摘要：當(dāng)需要更新DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件時，為了避免利用仿真器所帶來的不便和硬件損壞，采用了PCI總線技術(shù)來取代仿真器，完成系統(tǒng)應(yīng)用程序的更新；針對帶有外圍FLASH的DSP系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一整套DSP外圍FLASH啟動流程和應(yīng)用程序的PCI更新方法；通過實(shí)驗(yàn)證明，DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以通過上位機(jī)利用PCI總線完成DSP外圍FLASH的應(yīng)用程序的更新，同時在DSP上電啟動時，也可以根據(jù)上位機(jī)的命令，選擇貯存在FLASH中不同的應(yīng)用程序加載運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)；PCI；FLASH自舉；二級引導(dǎo)

    在DSP嵌入式業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備中，一般采用片外FLASH自舉方式來實(shí)現(xiàn)DSP端應(yīng)用程序的加載和啟動。當(dāng)DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要更新應(yīng)用程序時，則可通過仿真器連接JTAG口來控制DSP，完成DSP外圍FLASH的應(yīng)用程序更新。然而，對于成型、交貨的設(shè)備產(chǎn)品，DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)板上一般不會留有JTAG口，或在機(jī)箱中很難插拔仿真器；另一方面，對已交貨產(chǎn)品經(jīng)常插拔仿真器，會對硬件設(shè)備有所損傷，使設(shè)備硬件處于非控狀態(tài)。
如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了PCI作為系統(tǒng)通信總線，則可以通過PCI來完成DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用程序的更新和加載。本設(shè)計(jì)以TI公司TMS320C6416T(簡稱C6416)芯片為例，來說明通過PCI總線來更新DSP系統(tǒng)應(yīng)用程序的過程；同時本文也設(shè)計(jì)了一種C6416的上電啟動方式。

1 C6416的PCI特性
1．1 C6416 PCI傳輸機(jī)理
    C6416片內(nèi)集成了PCI的控制器，通過PCI接口C6416可以完成同PCI總線上其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。圖1描述了C6416的結(jié)構(gòu)框圖。PCI接口通過EDMA控制寄存器可以訪問C6416的片內(nèi)存儲器／Cache，或者通過EMIF接口訪問片外存儲器。

    從圖1可看出，PCI和EMIF接口都是通過EDMA傳輸控制器來與L2存儲器／Cache聯(lián)系的。EDMA傳輸控制寄存器主要用來控制L2存儲器和設(shè)備外圍間的數(shù)據(jù)通信，包括傳輸請求隊(duì)列、地址產(chǎn)生器等；而通道控制器是用戶可編程部分，用戶可以設(shè)置相應(yīng)的寄存器，方便的設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方式(一維、二維)、事件觸發(fā)選擇、傳輸通道選擇等。
    所有的EDMA傳輸請求可以由L2控制器、HPI／PCI和EDMA通道三種渠道發(fā)出。一個傳輸請求一旦遞交，將通過鏈接通道移送到傳輸交叉開關(guān)(TC)，在這里它將進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)置與處理。請求鏈為請求提供了一個內(nèi)在的優(yōu)先機(jī)制。假定一個請求在同一周期中只遞交一次請求，那么靠近TC的首先到達(dá)，最遠(yuǎn)的最后到達(dá)。但進(jìn)入TC的請求，則會進(jìn)入傳輸請求隊(duì)列，按照隊(duì)列優(yōu)先級進(jìn)行相應(yīng)處理，如圖2所示。

