基于TI多核DSP TMS320C6678的BOOT方式研究

楊磊　張瑩

摘要：介紹了TI生產(chǎn)的多核DSP TMS320C6678的啟動(dòng)過(guò)程，詳細(xì)講解了其內(nèi)置啟動(dòng)程序RBL提供的幾種常用啟動(dòng)方式，并從應(yīng)用場(chǎng)景，硬軟件設(shè)計(jì)等多個(gè)方面分析了各方式的優(yōu)劣。提出了一種基于EMIF16接口的添加引導(dǎo)服務(wù)程序的多級(jí)引導(dǎo)模式，能夠很好的擴(kuò)展C6678二級(jí)引導(dǎo)程序的功能。

關(guān)鍵詞：C6678；EMIF16；RBL；二級(jí)引導(dǎo)；自啟動(dòng)

中圖分類號(hào)：TP13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）01-0054-02

0 引言

在當(dāng)今數(shù)字化不斷加快的背景下，各信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)性要求在進(jìn)一步提高。TI推出的多核DSP TMS320C6678，具有8個(gè)運(yùn)算核心，單核心主頻最高可達(dá)1.25Ghz[1]，無(wú)論是定點(diǎn)或浮點(diǎn)都具有較高的計(jì)算能力，并且TI為其配套了專用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)SYS/BIOS，使該款芯片在軟件設(shè)計(jì)上的難度大大降低。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多變，我們可根據(jù)其引導(dǎo)方式將其分成兩類，一類需要主機(jī)將應(yīng)用程序鏡像下載到DSP內(nèi)存并激活DSP運(yùn)行用戶程序。另一類是將用戶程序燒寫在外部存儲(chǔ)器中，上電后由DSP的引導(dǎo)程序完成自加載啟動(dòng)[2-3]。C6678內(nèi)置了一級(jí)引導(dǎo)程序RBL，RBL為用戶提供了多種引導(dǎo)方式以滿足其不同需求。但同時(shí)RBL程序相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)法滿足一些較為復(fù)雜的引導(dǎo)需求，這時(shí)往往需要二級(jí)引導(dǎo)程序的輔助。因此，C6678的啟動(dòng)引導(dǎo)過(guò)程常常是由一級(jí)和二級(jí)引導(dǎo)程序共同完成的。

1 C6678啟動(dòng)過(guò)程

RBL是廠家固化在其Boot Rom內(nèi)的一段程序，其主要功能是通過(guò)判斷DEVSTAT寄存器后三位BOOTMODE[2：0]的狀態(tài)來(lái)決定運(yùn)行的Boot代碼。當(dāng)C6678上電后，由內(nèi)部的EDMA將Boot Rom中的代碼搬運(yùn)到Core0的內(nèi)存中執(zhí)行，完成一系列初始化工作。

C6678上電啟動(dòng)的大致過(guò)程可描述為：Core0運(yùn)行RBL；RBL根據(jù)BootMode[2：0]運(yùn)行相應(yīng)一級(jí)引導(dǎo)程序；一級(jí)引導(dǎo)程序引導(dǎo)用戶程序啟動(dòng)，如有二級(jí)引導(dǎo)，則先引導(dǎo)二級(jí)引導(dǎo)程序，由二級(jí)引導(dǎo)程序引導(dǎo)用戶程序啟動(dòng)。

2 C6678常用引導(dǎo)方式

2.1 PCIE Boot

PCIE[4]是一種高速串行總線的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)，C6678集成了PCIE外設(shè)接口，PCIE啟動(dòng)過(guò)程可簡(jiǎn)單描述為：RBL檢測(cè)到BootMode[2：0]的值并初始化PCIE模塊；主機(jī)加載程序在PC與DSP間建立內(nèi)存映射；主機(jī)通過(guò)PCIE總線將DDR初始化程序送入Core0 的L2內(nèi)存并初始化DDR；主機(jī)將用戶程序推送至DDR內(nèi)存指定位置，并將入口地址寫入magic地址[5]，DSP跳轉(zhuǎn)到magic內(nèi)的入口地址執(zhí)行，并通過(guò)IPC中斷通知從核工作。

PCIE啟動(dòng)方式能夠通過(guò)PC來(lái)控制DSP的啟動(dòng)過(guò)程，能很好地與以往采用X86架構(gòu)的工控系統(tǒng)銜接。但該方式也有局限性，例如當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中C6678節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，PC無(wú)法為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配足夠的映射空間，會(huì)導(dǎo)致主機(jī)系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)。此時(shí)需借助二級(jí)引導(dǎo)程序來(lái)降低RBL中為C6678設(shè)置的BAR空間大小，以保證PC順利完成PCIE枚舉過(guò)程。

2.2 Ethernet Boot

以太網(wǎng)啟動(dòng)是主機(jī)將用戶鏡像通過(guò)以太網(wǎng)下載到C6678的內(nèi)存中啟動(dòng)的一種方式。這里的主機(jī)可以是具有以太網(wǎng)功能的PC，ARM芯片或PowerPC芯片。以太網(wǎng)啟動(dòng)雖然通用性較強(qiáng)，但由TI提供的主機(jī)加載程序以及RBL內(nèi)置的以太網(wǎng)加載代碼功能較為簡(jiǎn)單，而操作起來(lái)又比較復(fù)雜。因此在實(shí)際應(yīng)用中通常是通過(guò)二級(jí)引導(dǎo)程序來(lái)擴(kuò)展以太網(wǎng)啟動(dòng)功能。

