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摘要：当需要更新DSP业务系统的应用软件时，为了避免利用仿真器所带来的不便和硬件损坏，采用了PCI总线技术来取代仿真器，完成系统应用程序的更新；针对带有外围FLASH的DSP系统，设计了一整套DSP外围FLASH启动流程和应用程序的PCI更新方法；通过实验证明，DSP业务系统可以通过上位机利用PCI总线完成DSP外围FLASH的应用程序的更新，同时在DSP上电启动时，也可以根据上位机的命令，选择贮存在FLASH中不同的应用程序加载运行。
关键词：DSP业务系统；PCI；FLASH自举；二级引导
在DSP嵌入式业务系统设备中，一般采用片外FLASH自举方式来实现DSP端应用程序的加载和启动。当DSP业务系统需要更新应用程序时，则可通过仿真器连接JTAG口来控制DSP，完成DSP外围FLASH的应用程序更新。然而，对于成型、交货的设备产品，DSP业务系统板上一般不会留有JTAG口，或在机箱中很难插拔仿真器；另一方面，对已交货产品经常插拔仿真器，会对硬件设备有所损伤，使设备硬件处于非控状态。
如果系统设计使用了PCI作为系统通信总线，则可以通过PCI来完成DSP业务系统应用程序的更新和加载。本设计以TI公司TMS320C6416T(简称C6416)芯片为例，来说明通过PCI总线来更新DSP系统应用程序的过程；同时本文也设计了一种C6416的上电启动方式。
1 C6416的PCI特性
1．1 C6416 PCI传输机理
C6416片内集成了PCI的控制器，通过PCI接口C6416可以完成同PCI总线上其他设备的数据交换。图1描述了C6416的结构框图。PCI接口通过EDMA控制寄存器可以访问C6416的片内存储器／Cache，或者通过EMIF接口访问片外存储器。
从图1可看出，PCI和EMIF接口都是通过EDMA传输控制器来与L2存储器／Cache联系的。EDMA传输控制寄存器主要用来控制L2存储器和设备外围间的数据通信，包括传输请求队列、地址产生器等；而通道控制器是用户可编程部分，用户可以设置相应的寄存器，方便的设置数据传输方式(一维、二维)、事件触发选择、传输通道选择等。
所有的EDMA传输请求可以由L2控制器、HPI／PCI和EDMA通道三种渠道发出。一个传输请求一旦递交，将通过链接通道移送到传输交叉开关(TC)，在这里它将进行优先级设置与处理。请求链为请求提供了一个内在的优先机制。假定一个请求在同一周期中只递交一次请求，那么靠近TC的首先到达，最远的最后到达。但进入TC的请求，则会进入传输请求队列，按照队列优先级进行相应处理，如图2所示。
HPI／PCI自动产生传输请求来响应主机。这些请求具有Q2优先级且对用户是不可见的。HPI／PCI递交请求来进行固定模式的单一单元读、写和短数据猝发递增传输操作。
1．2 C6416 PCI操作原理
C6416的PCI操作可以设置为：
主模式写：DSP主设备通过PCI接口写数据到外部PCI从设备。
主模式读：DSP主设备通过PCI接口从外部PCI从设备读数据。
从模式写：外部PCI主设备通过PCI接口写数据到DSP从设备。
从模式读：外部PCI主设备通过PCI接口从DSP从设备读数据。
1．2．1 C6416 PCI寄存器
PCI接口有以下3种寄存器：PCI配置寄存器，PCI I／O寄存器和映射在DSP存储空间的PCI控制状态寄存器。前两类寄存器只能被外部主机访问，DSP从机是不能访问的；而最后一类寄存器，DSP从机是可以访问的，并利用其来完成PCI通信的控制和操作。
PCI配置寄存器包含标准的PCI配置信息，包括设备标识，供应商标识，版本等信息，其可以在上电复位时自动访问E2PROM进行加载或上电复位时可以通过默认值初始化。