    HPI／PCI自動產(chǎn)生傳輸請求來響應(yīng)主機(jī)。這些請求具有Q2優(yōu)先級且對用戶是不可見的。HPI／PCI遞交請求來進(jìn)行固定模式的單一單元讀、寫和短數(shù)據(jù)猝發(fā)遞增傳輸操作。
1．2 C6416 PCI操作原理
    C6416的PCI操作可以設(shè)置為：
    主模式寫：DSP主設(shè)備通過PCI接口寫數(shù)據(jù)到外部PCI從設(shè)備。
    主模式讀：DSP主設(shè)備通過PCI接口從外部PCI從設(shè)備讀數(shù)據(jù)。
    從模式寫：外部PCI主設(shè)備通過PCI接口寫數(shù)據(jù)到DSP從設(shè)備。
    從模式讀：外部PCI主設(shè)備通過PCI接口從DSP從設(shè)備讀數(shù)據(jù)。
1．2．1 C6416 PCI寄存器
    PCI接口有以下3種寄存器：PCI配置寄存器，PCI I／O寄存器和映射在DSP存儲空間的PCI控制狀態(tài)寄存器。前兩類寄存器只能被外部主機(jī)訪問，DSP從機(jī)是不能訪問的；而最后一類寄存器，DSP從機(jī)是可以訪問的，并利用其來完成PCI通信的控制和操作。
    PCI配置寄存器包含標(biāo)準(zhǔn)的PCI配置信息，包括設(shè)備標(biāo)識，供應(yīng)商標(biāo)識，版本等信息，其可以在上電復(fù)位時自動訪問E2PROM進(jìn)行加載或上電復(fù)位時可以通過默認(rèn)值初始化。
    PCI I／O寄存器可以被主機(jī)用來對從機(jī)進(jìn)行操作和狀態(tài)監(jiān)控。主機(jī)通過base2存儲空間來訪問該類寄存器。該空間大小為16 B，有三個寄存器：主機(jī)狀態(tài)寄存器(HSR)，主機(jī)-DSP控制寄存器(HDSR)和DSP頁寄存器(DSPP)。
1．2．2 C6416 PCI存儲器映射
    PCI端口通過3種基址寄存器可以完全訪問DSP的存儲器映射。
    Base0：4 MB的可預(yù)存取空間，通過設(shè)置DSP頁寄存器映射來對應(yīng)所有DSP存儲空間，如圖3所示?？梢岳斫鉃?，一個4 MB大小的存儲窗口，來遍歷整個DSP的存儲映射區(qū)，而DSP頁寄存器的值則決定了這個4 MB存儲窗的起始地址。如圖4所示。

    Base1：8 MB的非預(yù)取址映射。其訪問起始地址固定，為0x01800000，該存儲空間映射為DSP片內(nèi)寄存器。如圖5所示。

    Base2：PCI 16 B I／O寄存器，上已介紹。
    上電后PCI主機(jī)將遍歷整個PCI總線，建立一棵PCI總線樹，然后對每個PCI總線樹上的結(jié)點(diǎn)(設(shè)備)進(jìn)行上述3個基地址的分配。利用這3個基地址，PCI主機(jī)即可以訪問PCI總線上的從設(shè)備的全部存儲空間。
1．2．3 PCI中斷
    如果設(shè)置了PCIIEN對應(yīng)的中斷使能位，當(dāng)對應(yīng)的中斷源產(chǎn)生，DSP將進(jìn)入中斷狀態(tài)。所有的中斷事件對應(yīng)于一個CPU中斷：DSPINT?？梢酝ㄟ^PCIIS中斷源寄存器來判斷產(chǎn)生中斷的中斷源。
1．2．4 PCI引導(dǎo)
    PCI接口支持從PCI總線引導(dǎo)DSP啟動。當(dāng)其他設(shè)備從復(fù)位狀態(tài)喚醒后，CPU被復(fù)位。在此期間，PCI主機(jī)可以盡可能的通過PCI初始化DSP內(nèi)存。當(dāng)PCI主機(jī)完成所需要的初始化工作，則向I／O寄存器HDCR．DSPINT位寫1，使DSP核退出復(fù)位。DSP則從地址0處開始運(yùn)行。值得注意是的是，當(dāng)C6416使用PCI引導(dǎo)方式時，需要通過硬件設(shè)置來配置DSP上電邏輯選擇PCI引導(dǎo)模式。

