TMS320C54x系列DSP應用初探

【摘要】本文介紹了TMS320C54x系列DSP的存儲結構，詳細討論了存儲器和存儲空間的映射關系，分析了存儲空間的配置方法，并結合實例給出了C5410型DSP的存儲器映射關系和鏈接配置文件。

【關鍵詞】DSP；存儲器；存儲空間；映射；鏈接配置文件

1.引言

根據應用設計的需求，對DSP可用存儲空間的分析和配置是開發過程的第一步，也是設計者需要考慮的關鍵問題，因此，存儲空間分配的好壞不僅關系到開發設計的成敗，而且反映了一個DSP程序員的水平和經驗。對于DSP，我們總是遇到這樣的兩個名詞，存儲器（RAM、ROM、EPROM和FLASH等）和存儲空間（程序存儲空間、數據存儲空間和I/O存儲空間）。而這兩個名詞又總是阻礙著DSP設計者前進的腳步，使之望而卻步。為此，本文首先探討存儲器和存儲空間的映射關系的問題。同時，由于DSP的廣泛應用，程序代碼不斷地增大，這就涉及到本文要探討地第二個問題，如何合理地配置DSP的存儲空間，使之更好地利用DSP地內部資源，并以C5410型DSP為例，給出了存儲空間配置的CMD文件。

2.C54x系列DSP的存儲結構

C54x系列DSP一般有192K字的存儲空間，分為三個相互獨立可選擇的空間：64K字的程序存儲空間、64K字的數據存儲空間和64K字的I/O存儲空間[1]。其中程序存儲空間存放待執行的指令和執行過程中所需要的系數表（數學用表，常數），可使用片內或片外的RAM、ROM或FLASH等來構成；數據存儲空間存放指令執行過程中產生的數據，可使用片內或片外的RAM和ROM來構成；I/O存儲空間提供與外部存儲器映射的接口，也可以作為外部數據存儲空間使用。

C54x系列DSP片內都有隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM），而RAM又分為兩種類型：DARAM（雙訪問RAM，每個機器周期可以訪問2次）和SARAM（單訪問RAM，每個機器周期只能訪問1次）。

3.存儲器和存儲空間的映射關系

3.1 片內存儲器映射

針對存儲器和存儲空間兩個不同的概念，本節詳細分析C54x系列DSP的片內存儲器的映射關系。

C54x通過處理器工作方式的狀態寄存器（PMST）中的3個狀態位，來選擇片內存儲器作為程序空間或數據空間。這3個狀態位是：

（1）MP/MC位，決定是否使能片內ROM。MP/MC=0，片內ROM使能，映射到程序空間；MP/MC=1，則片內ROM不使能，此時將不會用到DSP的自引導程序。系統僅在復位時采樣一次MP/MC引腳，并將引腳值傳遞給MP/MC位，而復位后便可通過軟件設置MP/MC位來禁止或使能片上ROM。在使用仿真器開發程序時，需要將MP/MC置為1，此時DSP處于微處理器方式，應用程序通過TI公司的DSP開發軟件CCS（Code Composer Studio）在線寫入程序存儲區；在DSP脫機運行時，需要將MP/MC清0，此時DSP處于微計算機方式，DSP在上電或復位后，其片內ROM中的自舉加載程序將會首先自動運行，將用戶程序代碼移入程序空間后，再將控制權交給用戶代碼[3]。

（2）OVLY位。OVLY=1，則片內RAM映射到程序和數據空間，程序在RAM中運行；OVLY=0，則片內RAM只映射到數據存儲空間，此時可用一個外部FLASH映射到程序空間，程序可在其中運行。顯然這種方式不如程序在片內RAM中執行速度快。

