數(shù)字多媒體處理器TMS320DM355啟動(dòng)分析*

苑瑋琦，黃 旭

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)研究所，遼寧 沈陽(yáng)110870)

TMS320DM355(以下簡(jiǎn)稱 DM355)處理器是 TI公司推出的面向便攜高清視頻應(yīng)用的基于ARM9+協(xié)處理器架構(gòu)的新型低成本DaVinci平臺(tái)[1-2]，主要應(yīng)用于媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相框、IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、視頻嬰兒監(jiān)視器等[3]。該處理器具有獨(dú)特的啟動(dòng)方式，其啟動(dòng)方式的選擇和硬件設(shè)置是開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題之一[4]。本文基于DM355的嵌入式目標(biāo)板和TI公司的DVSDK，介紹了DM355的啟動(dòng)方式設(shè)置、啟動(dòng)并引導(dǎo)U-Boot的過(guò)程。

1 總體啟動(dòng)流程

1.1 啟動(dòng)方式設(shè)置

DM355的ARM可以從異步外部存儲(chǔ)器接口(AEMIF)上的OneNAND或者從ARM的內(nèi)部ROM啟動(dòng)，這是由管腳BTSEL[1:0]的配置決定的[5]。BTSEL[1:0]也可以進(jìn)一步設(shè)置ROM啟動(dòng)方式，即在芯片重置之后，除了當(dāng)BTSEL[1:0]=01表明AEMIF已啟動(dòng)外，ARM一定從內(nèi)部ROM的0x00008000處開(kāi)始啟動(dòng)，ARM內(nèi)部ROM中的這部分程序稱作 ROM Boot Loader（簡(jiǎn)稱RBL）。因是 TI公司嵌在DM355的內(nèi)部ROM里面的，用戶不能更改。

BTSEL[1:0]共有如下4種設(shè)置[6]：

(1)BTSEL[1:0]=01時(shí)，為 AEMIF啟動(dòng)方式，這種模式由硬件控制，啟動(dòng)不包含ARM內(nèi)部ROM(即RBL不運(yùn)行)。在由OneNAND啟動(dòng)的情況下，用戶必須自己在OneNAND的啟動(dòng)頁(yè)中放入必要的啟動(dòng)代碼,這些代碼必須為OneNAND設(shè)備設(shè)置AEMIF模塊。在AEMIF被設(shè)置之后，啟動(dòng)會(huì)緊跟OneNAND啟動(dòng)頁(yè)中的AEMIF管理頁(yè)而繼續(xù)。

(2)BTSEL[1:0]=00時(shí)，RBL運(yùn)行，NAND啟動(dòng)。

(3)BTSEL[1:0]=10時(shí)，RBL運(yùn)行，MMC/SD啟動(dòng)。

(4)BTSEL[1:0]=11時(shí)，RBL運(yùn)行，UART啟動(dòng)。

由此可見(jiàn)，不經(jīng)由RBL的啟動(dòng)方式只有BTSEL[1:0]=01一種，而經(jīng)由RBL的啟動(dòng)方式有 3種（此時(shí)BTSEL[1:0]≠01）。

當(dāng)芯片被設(shè)置成NAND啟動(dòng)模式時(shí)，如果啟動(dòng)失敗，則DM355會(huì)嘗試MMC/SD啟動(dòng)；如果MMC/SD啟動(dòng)失敗，則DM355會(huì)再次嘗試這種啟動(dòng)方式；如果 UART啟動(dòng)失敗，DM355會(huì)再次嘗試這種啟動(dòng)方式。

DM355的總體啟動(dòng)流程如圖1所示。

NAND啟動(dòng)與OneNAND啟動(dòng)適用于系統(tǒng)參數(shù)和功能固定的應(yīng)用場(chǎng)合，二者在價(jià)格和讀寫(xiě)速度上的差異也使得設(shè)計(jì)者可以根據(jù)需求做出權(quán)衡。而MMC/SD啟動(dòng)適用于系統(tǒng)參數(shù)和功能經(jīng)常需要改變的場(chǎng)合。UART啟動(dòng)一般應(yīng)用于調(diào)試階段而非實(shí)際應(yīng)用。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇啟動(dòng)方式時(shí)，可以根據(jù)各種方式的特點(diǎn)，選擇合適的方式啟動(dòng)系統(tǒng)。

1.2 啟動(dòng)中的狀態(tài)標(biāo)志

DM355的RBL會(huì)用GIO61來(lái)指示啟動(dòng)狀態(tài)（可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED），這可以幫助開(kāi)發(fā)者更直觀地觀察系統(tǒng)的狀態(tài)。重啟之后，GIO61被初始化為低電平。

(1)如系統(tǒng)上電時(shí)通過(guò)NAND啟動(dòng)，未成功后會(huì)嘗試通過(guò)MMC/SD啟動(dòng)，在此期間GIO61以4 Hz的頻率切換高低電平。