2 利用PCI總線來更新系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
2．1 應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)格式生成
    通過DSP的開發(fā)平臺CCS，可以把編寫的應(yīng)用程序編譯、鏈接成．out文件。該文件包含了應(yīng)用程序的各個段的數(shù)據(jù)，如text段，cinit段，const段，switch段等。這些段是CCS的編譯器把所寫的C語言編譯成匯編語言，然后生成COFF目標(biāo)文件，再鏈接實(shí)時動態(tài)庫和靜態(tài)庫生成DSP核可執(zhí)行的COFF文件，提供給C6416使用。但是該文件不可直接被FLASH識別，同時也不可被C語言所識別。
    CCS提供了一個實(shí)用工具h(yuǎn)ex6x．exe來完成．out文件的轉(zhuǎn)換。該工具可以把．out文件的COFF數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制的ASCII碼數(shù)據(jù)格式文件．hex。然后利用TI公司提供的hex2aray．exe工具，把生成的．hex文件轉(zhuǎn)換成C語言能夠識別的數(shù)據(jù)數(shù)組格式文件．h。
    hex6x．exe工具的使用可以直接在Windows的cmd中調(diào)用命令。如下：
    hex6x-a-o firm．hex filename．out
    也可以創(chuàng)建一個命令文件來存放命令行操作和輸入、輸出文件命，以被hex6x．exe所調(diào)用。
    filenamc．out
    -a
    -o firm．hex
    生成的．hex文件都是以ASCII格式所保存。利用hex2aray．exe工具則可以完成ASCII碼到16進(jìn)制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。利用該工具生成的．h文件把所有數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)順次存放在一個數(shù)組中，這樣則可以被C語言所訪問。
    本設(shè)計(jì)中在CCS生成．out的文件夾中，加入了上述兩個工具，然后創(chuàng)建了一個命令文件c6416_test．cmd，來輸入hex6x．exe．所需要的命令行；創(chuàng)建了一個批處理文件c6416_test．bat，來綜合調(diào)用兩個工具，代碼如下：
    hex6x c6416_test．cmd
    hex2aray-i c6416_test．hex-o c6416_test．h
2．2 PCI上電直接加載應(yīng)用程序到DSP存儲空間
    對于PCI總線上的從DSP設(shè)備，如果沒有片內(nèi)或片外FLASH，則PCI主機(jī)在上電時可以直接把從DSP設(shè)備的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)寫到DSP的片內(nèi)RAM或片外RAM，然后指定DSP PC指針運(yùn)行的起始地址。而從DSP設(shè)備應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)存放在PCI主機(jī)的系統(tǒng)存儲設(shè)備中(如片外FLASH，電子盤等)。
    首先通過調(diào)試編譯DSP的應(yīng)用程序，完成所有功能需求，生成C6416可執(zhí)行的．out文件；然后利用上述工具，生成．out文件所對應(yīng)的．h文件，該文件中數(shù)組的內(nèi)容，則是應(yīng)用程序的二進(jìn)制代碼數(shù)據(jù)；接著通過硬件管腳電平控制，來使DSP處于PCI引導(dǎo)方式，并利用DSPPCI從寫模式，在系統(tǒng)上電后，主機(jī)把．h中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ腃6416程序存儲空間；最后向I／O寄存器HDCR．DSPINT位寫1，使DSP核退出復(fù)位，C6416則從0地址開始運(yùn)行。
    上述流程中有一個關(guān)鍵問題，就是在進(jìn)行PCI數(shù)據(jù)傳輸時，存放數(shù)據(jù)的地址如何確定。這些地址表示的是應(yīng)用程序各個數(shù)據(jù)段、代碼段在C6416中運(yùn)行時所存放的位置，其由應(yīng)用程序中的．cmd文件指明。在應(yīng)用程序．out生成后，可以查看．map文件來清楚的獲知各個段的存放地址?？梢杂茫甿ap文件來明確主機(jī)PCI數(shù)據(jù)發(fā)送的具體地址，手動輸入各個段存放的起始地址。然而，此方法主要用于程序調(diào)試和測試，當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)生變化，主機(jī)的PCI傳輸程序也需要變化；此外如果使用了DSP／BIOS，．out文件會包含很多的代碼段、數(shù)據(jù)段，手動輸入將是一個很繁瑣的工作。hex6x．exe工具有一個命令-boot，利用該命令生成的數(shù)據(jù)包含了系統(tǒng)程序的入口地址c_int00和各個段的起始地址、段的長度。利用這些信息，可以很方便的使用程序把各個段的數(shù)據(jù)寫入到指定的C6416存儲空間中，避免了繁瑣的手動輸入操作。由于當(dāng)DSP退出復(fù)位后，PC指針是從0地址開始運(yùn)行，如果數(shù)據(jù)段和代碼段是存放在片外RAM時，則需要在0地址存放一段指針跳轉(zhuǎn)語句，使PC指針跳轉(zhuǎn)到片
外RAM，繼續(xù)運(yùn)行。
2．3 利用PCI總線完成從DSP設(shè)備外圍FLASH應(yīng)用程序的更新
    更多的嵌入式設(shè)備中，從DSP設(shè)備都接有外圍的FLASH等ROM設(shè)備，用來存放DSP運(yùn)行的應(yīng)用程序。這樣一方面可以減少PCI主機(jī)存儲空間的壓力，同時可以提高從機(jī)的啟動速度。
2．3．1 C6416的FLASH啟動方式
    C6416的啟動方式是由硬件邏輯來決定，通過EMIFB地址總線上的BEA[19：18]兩個管腳的上拉、下拉來決定引導(dǎo)配置。[0，1]：主機(jī)引導(dǎo)(HPI或PCI)；[1，0]：EMIFB 8bit寬FLASH引導(dǎo)。
    當(dāng)選擇FLASH啟動時，C6416的引導(dǎo)邏輯決定了，從FLASH的0地址開始，將會拷貝1 KB的數(shù)據(jù)到C6416片內(nèi)RAM的0～1KB位置，然后C6416的PC指針將從片內(nèi)RAM的0地址開始運(yùn)行。那么對于所要啟動的應(yīng)用程序的大小一般都是大于1 KB，因此可以利用二級引導(dǎo)來完成C6416的程序加載。所謂二級引導(dǎo)，是指在應(yīng)用程序的工程中，寫一段bootload程序，該程序主要完成EMIF接口的配置，和應(yīng)用程序從FLASH向C6416存儲器搬移的工作。程序應(yīng)當(dāng)利用．cmd文件，來為bootload代碼分配存儲空間，其空間地址范圍應(yīng)該是0～1 KB。同時燒寫bootload到FLASH時，應(yīng)當(dāng)燒寫到0～1 KB的空間范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)上電，F(xiàn)LASH中的0～1 KB數(shù)據(jù)自動搬移到C6416片內(nèi)RAM 0～1 KB，然后PC指針從0開始運(yùn)行，此時EMIFA和EMIFB將被配置，允許C6416可以訪問片外RAM和片外FLASH；然后完成從FLASH到存儲器(片內(nèi)或片外RAM)的代碼段、數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)搬移；最后設(shè)置PC指針跳轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的入口地址c_int00來初始化C語言環(huán)境，從而開始運(yùn)行應(yīng)用程序。Bootload程序應(yīng)該用匯編來完成，因?yàn)樗窃贑語言環(huán)境初始化之前被執(zhí)行，此時C6416是不識別C語言的語言符號的。
2．3．2 C6416從機(jī)的啟動模式設(shè)計(jì)
    編寫一個C6416的程序，該程序完成FLASH到片外SDRAM的數(shù)據(jù)拷貝。而拷貝的數(shù)據(jù)則是C6416具體要完成的業(yè)務(wù)任務(wù)。同時該程序包含了Bootload程序，用來完成上電后的1 KB FLASH數(shù)據(jù)搬移。見圖6。

