基于ＤＭ６４２自啟動的ＦＬＡＳＨ燒寫原理研究及實現

摘 要：便攜性與實時性的要求使得嵌入式系統需要具備自啟動功能，在DM642的平臺上，闡述FLASH的工作原理以及其與DM642的硬件結構，研究DM642從外圍FLASH自啟動及多級引導程序開發原理，并結合自己的實際經驗，針對使用CPLD和FPGA的不同系統，詳細介紹其FLASH在線編程的步驟，實現大型應用程序的自啟動加載DSP系統。

關鍵詞：FLASH；DM642；自啟動；引導加載

中圖分類號：TP333.12文獻標識碼：B

文章編號：1004373X(2008)2200804

Implementation and Principle Study of FLASH Burning Based

on DM642 Self-startup System

LIU Fazhi，ZHANG Dong，YANG Yan，ZHU Xiaoding

(School of Physics Science and Technology，Wuhan University，Wuhan，430072，China)

Abstract：Requirement of portability and real-time ability，the embedded system needs a self-starting function.Based on DM642 platform，the principle of FLASH memory and the hardware structure are introduced，DM642 self-startup procedure from the FLASH memory is studied.According to the writer′s own actual experience，it is an innovation that the development process and implementation method of multi-level bootloader for the system are proposed in detail used either CPLD or FPGA.A DSP self-startup system with a large-scale applications is realized.

Keywords：FLASH;DM642;self-startup;boot load

TMS320DM642（DM642）是TI公司發布的專門面向多媒體應用處理器，其工作頻率可達600 MHz，集成了視頻端口、音頻應用、以太網MAC等外設，可自啟動的特點使得其在便攜式和自動化系統中得到廣泛應用。本文在DM642平臺上，介紹FLASH燒寫原理并給出一套DM642的自啟動加載方案以及實際應用的一些經驗。

1 FLASH工作原理

FLASH是一種可以在線進行電擦寫，并在掉電后信息不丟失的非易失性存儲器，具有在線電擦寫、低功耗、大容量、擦寫速度快等特點，適用于需要實時寫入數據并且掉電保持的系統。

FLASH按其內部結構的不同可以分為NOR FLASH，NAND FLASH，OR FLASH及AND FLASH等，常用的是NOR FLASH和NAND FLASH，前者就是常說的閃存，而后者就是U盤和一些移動存儲設備的存儲介質。NOR FLASH使用字寫于的方式，而NAND FLASH只支持為頁的操作，同時NAND FLASH的數據線與地址線是復用的，雖然兩者的結構不同，但操作相似。本文采用的是AMD公司的NOR FLASH 芯片Am29LV033C，其容量是32 Mb(4 Mb×8)，最快讀取速度70 ns，64個64 b的扇區，0.32 μm工藝技術，數據可保持20年不丟失。對于FLASH，讀操作比較簡單，只要從指定的地址讀出對應的數據即可，而寫操作和擦除操作必須通過往指定地址寫指定命令的方法來實現，且每次寫操作時首先要擦除要寫入區內容。其操作命令控制如表1所示：

2 DM642與FLASH的硬件連接

DM642有1個64位的EMIF接口，引腳上包括數據總線ED［63：0］，地址總線EA［22:3］，時鐘信號線，其可使能4個不同的空間(CEn，n=1-4)，因此可將CE1空間配置成8位異步模式，作為FLASH的映射空間。然而EMIF口只有20根地址線，尋址空間只有1 Mb(220)，小于FLASH的4 Mb(222)的地址空間，必須采用分頁的方式來訪問，這里利用CPLD（或者FPGA）來控制FLASH的高3位地址線進行分頁，每頁512 kb，分為8頁，一旦寫入FLASH的程序大于512 kb，通過控制頁寄存器進行分頁。硬件連接圖如圖1所示：

3 DM642自啟動原理

DM642啟動方式是通過上電時采樣引腳AEA［22，21］的電平來設置的。可以選擇NO BOOT（AEA［20，19］均為低電平）和從外部存儲器自啟動(AEA［20，19］均為高電平)以及HPI/PCI啟動。如果選擇從外部存儲器FLASH啟動，則在系統結束復位狀態后，DM642將FLASH空間（CE1空間，起始地址90000000H）的前1 kB復制到片內0地址開始的存儲單元中，并從0地址開始執行。用戶的應用程序往往大于1 kB，所以位于0地址的1 kB程序經常是一個裝載程序（又叫二級BootLoader），它用來完成將應用程序從FLASH中讀出放到RAM存儲器中，當裝載完成后，指向程序的入口地址c_int00()處并開始執行應用程序，這個過程也被叫作二次加載。

