DSP并行I/O引导装载方法研究

　　摘　要： 介绍title="TMS320VC5402">TMS320VC5402 DSP芯片的性能，着重分析它的片内ROM结构及并行I/O引导装载程序，并给出利用8031单片机实现8位并行I/O引导装载的方法。实践证明，该方法具有很大的灵活性和实用性。

　　TMS320VC5402是TI公司C54x系列定点DSP芯片中的新产品它集中了此系列早期产品的优点，并提供了许多新的功能，开发和使用更加方便。C5402具有灵活的指令系统和操作性能，它可选择助记符指令或算术指令作为编程指令，同时支持汇编语言和C语言的单独或混合编程。C5402采用改进的Harvanl处理结构，指令流水线操作。计算和处理速度很高，系统单指令周期可达到10ns。在片内提供16k的RAM用作程序和数据存储，其可扩展寻址空间为1M字节。C5402提供的McBSP串口和DAM数据传送方式极大地方便它在通信领域的应用和开发。C5402由于其高性能价格而成为当前语言和静态图象处理和主流产品。C5402主要特点如下：

　　·操作速率达100MIPS；

　　·具有先进的多总线结构，三条16位数据存储器总线和一条程序存储器总线；

　　·40位算术逻辑单元（ALU），包括一个40位桶形移位器和两个40位累加器；

　　·一个17×17乘法器和一个40位专用加法器，允许16位带/不带符号的乘法；

　　·整合维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度；

　　·单周期正规化及指数译码；

　　·8个辅助寄存器及一个软件栈，允许使用业界的定点DSP C语言编译器；

　　·数据/程序寻址空间1M×16bit，内置4K×16bit ROM和16K×16bit RAM；

　　·低功耗，工作电源有3V和1.8V（内核），特别适合电池供电设备。

　　由此可见，与TMS32054X系列的其它芯片相比，C5402以其独有的高性能、低功耗和低价格特性，使得一推出就受到业内用户的欢迎。本文立足我们的实践经验，简单介绍C5402 Bootloader程序分析和实现方法，并较为详细地介绍并行I/O Bootloader方法。

　　1 几种引导装载方法

　　C5402片内掩模的Bootloader用于在上电复位时把用户程序从外部引导到高速RAM中，以保证其全速运行。C5402提供了如下四种Bootloader方法：8位或16位并行EPROM方法、8位或16位并行I/O方法、8位或16位串行口方法和处理器通信口（主端口）HPI方法。

　　上电复位后，C5402检测其MP/MC引脚，如果MP/MC＝“0”则进入Bootloader程序。进入Bootloader后，如有INT2请求中断，则进入HPI引导方式，否则则读入端口地址为0FFFFH的I/O端的引导方式选择字（Boot Routine Selection、 BRS）。当BRS＝XXXX00时，进入I/O或串行口引导方式；如BRS＝XXXX1000时，进入8位I/O引导方式；BRS＝XXXX1100时，进入16位I/O引导方式，否则则进入串行口引导方式。当BRS＝XXXX01时，进入8位EPROM引导方式，BRS＝XXXX10时，进入16位EPROM引导方式。

　　2 C5402片内ROM结构及并行I/O引导装载程序分析

　　C5402提供了4K×16bit 的掩模ROM，ROM所存数据稳定 ，断电后所存数据也不会改变；其结构较简单，读出较方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。除少数品种的只读存储器（如字符发生器）可以通用之外，不同用户所需只读存储器的内容不同。其具体内容见表1。C5402上电复位后，如果MP/MC＝“0”则从F800h地址开始运行Bootloader程序。在进入8位并行I/O引导程序以前，C5402与外部I/O要进行一系列的通信联络，其程序框图如图1所示。

