于由其它處理器為C5402提供運(yùn)轉(zhuǎn)代碼的多處理器系統(tǒng)中,后兩種方案雖然都可以適應(yīng)以C5402為核心的系統(tǒng),但是串口EEPROM啟動(dòng)模式中只支持價(jià)格偏高的SPI端口EEPROM,而并口啟動(dòng)模式卻可以采用EPROM,而且并行EPROM和FLASH種類很多,有的價(jià)格較低,因而可以充分表達(dá)系統(tǒng)的性價(jià)比尤勢(shì).

基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本文祥細(xì)介紹并行Bootloader的實(shí)現(xiàn)方法和方案設(shè)計(jì)要點(diǎn),并介紹一種方便可靠的可擴(kuò)展EPROMBootloader方案.

1C5402的Bootloader原理

C5402的Bootloader在系統(tǒng)加電時(shí)把外部源程序傳送到內(nèi)部存儲(chǔ)器或內(nèi)部程序空間.它允許程序被存放在外部慢速的存儲(chǔ)器中,并調(diào)到高速的存儲(chǔ)器中運(yùn)轉(zhuǎn).這可大大減小C5402內(nèi)部RAM掩模的需要,降低電路設(shè)計(jì)的成本.C5402的內(nèi)部ROM中有固化好的加載程序.如果DSP的MP/MC管腳接低,在DSP加電RESET時(shí),程序就從內(nèi)部ROM的FF80H地址開始行運(yùn)轉(zhuǎn).在FF80H處,有一條跳轉(zhuǎn)到BOOT程序的指令,執(zhí)行內(nèi)部固化好的BOOT程序.BOOT程序在運(yùn)轉(zhuǎn)搬移程序之前,最初開展初始化,工作包括關(guān)閉中段、將內(nèi)部RAM映射在程序/數(shù)據(jù)空間,以及為訪問數(shù)據(jù)和程序空間設(shè)置的七個(gè)軟件等待等;然后根劇設(shè)計(jì)完成不同方式下程序的搬移.C5402共有上面敘說(shuō)的5種加載方式.這兒只討侖并口加載方案的設(shè)計(jì),其流程如圖1所示.

在判斷前幾種加載方式無(wú)效后,Bootloader從I/O空間0FFFFH處讀取一個(gè)16位的程序起始地址.然后根劇這個(gè)地址從外部數(shù)據(jù)區(qū)讀入一個(gè)字,判斷是否為10AAH.如果是,就采用16位的搬移方式;否則,就判斷讀入的字的低位字節(jié)和下一個(gè)地址讀入的字的低字節(jié)組成的16位字.如果是08AAH,就采用8位并行加載方式;否則,就在外部數(shù)據(jù)空間的0FFFFH讀取一個(gè)16位的程序起始地址,然后重腹上面的檢測(cè)方法.本文彩用在外部數(shù)據(jù)空間0FFFFH處存放程序起始地址的方案.

2方案設(shè)計(jì)中需要拷慮的要點(diǎn)問題

C5402并口Bootlader需要將映射在數(shù)據(jù)區(qū)的程序由慢速的EPROM搬到飛快的RAM中運(yùn)轉(zhuǎn),其設(shè)計(jì)主要需要拷慮三個(gè)方面的問題.

2.1速渡般配問題

C5402的工作頻率可以到達(dá)100MHz.一些的并口EPROM是無(wú)法可靠工作的,如何使C5402順力裝載而又能使C5402到達(dá)最高的工作效率是要拷慮的一個(gè)要點(diǎn).

2.23.3V和5V混合羅輯設(shè)計(jì)

C5402的工作電壓為3.3V,而它的器件包括EPROM少許工作在5V,必須為DSP和芯片設(shè)計(jì)一個(gè)安全可靠的接口.

2.3高效協(xié)調(diào)地利用空間

如何高效方便地利用存儲(chǔ)空間和I/O端口,例如重新利用并口EPROM在bootloader時(shí)占用的數(shù)據(jù)空間、如何協(xié)調(diào)外設(shè)和地址分配等都是需要拷慮的問題.

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

圖2為一種具有良好擴(kuò)展性的C5402的Bootloader方案設(shè)計(jì)原理圖.

圖中,DVDD為3.3V供電.C5402的時(shí)鐘輸入為20MHz,此時(shí)系統(tǒng)工作頻率正是CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3搭配產(chǎn)生的倍頻系數(shù)和輸入時(shí)鐘的乘積.C5402的工作頻率可到達(dá)100MHz.雖然C5402在RESET時(shí)自動(dòng)插入7個(gè)軟件延時(shí),但這只好満足較貴的速渡不低于70ns的EPROM接口,而少許的EPROM無(wú)法可靠工作.為了解決速渡般配問題,利用了C5402的倍頻可以由硬件和軟件兩種方式設(shè)置的特姓.在系統(tǒng)加電時(shí)將C5402的倍頻選擇為2,即將CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3分別設(shè)置為1、0、0,讓DSP工作在40MHz的頻率,等加載完成之后再捅過(guò)軟件將C5402的工作頻率調(diào)高到100MHz,使C5402到達(dá)最大的工作效率.實(shí)驗(yàn)證明這是可行而且可靠的.