PCI I／O寄存器可以被主机用来对从机进行操作和状态监控。主机通过base2存储空间来访问该类寄存器。该空间大小为16 B，有三个寄存器：主机状态寄存器(HSR)，主机-DSP控制寄存器(HDSR)和DSP页寄存器(DSPP)。
1．2．2 C6416 PCI存储器映射
PCI端口通过3种基址寄存器可以完全访问DSP的存储器映射。
Base0：4 MB的可预存取空间，通过设置DSP页寄存器映射来对应所有DSP存储空间，如图3所示。可以理解为，一个4 MB大小的存储窗口，来遍历整个DSP的存储映射区，而DSP页寄存器的值则决定了这个4 MB存储窗的起始地址。如图4所示。
Base1：8 MB的非预取址映射。其访问起始地址固定，为0x01800000，该存储空间映射为DSP片内寄存器。如图5所示。
Base2：PCI 16 B I／O寄存器，上已介绍。
上电后PCI主机将遍历整个PCI总线，建立一棵PCI总线树，然后对每个PCI总线树上的结点(设备)进行上述3个基地址的分配。利用这3个基地址，PCI主机即可以访问PCI总线上的从设备的全部存储空间。
1．2．3 PCI中断
如果设置了PCIIEN对应的中断使能位，当对应的中断源产生，DSP将进入中断状态。所有的中断事件对应于一个CPU中断：DSPINT。可以通过PCIIS中断源寄存器来判断产生中断的中断源。
1．2．4 PCI引导
PCI接口支持从PCI总线引导DSP启动。当其他设备从复位状态唤醒后，CPU被复位。在此期间，PCI主机可以尽可能的通过PCI初始化DSP内存。当PCI主机完成所需要的初始化工作，则向I／O寄存器HDCR．DSPINT位写1，使DSP核退出复位。DSP则从地址0处开始运行。值得注意是的是，当C6416使用PCI引导方式时，需要通过硬件设置来配置DSP上电逻辑选择PCI引导模式。
2 利用PCI总线来更新系统软件的设计
2．1 应用程序的数据格式生成
通过DSP的开发平台CCS，可以把编写的应用程序编译、链接成．out文件。该文件包含了应用程序的各个段的数据，如text段，cinit段，const段，switch段等。这些段是CCS的编译器把所写的C语言编译成汇编语言，然后生成COFF目标文件，再链接实时动态库和静态库生成DSP核可执行的COFF文件，提供给C6416使用。但是该文件不可直接被FLASH识别，同时也不可被C语言所识别。
CCS提供了一个实用工具hex6x．exe来完成．out文件的转换。该工具可以把．out文件的COFF数据格式转换成16进制的ASCII码数据格式文件．hex。然后利用TI公司提供的hex2aray．exe工具，把生成的．hex文件转换成C语言能够识别的数据数组格式文件．h。
hex6x．exe工具的使用可以直接在Windows的cmd中调用命令。如下：
hex6x-a-o firm．hex filename．out
也可以创建一个命令文件来存放命令行操作和输入、输出文件命，以被hex6x．exe所调用。
filenamc．out
-a
-o firm．hex
生成的．hex文件都是以ASCII格式所保存。利用hex2aray．exe工具则可以完成ASCII码到16进制数据的转换。利用该工具生成的．h文件把所有数据段的数据顺次存放在一个数组中，这样则可以被C语言所访问。
本设计中在CCS生成．out的文件夹中，加入了上述两个工具，然后创建了一个命令文件c6416_test．cmd，来输入hex6x．exe．所需要的命令行；创建了一个批处理文件c6416_test．bat，来综合调用两个工具，代码如下：
hex6x c6416_test．cmd
hex2aray-i c6416_test．hex-o c6416_test．h
2．2 PCI上电直接加载应用程序到DSP存储空间