　　以下是8位并行I/O引导程序片段下：

　　行号 源程序 注 解

　　END ；读入用户代码结束并转执行用户程序

　　1 CALL （21） ；调用读数据子程序

　　2 STL B、61h ；B的内容→61H单元

　　3 CALL （21） ；调用读数据子程序

　　4 STL B、 62h ；B的内容→62H单元

　　5 CALL （21） ；调用读数据子程序

　　6 BC （END）、 BEQ ；B＝0时结束

　　7 SUB #01h、0、B、B ；B－1→B

　　8 STLM B、BRC ；B→BRC

　　9 CALL （21） ；调用读数据子程序

　　10 STL B、 68h ；B的内容→68H单元

　　11 CALL （21） ；调用读数据子程序

　　12 ADD 68h、16、B、B ；68H移位后加B→B

　　13 LD B、0、A ；B→A

　　14 RPTD （20）－1 ；循环15－19

　　15 CALL （21） ；调用读数据子程序

　　16 SSBX XF ；XF＝1

　　17 BC （17）、BIO ；BIO＝0则等待

　　18 WRITA B ；把B的内容写到*A

　　19 ADD #01h、0、A、A ；A＋1→A

　　20 B （5） ；跳转到标号为5

　　21 SSBX XF ；XF＝1

　　22 BC （22）、BIO ；BIO＝0则等待

　　23 RXBX XF ；XF＝0

　　24 BC （24）、NBIO ；BIO＝1则等待

　　25 PORTR 0000h、 B ；读0地址端口→B

　　26 SFTL B、8、B ；B左移8位→B

　　27 SSBX XF ；XF＝1

　　28 BC （28）、 BIO ；BIO＝0则等待

　　29 RXBX XF ；XF＝0

　　30 BC （30）、 NBIO ；BIO＝1则等待

　　31 PORTR 0000h、68h ；读0地址端口→68

　　32 ANDM 000ffh、68h ；逻辑与

　　33 OR 68h、 B ；逻辑或后→B

　　34 RET ；返回

　　在上述程序中，END标号给出I/O读入操作结束后所转移的入口地址，之后转到61H和62H给出的入口地址执行用户程序。第1～4行读入入口地址；第5?触8行读入数据块长度；第9～13行读入数据块首地址；第14～20行读入数据块。为了更好地了解这段程序的工作过程及其原理，图2给出了8位并行I/O Bootloader程序流程图。第21～34行为读数据子程序，在该程序中，利用了XF和BIO信号与外部I/O进行握手联络，其信号时序如图3所示。

　　3 C5402并行I/O引导装载方法的实现

　　3.1 硬件电路分析

　　为了满足C5402 DSP 8位并行I/O Bootloader引导程序的时序要求，本文利用8031单片机作智能I/O部件，图4为C5402与8031的连接电路图。在图中，U3为TMS320VC5402DSP，U？为8031单片机，U1、U2均为SN74AHC245，单片机系统中的EPROM电路没有给出。

　　这里运用DSP有这样几点好处，微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。

　　U1、U2的DIR引脚接地，数据传输方向为B→A。U2的B7～B4和B2～B0接地，B3接DVDD（3.3V），/CE端接系统复位信号，保证了在上电复位期间U2给C5402提供00001000B数据，使其进入8位并行I/O引导模式，而当复位信号无效后，U2的/CE＝“1”片选信号无效而脱离系统。U1的作用是数据缓冲兼作电平转换器，U1的VCCD端接4.3V，其作用是将8031输出的TTL电平转换成5402能接受的CMOS电平；U1的/CE断接8031的P3.3（/INT）脚，在系统复位直到执行CLR P3.3之前都保持高电平，在此期间U1无效，保证了U2正常供给5402所需的数据。8031的P3.0（RXD）、P3.1（TXD）作为握手信号，分别与C5402的/BIO和XF相连。JP3、JP4可供用户跳线选择C5402的系统时钟以及选择C5402的运行模式。

　　3.2 程序设计

　　根据以上分析，本文设计了如下8031汇编程序。首先使U1的/CE有效，然后等待C5402的XF为低电平，XF＝“0”后，使8031的P3.1＝“0”即BIO＝“0”C5402进入等待数据状态。在数据送到数据总线之后，使BIO＝“1”通知C5402读取I/O端口数据。程序中，UC定义的代码前面22个字节是与C5402的联络码，从第23个字节开始才是用户程序代码。

　　CLR P3.3 ；使U1（AHC245）CE＝0

　　W1: JB P3.0、W1 ；XF＝1等待

　　CLR P3.1 ；使BIO＝0

　　MOV R4、#00H ；初始化变址寄存器

　　W2: JNB P3.0、W2 ；XF＝0等待

　　MOV DPTR、#UC ；指向用户代码首地址

　　MOV A、R4 ；变址送A

　　MOVC A、＠A＋DPTR ；取用户代码

　　MOV P1、A ；送到数据总线

　　SETB P3.1 ；使BIO＝1

　　W3: JB P3.0、W3 ；XF＝1等待

　　CLR P3.1 ；使BIO＝0

　　INC R4 ；指向下一代码

　　CJNE R4、#0FFH、W2 ；未完重来

　　UC: DB 08H、0AAH、00H、00H

　　DB 00H、00H、00H、00H

　　DB 00H、80H、00H、25H

　　DB 00H、00H、00H、80H

　　DB 0F4H、95H、0E9H、27H

　　DB 0F3H、10H ；以上为与C5402的联络码用户程序代码

　　TMS320VC5402 DSP是C54X家族乃至TI的DSP家族的成员，正以其极高的性价比被越来越多的用户所接受。本文利用廉价、通用的8031单片机实现C5402 8位并行I/O Bootloader功能，一方面，可以很好地解决快速DSP与慢速I/O（EPROM）之间的数据传输问题，另一方面，C5402 Bootloader成功后，8031还可作为“协助理器”使用，从而极大提高了系统的灵活性和实用性。具有广阔的应用前景，非常受买家喜欢，具有很大的利润。