C5402的地址總線和數(shù)據(jù)總線掛有兩個(gè)164245,它是TI生產(chǎn)的3.3V和5V雙向收發(fā)器,個(gè)164245可以看作兩個(gè)8位收發(fā)器或一個(gè)16位收發(fā)器.它由3.3V和5V雙電源供電,收發(fā)的方向由兩個(gè)方向控制端管腳（DIR）控制.它串在地址總線和數(shù)據(jù)總線上,既可為DSP提供驅(qū)動(dòng)5V數(shù)字電路的能力,也可為DSP提供5V讀入的保護(hù).對(duì)于地址總線,只是輸出,所以將同地址總線相接的164245的DIR接高,使其只完成從3.3V到5V的轉(zhuǎn)換.使用164245,總線就可以為擴(kuò)展的多個(gè)外設(shè)提供可靠的接口,解決了3.3V和5V混合羅輯設(shè)計(jì)問題.

EPM7032用來(lái)提供全盤系統(tǒng)需要的搭配羅輯.它屬于MAx7000系列,是Altera的基于第二代MAx構(gòu)造的CPLD,可提供多達(dá)5000個(gè)可用門和在系統(tǒng)編程.其引腳到引腳延時(shí)快達(dá)5ns.可以容納各種各樣的的搭配羅輯和時(shí)序羅輯功能.全部的驅(qū)動(dòng)器均能配置在3.3V和5.5V電壓下工作,允許用于混合電壓系統(tǒng)中.EPM7032為Bootloader提供的內(nèi)部搭配羅輯電路如圖3所示.

EPROM采用NS或ST的27C256.EPM7032的ROMCE接EPROM的CE管腳,使其映射在DSP的C000H-FFFFH的數(shù)據(jù)空間.DIR控制16245的轉(zhuǎn)發(fā)方向.EPM7032共有36個(gè)I/O引腳可供編程使用,剩余的管腳可以用來(lái)接入PS、IS等管腳,方便系統(tǒng)擴(kuò)展存儲(chǔ)空間和外設(shè).它同時(shí)方便了系統(tǒng)的調(diào)試,修改時(shí)只需重新編程,不用修改硬件電路,且延時(shí)非常小.可以方便地完成協(xié)調(diào)外設(shè)和存儲(chǔ)空間的工作.

對(duì)于如何在Bootloader后釋放EPROM占用的數(shù)據(jù)空間,可以捅過(guò)軟件可設(shè)置管腳xF解決,只需簡(jiǎn)單修改內(nèi)部羅輯電路,如圖4所示.RESET時(shí),xF被置高,使EPROM能購(gòu)映射在數(shù)據(jù)空間.RESET完成之后,可用軟件設(shè)置xF為低,使CE輸出的片選無(wú)效,從而讓EPROM讓出數(shù)據(jù)空間.

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1測(cè)試程序設(shè)計(jì)

由于Bootloader需要完成的是系統(tǒng)的脫機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),因此可用一個(gè)簡(jiǎn)單可靠的測(cè)試程序驗(yàn)證硬件是否已經(jīng)協(xié)調(diào)工作.下面是一個(gè)可行的方法,捅過(guò)設(shè)置xF的電平高低,讓xF輸出不同頻率的方波,或者在xF管腳外接一個(gè)發(fā)光二極管,就可以直觀的看到系統(tǒng)有沒有協(xié)調(diào)工作.

test:nop

rx,1,13/將xF管腳置為低電平/

calldelay/調(diào)用延時(shí)子程序/

sx1,13/將xF管腳置為高電平/

calldelay/調(diào)用延時(shí)子程序/

btest/偱環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)/

4.2系統(tǒng)設(shè)置程序

加載完成之后,需要半DSP的頻率調(diào)高,使DSP能高效運(yùn)轉(zhuǎn).實(shí)際上正是用軟件改變DSP內(nèi)部的PLL來(lái)改變倍頻系數(shù).因?yàn)镻LL是模擬的,在它鎖定之前需要一定的鎖定時(shí)間,在鎖定時(shí)間內(nèi)DSP不能使用PLL模式,必須把它調(diào)整到DIV模式.下面正是方案系統(tǒng)設(shè)置部分的子程序.

.mmregs

vCLKMD:.set0x4007/5倍頻的CLKMD值/

.globalsinitCLKMD

.sect"initCLKMD"

sinitCLKMD:

cmpmCLKMD,xx0x1007/測(cè)試DSP是否工作在2倍頻/

nop

bclretest,ntc

stmxx0h,CLKMD/將CLKMD存放器設(shè)置為二分頻,即關(guān)閉倍頻電路/

test:ldm58h,A/下