（3）DROM位。對于不同型號的DSP，DROM代表不同的意義。C542、C543、C548片內只有2K字ROM，如前所述這2K字的內容是由TI公司定義的，不可修改，也不能用作用戶程序區和數據區，因此DROM位對此類器件并無影響。對C541、C545、C546、C549、C5402而言，DROM位決定片內的ROM是否部分映射到數據空間：DROM=1，部分片內ROM映射到數據空間；DROM=0，片內ROM不映射到數據空間。而對C5410、C5416、C5420（無片內ROM）而言，片內ROM并不映射到數據空間，此時DROM位決定數據空間的高32K字是由片內的RAM構成還是由片外的RAM構成：DROM=1，片內排列的第二組32K字（片內RAM的排列是先排DARAM，再排SARAM，32K為一組。

3.2 程序存儲空間的分頁擴展

程序設計者可根據片內存儲器的大小和不同的應用需求，相應地配置這3個位，使系統的存儲空間滿足應用要求。但是由于程序代碼的不斷增長，64K的程序空間已不能滿足需要，所以C54x系列DSP從C548開始，地址線增加到了23根（C5402為20根，C5420為18根），具有8M字的尋址空間（引入了頁的概念，每頁64K字），為此還增加了一個額外的存儲器映像寄存器程序計數器擴展寄存器XPC（當前程序空間地址的高7位），以及6條尋址擴展程序空間的指令。

4.存儲空間的配置

4.1 簡單分析

在這里，我們以TMS320C5410為例介紹如何配置存儲空間。C5410片內有16K字ROM，8K字DARAM和56K字SARAM。由于片內ROM的不易修改性和RAM的掉電易失性，因此外加一個64K字的FLASH存儲器（映射到程序空間），用來存儲用戶程序和引導程序。自己編寫上電引導程序，并和用戶程序代碼一起燒寫到位于程序空間的FLASH中

4.2 CMD文件的編寫

匯編器和鏈接器產生的目標文件采用COFF（Common Object File Format）公共目標文件格式，代碼和數據塊是按段（Section）來組織和存儲的，便于模塊化編程。鏈接器的作用是將由匯編器產生的OBJ文件（目標文件）作為輸入塊，將相應的段結合在一起產生可執行的輸出模塊，并將輸出的段分配到存儲器中的指定地址[5]。完成這個任務的是CMD文件（鏈接器配置文件或鏈接命令文件），簡稱為命令文件。其中關鍵是MEMORY和SECTIONS兩個偽指令的使用。

CMD文件由3部分組成：

①輸入/輸出文件定義：.obj文件：鏈接器要鏈接的目標文件；.lib文件：鏈接器要鏈接的庫文件；.map文件：鏈接器生成的存儲器映射文件；.out文件：鏈接器生成的可執行代碼文件；

②MEMORY命令：配置目標存儲器，建立模型；

③SECTIONS命令：根據這個模型來安排各個段的存放位置。

按照上節例子，程序中需要定義了四個基本的段，段名分別取為“.text”、“.vectors”、“.boot”和“.table”，它們的內容分別對應于用戶程序、中斷向量表、上電引導程序和引導表。燒寫程序完成把四個段的內容燒寫到FLASH存儲器中。另外，還有“.bss”、“.data”和“.stack”，它們的內容分別對應于未初始化的變量、初始化的數據和堆棧段。本例中，假設“.text”段的長度位1000H，它被燒寫到FLASH中從08000H開始的存儲單元，上電后將被加載到程序空間中從2000H開始的存儲單元中。

5.結束語

隨著DSP應用領域的不斷拓廣，程序代碼的不斷增加，使得存儲空間的配置顯得越來越重要。根據開發需求選擇合適的DSP芯片，并加以擴展的片外存儲器，正確地劃分程序和數據空間中各段的大小，合理地配置存儲空間，將使空間利用率大大提高。

參考文獻

[1]支長義，程志平，陳書立.等.DSP原理及開發應用[M].北京航空航天大學出版社，2010.8.

[2]胡海鵬，魏豐.TMS320C54X系列DSP存儲空間的配置方法研究[J].電測與儀表，2012年第6期.