二級BootLoader主要完成3個功能：

（1）初始化EMIF口，配置其寄存器；

（2）然后從FLASH的前半頁的1 kB以后開始把程序的各個段和數據拷貝到指定的存儲器物理地址中；

（3） 跳到C程序的人口點處c_int00()。由于Bootloader在FLASH中的位置是0x90000000~0x90000400，而Bootloader又是放在用戶程序中的。因此，為了在用戶成程序的.cmd文件中把Bootloader定位在程序段的起始位置。

圖2顯示了使用使用二級Bootloader的應用程序加載過程。

4 自啟動加載實現過程

利用DM642的在線編程能力，實現DM642的自啟動加載實現過程，大致分為一下幾個步驟：

4.1 應用程序建立

TI代碼產生工具產生的目標文件是一種模塊化的文件格式COFF格式。程序中的代碼和數據在COFF文件中是以段的形式組織。COFF文件是由文件頭、段頭、符號表以及段數據等數據結構組成；編譯器會將我們的應用程序轉換為COFF格式.out文件，編譯器是怎樣知道應用的程序段放在哪個存儲空間，這個工作是通過一個連接命令文件（.cmd）完成。這個文件里面就包含DSP和目標板的存儲器空間的定義以及代碼段、數據段是如何分配到這些存儲器空間的。

編寫連接命令文件可以利用DSP/BIOS提供的MEM（Memory Section Manager）模塊。其非常方便用戶管理和安排各數據程序段，而且其模板已經定義了一系列的常用存儲段（用戶可以通過窗口對話框修改段屬性），如果用戶要添加新的段，則需要修改用戶的連接命令文件。具體操作如下：創建BOOT 內存區，在System→MEM-Memory Section Manager，創建BOOT 段，起始地址為0，長度為0x400(1 kB)，而且需要把內存段后移，從0x400開始，并把長度減去0x400。否則段重疊將導致之前寫入的數據被覆蓋。

創建連接命令文件，取代原有的BIOS自動產生的cmd 文件(videocfg.cmd）。在新建的cmd 文件中，包含原有的cmd 文件，并把添加.boot_load 段代碼映像到BOOT 內存區。內容如下:

-l videocfg.cmd

SECTIONS

{.BOOT>ISRAM}

這樣就成功創建了BOOT段并把其映射在ISRAM的前1 kb之中。也就是說在DM642自啟動上電以后，DM642會自動將FLASH中0x9000000~0x90000400復制到ISRAM的0x0~0x400段。

4.2 編寫二級加載程序

二級加載程序寫在一個匯編程序BOOT.asm（也就是BOOT段所存放的數據），并需添加到應用程序之中。對于boot.asm中內容中關于初始化化EMIF口以及調轉程序入口部分以省略，這里只給出關于拷貝應用程序代碼，如下：

COPY_TABLE .equ0x90000400

.sect \".boot_load\"

.global _boot

_boot:

mvkl COPY_TABLE，a3;拷貝表指針

mvkh COPY_TABLE，a3

ldw*a3++，b1;入口地址

copy_section_top:

ldw*a3++，b0;地址增1

ldw*a3++，a4;ram 起始地址

nop3

［!b0］ b copy_done;是否拷貝完

nop5

copy_loop:

ldb*a3++，b5

subb0，1，b0;減數計數r

［ b0］ b copy_loop;跳轉

［!b0］ b copy_section_top

zero a1

［!b0］ and3，a3，a1

stbb5，*a4++

［!b0］ and-4，a3，a5

［ a1］ add4，a5，a3

4.3 轉換成二進制文件

編譯器生成的COFF格式.out文件不能直接燒寫，現行的在系統編程的方法一般都是先把待加載程序（用戶程序）的.out文件（COFF格式）轉成HEX格式，然后去掉HEX格式文件的文件頭，再通過燒寫程序寫到FLASH里去。這里利用TI提供的hex6x二進制文件轉換工具，其可將out文件轉換為ASCII二進制文件。不過需要用戶正確設置hex6x的命令行文件，編寫完下列文件后雙擊out2hex.bat即可生成所要轉換的文件.hex