(2)如系統(tǒng)被上電時(shí)通過(guò)MMC/SD啟動(dòng)，在嘗試啟動(dòng)期間GIO61以4Hz的頻率切換高低電平。

(3)如系統(tǒng)上電時(shí)通過(guò)UART啟動(dòng)，在嘗試啟動(dòng)期間GIO61以2 Hz的頻率切換高低電平。

當(dāng)啟動(dòng)成功之后，在程序被移交給UBL之前，GIO61被設(shè)置為高電平。其過(guò)程如圖2所示。

總之，RBL在 BTSEL[1:0]≠01時(shí)運(yùn)行的情況下，控制權(quán)被交給 RBL，待讀取 BTSEL[1:0]的狀態(tài)之后，RBL才執(zhí)行合適的代碼。

2 NAND啟動(dòng)流程

NAND Flash存儲(chǔ)器具有容量較大、擦寫(xiě)速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，但不支持片內(nèi)執(zhí)行(XIP)。NOR Flash支持片內(nèi)執(zhí)行，讀速度稍快于NAND Flash，但寫(xiě)入速度遠(yuǎn)落后于NAND Flash，且二者接口不同，這就決定了NAND Flash適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而NOR Flash適用于小量代碼存儲(chǔ)的特點(diǎn)。另外，接口的特點(diǎn)也決定了NAND Flash的讀寫(xiě)更復(fù)雜，必需要驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)BTSEL[1:0]被設(shè)置為 00時(shí)，NAND模式將啟動(dòng)，NAND啟動(dòng)模式默認(rèn)NAND位于EM_CE0接口，這個(gè)接口的總線設(shè)置由管腳AECFG[3:0]確定。AECFG[3:0]必須被正確地設(shè)置，EMIF的信號(hào)才能被NAND器件采用。

NAND啟動(dòng)流程如下：

(1)RBL 執(zhí)行，初始化 0x4000～0x7FFF（2 KB）的空間作為堆棧，最后 32 bit（0x7FFC～0x8000）閑置,因?yàn)檫@里會(huì)被寫(xiě)入找到的UBL的塊號(hào)。此時(shí)會(huì)禁止所有中斷、中斷請(qǐng)求和快速中斷請(qǐng)求。

(2)NAND器件的設(shè)備ID被從NAND讀出來(lái)，然后從RBL的信息表中讀取出一些必要的信息(如頁(yè)大小和塊大小)。信息表是DM355所支持的NAND設(shè)備的列表；然后，RBL在NAND的block 1中的page 0尋找UBL的描述符。

(3)如果有效的UBL沒(méi)有被找到（這取決于是否讀到了正確的魔幻數(shù)），下一個(gè)塊會(huì)繼續(xù)被尋找，最多連續(xù)搜尋24個(gè)塊，這是為了防止NAND中的壞塊，搜尋24個(gè)塊足夠應(yīng)付絕大部分NAND中的錯(cuò)誤。

魔幻數(shù)是基于在一個(gè)塊的第0頁(yè)的前32 bit讀取0xA1ACEDxx而探測(cè)到的，只有塊 1～塊 24的 page 0將會(huì)被讀取和尋找魔幻數(shù)。

(4)當(dāng)一個(gè)有效的UBL標(biāo)識(shí)符被找到之后，這個(gè)塊的號(hào)碼被寫(xiě)在ARM內(nèi)部RAM的最后32 bit，即0x7ffc～0x8000。這種特性是為了調(diào)試方便，通過(guò)讀這32 bit(例如通過(guò)JATG)，可以知道UBL在哪一個(gè)NAND塊讀到了有效的UBL標(biāo)識(shí)符，如果在搜尋完24個(gè)塊之后還沒(méi)有找到有用的標(biāo)識(shí)符，則DM355將會(huì)嘗試通過(guò)MMC/SD啟動(dòng)。

(5)當(dāng)有效的UBL被找到之后，RBL會(huì)處理 UBL描述符，描述符給出了裝載UBL和移交UBL控制權(quán)所需要的信息。接下來(lái)UBL被讀取和處理，RBL首先可能會(huì)根據(jù)魔幻數(shù)所提供的信息啟用一些與快速EMIF和高速緩存相關(guān)的操作。此外，描述符提供了在UBL的拷貝期間是否應(yīng)用DMA的信息。一但啟動(dòng)條件確立了，RBL拷貝 UBL到 DM355的內(nèi)部 RAM，起始地址為0x00000020，開(kāi)始的32 B是ARM的系統(tǒng)中斷向量表(8個(gè)向量，每個(gè)4 B)。UBL的拷貝始于這32 B的中斷向量表之后，提供了用戶裝載程序的必要的細(xì)節(jié)。表1為UBL描述符的格式。

魔幻數(shù)的最后兩位決定了NAND的啟動(dòng)模式，如表2所示。

NAND RBL應(yīng)用4 bit ECC校驗(yàn)來(lái)確定在將UBL讀取到內(nèi)部RAM時(shí)是否有錯(cuò)誤發(fā)生。假如4 bit ECC校驗(yàn)探測(cè)到了錯(cuò)誤，則UBL會(huì)通過(guò)ECC修正算法來(lái)修正錯(cuò)誤。如果由于其他原因讀取UBL失敗，則拷貝過(guò)程會(huì)因?yàn)樾枰Щ脭?shù)而立即暫停，然后RBL會(huì)從找到魔幻數(shù)的那一塊繼續(xù)尋找相鄰的塊，以找尋另一魔幻數(shù)。當(dāng)找到下一魔幻數(shù)時(shí)，將重復(fù)這一過(guò)程。利用這種機(jī)制，魔幻數(shù)和UBL可以被復(fù)制達(dá)24次，給予NAND讀取錯(cuò)誤以足夠的冗余和錯(cuò)誤恢復(fù)能力。