    第一步：當(dāng)C6416上電后，首先自動完成A搬移操作，“Bootload程序”將被搬移到C6416片內(nèi)RAM的0起始地址，后開始運(yùn)行該段代碼，該段代碼是利用匯編語言編寫，其在C語言庫初始化前被執(zhí)行；
    第二步：“Bootload程序”的運(yùn)行將會配置C6416的EMIF寄存器，使能片外SDRAM，同時使B搬移操作完成：“程序選擇搬移代碼”將被搬移到C6416片內(nèi)RAM，并從程序入口地址開始執(zhí)行該代碼段；
    第三步：“程序選擇搬移代碼”的執(zhí)行將對業(yè)務(wù)代碼進(jìn)行選擇，查看需要加載“業(yè)務(wù)代碼1”還是“業(yè)務(wù)代碼2”，把選擇的業(yè)務(wù)代碼搬移到片外SDRAM中，完成C搬移操作或D搬移操作，然后從程序入口地址開運(yùn)行，從而被選中的業(yè)務(wù)代碼將被執(zhí)行。
    其中“程序選擇搬移代碼”是一段由C語言編寫的C6416啟動輔助代碼。該段代碼主要完成了業(yè)務(wù)代碼的選擇和搬移工作。應(yīng)用用戶可以在C6416片外FLASH中存放多個業(yè)務(wù)代碼，通過串口、PCI總線等接口向C6416發(fā)送業(yè)務(wù)代碼選擇命令，在“程序選擇轉(zhuǎn)移代碼”中，對該命令進(jìn)行分析，根據(jù)協(xié)議選擇所指定的業(yè)務(wù)代碼。當(dāng)選擇了所需的業(yè)務(wù)代碼，就需要完成代碼的FLASH到C6416存儲器的搬移。由于業(yè)務(wù)代碼是利用上述的hex6x．exe和hex2aray．exe工具所生成的16進(jìn)制數(shù)據(jù)，其包含了業(yè)務(wù)代碼各個段的起始地址、段長和段數(shù)據(jù)，因此需要利用“程序選擇搬移代碼”來完成業(yè)務(wù)代碼的解析，并把各個段從FLASH搬移到指定的C6416存儲空間中。最后把程序指針指定到程序的入口地址，即可運(yùn)行業(yè)務(wù)代碼。該啟動方式的設(shè)計(jì)有助于在實(shí)際應(yīng)用中針對不同的設(shè)備和需求選擇不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用代碼，同時也有助于FLASH中的業(yè)務(wù)代碼的更新。
2．3．3 利用PCI總線更新FLASH中的業(yè)務(wù)代碼
    當(dāng)成型的設(shè)備需要對固化在DSP外圍FLASH中的業(yè)務(wù)代碼進(jìn)行更新時，應(yīng)該在DSP上運(yùn)行FLASH燒寫程序，把業(yè)務(wù)代碼燒寫到FLASH中。本設(shè)計(jì)利用PCI啟動方式，通過上位機(jī)來啟動C6416運(yùn)行FLASH燒寫程序，完成業(yè)務(wù)代碼的FLASH燒寫。利用上述的C6416從機(jī)啟動模式，可以很容易的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要完成FLASH軟件更新時，只需要更新“業(yè)務(wù)代碼”即可，而“Bootload”和“程序選擇搬移代碼”不需要變更。如此業(yè)務(wù)代碼更新就很方便，因?yàn)槠渲恍枰紤]程序應(yīng)用上的變換，而不需要過多的考慮程序代碼、數(shù)據(jù)段地址分配的問題，更不需要考慮C6416特有的僅1 KB數(shù)據(jù)上電自動搬移所帶來的麻煩。具體步驟如圖7所示。