2.3 SRIO Boot

SRIO[6]是一種高速串行接口標(biāo)準(zhǔn)，與PCIE相比，靈活性更強(qiáng)。SRIO節(jié)點(diǎn)可通過(guò)對(duì)方的Srio ID直接讀寫其內(nèi)存數(shù)據(jù)。SRIO引導(dǎo)過(guò)程可以描述為：RBL檢測(cè)BootMode[2：0]的值并初始化芯片的SRIO模塊，設(shè)置SRIO模塊的Srio ID，連接模式等；主機(jī)將DDR初始化程序下載到Core0 L2內(nèi)存中并完成DDR初始化工作；主機(jī)將用戶程序鏡像通過(guò)SRIO總線寫入DSP的DDR內(nèi)存中，并改寫Magic地址；Core0根據(jù)Magic地址跳轉(zhuǎn)執(zhí)行用戶程序，并通過(guò)IPC中斷喚醒從核工作。

與PCIE引導(dǎo)相比，SRIO具有硬件結(jié)構(gòu)靈活，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但PC機(jī)并沒有擴(kuò)展SRIO接口，因此，通常是采用另一片C6678或PowerPC等集成了SRIO模塊的芯片作為主機(jī)加載平臺(tái)，這就在一定程度上限制了SRIO 啟動(dòng)方式的使用范圍。

3 Nor Flash引導(dǎo)服務(wù)程序

與上面介紹的幾種boot 方式不同，在大多工程應(yīng)用中，我們需要將用戶程序固化在EMIF16接口的外掛Nor Flash存儲(chǔ)器中，由DSP自動(dòng)完成加載過(guò)程。Nor Flash的特性決定了程序可直接在其中運(yùn)行，但為了提高運(yùn)行速度，往往將程序搬移到DDR內(nèi)。TI的EVM板及薛志遠(yuǎn)等人[7]提出的方法都是在引導(dǎo)程序后直接添加用戶代碼，功能單一。

為解決普通Nor Flash引導(dǎo)功能單一的問(wèn)題，我們?cè)诙?jí)引導(dǎo)代碼后增加了引導(dǎo)服務(wù)程序。此服務(wù)程序主要通過(guò)軟件方式完成DSP參數(shù)設(shè)置，引導(dǎo)方式選擇等功能。可在此服務(wù)代碼中增加以太網(wǎng)啟動(dòng)，SRIO啟動(dòng)，PCIE啟動(dòng)以及自啟動(dòng)服務(wù)模塊。增加了引導(dǎo)服務(wù)程序后的完整啟動(dòng)流程如圖1所示。

通過(guò)引導(dǎo)服務(wù)程序，可以用串口更改保存在Flash保留區(qū)域并且與啟動(dòng)相關(guān)的環(huán)境變量。隨后根據(jù)人為設(shè)置的環(huán)境變量選擇啟動(dòng)加載模式，經(jīng)測(cè)試，此方式大大增加了C6678啟動(dòng)方式的靈活性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)C6678啟動(dòng)方式的分析，本文中提出了一種基于EMIF16接口的引導(dǎo)設(shè)計(jì)方案，增加了引導(dǎo)程序的通用性。但是目前而言，DSP端的引導(dǎo)程序并不能做到完全復(fù)用，大部分是根據(jù)實(shí)際功能進(jìn)行定制。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿足各種應(yīng)用需求，類似于Uboot的開源DSP BootLoader將是今后研究的重點(diǎn)，這將大大降低DSP嵌入式軟件的開發(fā)成本，促進(jìn)DSP在我國(guó)軍事和民用高速信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 牛金海.TMS320C66x KeyStone架構(gòu)多核DSP入門與實(shí)例精解[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2014.

[2] 孫紅磊，蔡雨琦，施鎮(zhèn)峰.TMS320C6678 DSP的加載引導(dǎo)研究[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（24）：73-75.

[3] 黃震，劉亞斌.TMS320C6000系列DSP程序固化的研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2016，24（12）：26-28+32.

[4] 樂亮.新一代多核DSP-TMS320C6678的PCIE接口驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[A]. 第六屆全國(guó)信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C]，2012：4.

[5] 李飛平，卿粼波，滕奇志，舒君，何小海.基于TMS320C6678的多核程序加載研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41（03）：31-34.

[6] 盧建章，劉洋.TMS320C6678中的高速串行接口RapidIO研究[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2017，17（06）：51-53.

[7] 薛志遠(yuǎn)，王春雷.基于TMS320C6678的多核Bootloader設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].航空兵器，2017（04）：80-83.

Abstract：The startup process of multi-core DSP TMS320C6678 produced by TI is introduced.，several common startup methods provided by its built-in startup program RBL are explained in detail，the advantages and disadvantages of various methods are analyzed from application scenarios， hardware and software design，etc.A multi-level boot mode of adding boot service program based on EMIF16 interface is proposed，which can extend the function of C6678 two stage boot program.

Key words：C6678； EMIF16； RBL； secondary boot； self-boot