表1 UBL描述符格式

表2 UBL魔幻數(shù)與特殊啟動(dòng)模式

如果在搜索了24個(gè)塊之后沒(méi)有找到有效的UBL描述符，則RBL會(huì)轉(zhuǎn)向去通過(guò)MMC/SD啟動(dòng)。

(6)將UBL讀取到內(nèi)部RAM之后，RBL將控制權(quán)交給UBL。

(7)UBL開(kāi)始掃描NAND以尋找ABL(Application Boot Loader)描述符的魔幻數(shù)，如果找到了描述符，則UBL將ABL裝載進(jìn)DDR，并跳轉(zhuǎn)到ABL的入口地址。TI公司的UBL在8和9兩個(gè)NAND塊中找尋ABL的描述符，如果找不到，則屏幕會(huì)顯示以下信息：

UBL:Failed to read app descriptor

UBL:NANDBoot()failed

類(lèi)似于UBL的描述符和魔幻數(shù)，ABL的描述符和魔幻數(shù)分別如表3、表4所示。

表3 ABL描述符格式

NAND啟動(dòng)的總體流程如圖3所示。

3 嵌入式目標(biāo)板

基于DM355處理器的目標(biāo)板原理框圖如圖4所示。

表4 ABL魔幻數(shù)及特殊啟動(dòng)模式

目標(biāo)板上主要資源包括：(1)TMS320DM355處理器，可工作在 216/270 MHz；(2)512 MB的 NAND Flash，型號(hào)為Sumsang K9F4G08U0A，包含4 096個(gè)塊，每塊含64個(gè)頁(yè)，頁(yè)大小為 2 048 B。芯片 ID為 0xDC[7]；(3)128 MB DDR2，主頻為 533 MHz。

4 通過(guò)CCS燒寫(xiě)UBL及ABL

(1)CCS的配置

安裝TDS510驅(qū)動(dòng)，連接TDS510仿真器、DM355及PC機(jī)，打開(kāi) CCS的配置程序，配置好DM355的 JATG仿真環(huán)境[8]，使CCS可以識(shí)別目標(biāo)板。

(2)燒寫(xiě) UBL及 ABL(U-Boot)

在CCS下打開(kāi)TI公司的DVSDK中的NAND_programmer.pjt，這是一個(gè)向NAND中寫(xiě)入U(xiǎn)BL及ABL的CCS工程。打開(kāi)nandProg.c可以看到下面定義好的UBL及ABL魔幻數(shù)：

在開(kāi)發(fā)時(shí)可以根據(jù)開(kāi)發(fā)需要對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)，但要注意UBL及ABL的大小對(duì)其中一些參數(shù)的影響。

(3)編譯NAND_programmer.pjt并運(yùn)行，根據(jù)提示輸入編譯好的UBL與U-Boot二進(jìn)制文件。DVSDK開(kāi)發(fā)包中有利用CCS編譯UBL的工程，可以根據(jù)需求對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)，但要注意其生成.BIN文件的大小，因?yàn)閁-Boot在Lunix環(huán)境下進(jìn)行編譯也生成一個(gè).BIN格式的文件。

(4)用串口線連接DM355與PC機(jī)，啟動(dòng) DM355目標(biāo)板，登錄到U-Boot。此時(shí)可以通過(guò)U-Boot的指令來(lái)查看位于NAND中的UBL與RBL描述符[9]，并證實(shí)修改的有關(guān)UBL和UBL的參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)能依照設(shè)定的方式從NAND啟動(dòng)，并成功登陸U-Boot命令行，而且可以通過(guò)指令來(lái)查看魔幻數(shù)與描述符。下一步的工作是建立操作系統(tǒng)內(nèi)核，并下載到存儲(chǔ)器，建立文件系統(tǒng)，從而建立完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

[1]TI公司.面向便攜高清視頻應(yīng)用的DaVinci DM355處理器[J].世界電子元器件，2008(4)：54-58.

[2]Texas Instruments.DM355 Linux PSP 1.20 release notes[M].2009.

[3]劉繼超.基于DM355的嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].青島：青島科技大學(xué)，2009.

[4]王薇薇.基于DM355的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010

[5]Texas Instruments.TMS320DM355 digital media system-on-Chip(DMSoC)-SPRS463G[M].2007.

[6]Texas Instruments.TMS320DM355 DMSoC ARM subsystem reference guide.2007.

[7]Samsung Group.K9F4G08U0A datasheet.2005.

[8]Texas Instruments.Code composer studio development tools v3.3 getting started guide.2006.

[9]DENXU-BOOT及Linux使用手冊(cè).2005.