王怡林
(光电控制技术重点实验室，河南 洛阳 471009)
摘要：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。
关键词：TMS320C6414；ADSP2187；共享Flash；加载；引导
中图分类号：TP368文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.23.009
引用格式：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.
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。
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：
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。
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。
3TMS320C6414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 .setb4
D_R .seta4
//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
mvklcopy_table, A3
mvkhcopy_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］bcopy_done//判断拷贝是否完成
nop5
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
|| mvB1, A1//待拷贝长度加载进A1
|| subB1, 1, B1//长度减1
//将程序从Flash读入B5
［B1］ldw*S_R++,B5
||［B1］subB1, 1, B1
//将B5中的程序加载到RAM中
stw B5,*D_R++
||sub A1, 1, A1
［A1］stwB5,*D_R++
||［A1］subA1, 1, A1
［B1］bcopy_loop//判断是否完成加载
nop5
//跳转到开始处进行下一段的加载
bcopy_section_top
nop5
//加载完成，对相应的寄存器进行设置
copy_done:
mvkl0x01840000,A4
mvkl0x0300,B4
mvkh0x01840000,A4
mvkh0x0300,B4
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
4ADSP2187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。
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。
参考文献
［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.
［2］ 杨明，赵晓博，狄卫国，等．基于TMS320C6414的大容量存储器扩展设计［J］. 自动化技术与应用，2008(6):103-105.
［3］ 王冬，李登科.基于双DSP的信息处理机设计［J］.国外电子测量技术,2013,32(6):89-92.
［4］ 赵熠，景德胜．一种基于双处理器的信息处理平台的设计［J］.电子技术设计与应用,2015(6):86-87.
［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．ADSP218X的IDMA接口设计［J］．网络财富，2010(21):183.