    第一步：根據(jù)C6416外圍所選的FLASH特性，來編寫其代碼燒寫程序。在該程序中把需要更新的業(yè)務(wù)代碼作為常量數(shù)據(jù)包含到工程中的eonst段中。
    第二步：利用hex6x．exe和hex2aray．exe工具來將FLASH燒寫程序轉(zhuǎn)換成C語言可以識別的16進(jìn)制數(shù)組數(shù)據(jù)；
    第三步：選擇C6416為PCI主機(jī)啟動模式，主機(jī)利用PCI總線將轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制的燒寫程序數(shù)據(jù)搬移到C6416片內(nèi)存儲器；
    第四步：主機(jī)把C6416 I／O空間寄存器HDCR．DSPINT位置1，使C6416退出復(fù)位，開始運(yùn)行。
    當(dāng)C6416運(yùn)行了燒寫程序，便把const段中的待更新業(yè)務(wù)軟件數(shù)據(jù)燒寫到FLASH指定的地址上。如此便完成了FLASH的業(yè)務(wù)軟件的更新。

3 結(jié)語
    本文介紹的利用PCI總線更新DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，完全擺脫了JTAG口的制約，利用具有高速數(shù)據(jù)通信特性的PCI總線，針對包含外圍FLASH和不包含外圍FLASH的DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的更新。
    特別對于含有外圍FLASH的DSP業(yè)務(wù)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的DSP啟動方式和FLASH應(yīng)用程序更新流程，能高效地完成應(yīng)用程序的更新，同時實(shí)現(xiàn)了DSP啟動時應(yīng)用程序加載的選擇。