hex6x的命令行文件，用來設置轉換的一些參數，內容如下：

user′s_programe.out

-a // Select ASCII hex file format for output

-memwidth 8// Generate output for an 8-bit wide FLASH device

-boot//為所有的段創建一個boot表

-map h263loopback.map //Generate .map file

ROMS

{FLASH: org = 0x90000000，len = 0x80000，rowidth = 8，files ={ user′s_programe.hex}

}

//ROM下大括號中定義的文件長度，0x80000為每頁512 kB

需注意的是在各文件中文件名必須一致，否則將提示找不到該文件。

4.4 FLASH燒寫過程

正如上文所述，FLASH寫操作和讀擦除操作必須通過往指定地址寫指定命令的方法來實現，用戶可以自己編寫程序來完成，也使用TI提供的FLASHburn工具來燒寫，通過執行FBTC.out的內容來完成FLASH的讀寫和擦除。因為FLASH寫入時只有數據為0時才進行寫入，數據為1時則什么也不做，所以每次燒寫之前都需要將FLASH擦除干凈。

對于使用CPLD與FPGA燒寫程序略微有些不同，其原因在于FPGA是掉電數據就丟失了，因此每次都需要燒寫FPGA的配置osd_fpa_rev4_ahex.hex（放在第0頁的后半頁），而且在應用程序中還需添加EVMDM642_fpgaLoad(0x90040000)語句，自啟動過程中完成往FPGA寫配置的過程，這樣FPGA才能夠工作。而CPLD掉電數據仍在，故不需要這樣做。

小程序燒寫（所謂小程序是指在第0頁就能存放下的程序，對于使用FPGA的系統因其第0頁后半頁已被使用，故其只能放下256 kb的小程序，而對于CPLD，存放小程序為1頁大小512 kb）與大程序燒寫也略微有些區別，小程序不用分頁，直接利用FLASHburn工具來燒寫，需注意的是在FLASHburn工具在Downloading 欄中，File to burn 項填入要燒寫的用戶程序的.hex 文件，logical Addr 填入0x0。FLASH Physical項填入0x90000000，Bytes 項填入0x400000。大程序則需要利用CPLD/FPGA分頁，具體實現方法是利用1個變量不斷的計數，每拷貝1個數據（8 b）計數值加1，并將計數值與0xffff（64 k×8 b=512 kb），一但大于則通知分頁寄存器加1，開始往下一頁來拷貝程序。這里在CPLD/FPGA中設置地址為0x9008001A的寄存器，對應與FLASH的高3位地址線，往這一頁寫入的值（0~7）就代表了第幾頁，需要修改FBTC642.pjt的FLASH的基地址為0x9008001A。

下面介紹如何實現將應用程序能放在FLASH的任意頁，而不用從第0頁開始，特別是使用FPGA的大程序燒寫，就必須這樣做，因為如果從第0燒寫大程序將覆蓋FPGA的配置程序。在FLASH的前1 kB中存放原來的boot段用來拷貝存放在FLASH的9000000400以后的程序，而放在9000000400以后的程序就是snd_bootload，它是用來拷貝放在FLASH第二頁0x90010000以后的程序。所以對于FPGA的大程序，需要燒寫3個HEX文件并要求遵循一定順序。首先應用程序FPGA的配置程序在第0頁后半頁；然后下載運行fpga.out確保FPGA工作；然后燒寫應用程序，修改FLASHburn工具在Downloading 欄中logical Addr 填入0x100000（第二頁）；最后燒寫snd_bootload程序。對于CPLD則只需后面2步，這樣就成功完成大程序的燒寫。

5 結 語

文章結合自己實際開發經驗，給出對于FLSAH燒寫的原理和一些方法與經驗的總結，對于FPGA+DM642是用的TI的EVM評估板，而CPLD+DM642則是使用的是自己的開發板，通過燒寫FLASH，成功完成視頻圖像處理的應用程序自啟動運行。

參 考 文 獻

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作者簡介 劉發志 男，1984年出生，湖北武漢人，碩士研究生。研究方向為信息處理與微系統。

張 東 男，1963年出生，廣東梅縣人，副教授。研究方向為信息處理與微系統，通信，數據庫技術。

楊 艷 女，副教授。研究方向為圖像分析與處理。

朱曉鼎 男，1984年出生，湖北廣水人，碩士研究生。研究方向為信息處理與微系統。