对于PCI总线上的从DSP设备，如果没有片内或片外FLASH，则PCI主机在上电时可以直接把从DSP设备的应用程序数据写到DSP的片内RAM或片外RAM，然后指定DSP PC指针运行的起始地址。而从DSP设备应用程序的数据应当存放在PCI主机的系统存储设备中(如片外FLASH，电子盘等)。
首先通过调试编译DSP的应用程序，完成所有功能需求，生成C6416可执行的．out文件；然后利用上述工具，生成．out文件所对应的．h文件，该文件中数组的内容，则是应用程序的二进制代码数据；接着通过硬件管脚电平控制，来使DSP处于PCI引导方式，并利用DSPPCI从写模式，在系统上电后，主机把．h中的数据传输到指定的C6416程序存储空间；最后向I／O寄存器HDCR．DSPINT位写1，使DSP核退出复位，C6416则从0地址开始运行。
上述流程中有一个关键问题，就是在进行PCI数据传输时，存放数据的地址如何确定。这些地址表示的是应用程序各个数据段、代码段在C6416中运行时所存放的位置，其由应用程序中的．cmd文件指明。在应用程序．out生成后，可以查看．map文件来清楚的获知各个段的存放地址。可以用．map文件来明确主机PCI数据发送的具体地址，手动输入各个段存放的起始地址。然而，此方法主要用于程序调试和测试，当应用程序发生变化，主机的PCI传输程序也需要变化；此外如果使用了DSP／BIOS，．out文件会包含很多的代码段、数据段，手动输入将是一个很繁琐的工作。hex6x．exe工具有一个命令-boot，利用该命令生成的数据包含了系统程序的入口地址c_int00和各个段的起始地址、段的长度。利用这些信息，可以很方便的使用程序把各个段的数据写入到指定的C6416存储空间中，避免了繁琐的手动输入操作。由于当DSP退出复位后，PC指针是从0地址开始运行，如果数据段和代码段是存放在片外RAM时，则需要在0地址存放一段指针跳转语句，使PC指针跳转到片
外RAM，继续运行。
2．3 利用PCI总线完成从DSP设备外围FLASH应用程序的更新
更多的嵌入式设备中，从DSP设备都接有外围的FLASH等ROM设备，用来存放DSP运行的应用程序。这样一方面可以减少PCI主机存储空间的压力，同时可以提高从机的启动速度。
2．3．1 C6416的FLASH启动方式
C6416的启动方式是由硬件逻辑来决定，通过EMIFB地址总线上的BEA[19：18]两个管脚的上拉、下拉来决定引导配置。[0，1]：主机引导(HPI或PCI)；[1，0]：EMIFB 8bit宽FLASH引导。
当选择FLASH启动时，C6416的引导逻辑决定了，从FLASH的0地址开始，将会拷贝1 KB的数据到C6416片内RAM的0～1KB位置，然后C6416的PC指针将从片内RAM的0地址开始运行。那么对于所要启动的应用程序的大小一般都是大于1 KB，因此可以利用二级引导来完成C6416的程序加载。所谓二级引导，是指在应用程序的工程中，写一段bootload程序，该程序主要完成EMIF接口的配置，和应用程序从FLASH向C6416存储器搬移的工作。程序应当利用．cmd文件，来为bootload代码分配存储空间，其空间地址范围应该是0～1 KB。同时烧写bootload到FLASH时，应当烧写到0～1 KB的空间范围内。当系统上电，FLASH中的0～1 KB数据自动搬移到C6416片内RAM 0～1 KB，然后PC指针从0开始运行，此时EMIFA和EMIFB将被配置，允许C6416可以访问片外RAM和片外FLASH；然后完成从FLASH到存储器(片内或片外RAM)的代码段、数据段数据搬移；最后设置PC指针跳转到应用程序的入口地址c_int00来初始化C语言环境，从而开始运行应用程序。Bootload程序应该用汇编来完成，因为它是在C语言环境初始化之前被执行，此时C6416是不识别C语言的语言符号的。 |
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