賈振月，馬志剛，楊釧釧

(西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，陜西西安 710071)

隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，其功能越來越強，類型也越來越多。由于DSP內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點，其算法程序一般都存儲在外部的非易失性存儲器中，在系統(tǒng)上電后，要將算法程序從外部存儲器加載到DSP中，再進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)算法處理，這就需要動態(tài)地加載DSP運行程序。加載就是將存儲在外部設(shè)備中的應(yīng)用程序代碼或數(shù)據(jù)加載到處理器內(nèi)部的過程。為了充分利用DSP數(shù)據(jù)處理速度快的優(yōu)點，通常希望程序能在DSP中高速運行，這就需要運用DSP的引導(dǎo)功能實現(xiàn)對DSP的快速引導(dǎo)。當(dāng)電路板尺寸有限時，采用傳統(tǒng)的并行EEPROM引導(dǎo)就比較困難。文中提出一種基于SPI Flash的引導(dǎo)方法，以ADSP－BF533為例，它是一款支持SPI接口引導(dǎo)功能的DSP，M25P16是一款串行的Flash，體積小、容量大、操作方便，用它做DSP的外部Flash ROM來實現(xiàn)BF533處理器的程序加載。

1 硬件設(shè)計

1.1 主處理器ADSP－BF533

ADSP－BF533(簡稱BF533)處理器是一款主頻高達600 MHz的高性能的Blackfin系列處理器，其結(jié)構(gòu)采用數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)有更快的指令執(zhí)行速度，同時具備簡潔的RISC指令集結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部指令處理采用流水線技術(shù)，并集成有乘累加單元(MAC)和算術(shù)邏輯單元(ALU)［1］。

BF533集成了豐富的外設(shè)接口，其中包括并行外設(shè)接口(PPI)、串口(SPORT)、串行外設(shè)接口(SPI)等。在該系統(tǒng)中使用SPI接口與M25P16連接實現(xiàn)程序的加載，并用可編程標(biāo)志(PF)的PF2口作為M25P16的片選信號。

1.2 M25P16芯片介紹

M25P16是一款帶有先進寫保護機制和高速SPI總線訪問的2 MB串行Flash存儲器，該存儲器主要特點:2 MB的存儲空間，分32個扇區(qū)，每個扇區(qū)256頁，每頁256 Byte;寫入1頁數(shù)據(jù)所需時間為1.4 ms(典型值);能單塊擦除和整塊擦除，SPI總線和50 MHz數(shù)據(jù)傳輸時鐘頻率。該芯片有一個狀態(tài)寄存器，通過對其編程可實現(xiàn)芯片存儲空間的保護以及芯片的寫使能等操作。該狀態(tài)寄存器中具有BUSY狀態(tài)位，通過該狀態(tài)位可查詢芯片的當(dāng)前狀態(tài)，并進行相應(yīng)的讀、寫、擦除等命令［2］。M25P16的讀操作時序如圖1所示。

圖1 M25P16的讀寫時序

M25P16寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)需寫使能(WREN)和寫入(PP)指令。采用這兩個指令實現(xiàn)單頁編程。對于某個單字節(jié)空間的操作，在使用PP指令之前需要對其擦除(FFh)。擦除操作可通過單塊擦除指令(SE)和整塊擦除(BE)來完成。擦除之前需要先執(zhí)行WREN指令。當(dāng)片選S信號為低電平，則選中該器件，此時處于有效電源模式;當(dāng)片選S信號為高電平，器件未被選中，但能在所有內(nèi)部指令周期完成前保持有效電源模式。指令周期完成則進入備用電源模式。通過特殊指令來讀取或設(shè)置狀態(tài)寄存器內(nèi)的狀態(tài)位和控制位，實現(xiàn)相應(yīng)操作。

1.3 M25P16芯片與DSP的硬件連接

Flash M25P16芯片具有與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口兼容的外部引腳，文中使用的BF533也具有同樣的SPI接口，因此，只需將兩個芯片的SPI引腳對應(yīng)連接即可，這就大幅節(jié)省了DSP芯片的外部接口資源。圖2給出了BF533與M25P16的連接關(guān)系。

圖2 BF533與M25P16的SPI連接

SPI通信有主機和從機兩種工作模式，在該系統(tǒng)中DSP芯片工作在主模式，F(xiàn)lash芯片工作在從模式，相應(yīng)地 M25P16的 MISO、MOSI分別對應(yīng) BF533的MOSI和MISO引腳。建立好DSP和Flash的連接關(guān)系后，還需要注意DSP加載模式的硬件設(shè)置。BF533有兩個模式選擇引腳 BMODE［1］和 BMODE［0］，通過設(shè)置這兩個信號就可以選擇DSP的不同的加載模式，如表1所示。在本例中，設(shè)置 BMODE［1］和 BMODE［0］均為高電平，此時DSP的加載模式為SPI主模式加載。

表1 BF533引導(dǎo)模式選擇

2 軟件設(shè)計

2.1 加載引導(dǎo)程序

從SPI Flash中加載程序，必須要把文件編譯鏈接得到的.ldr文件寫入到 Flash存儲器中，然后對M25P16進行擦除，寫數(shù)據(jù)等操作，注意在擦除M25P16之后，寫使能被自動禁止，因此，在繼續(xù)寫數(shù)據(jù)之前，必須重新設(shè)置存儲器的狀態(tài)寄存器。

DSP上電或復(fù)位后，處理器就會在BOOT ROM中執(zhí)行自舉引導(dǎo)程序，本文設(shè)置的是SPI主機模式引導(dǎo)，程序轉(zhuǎn)入到SPI引導(dǎo)程序的入口，通過SPI口向Flash發(fā)送讀命令，讀取標(biāo)志位，然后引導(dǎo)數(shù)據(jù)塊的傳遞，完成整個 SPI引導(dǎo)過程。當(dāng)程序指針跳轉(zhuǎn)到0xFFA00000就可以執(zhí)行引導(dǎo)進來的用戶程序了。引導(dǎo)過程的流程圖如圖3所示。

圖3 BF533 SPI引導(dǎo)流程圖

在整個引導(dǎo)過程中，M25P16作為從機，ADSPBF533作為主機。從M25P16的讀寫時序圖可以看出，當(dāng)BF533上電或者復(fù)位后，M25P16的片選信號從高電平變?yōu)榈碗娖?，選通該芯片。BF533通過給SPI口的發(fā)送緩沖寄存器SPI_TDBR發(fā)送READ指令來激活傳輸，從M25P16的指令時序圖和SI引腳時序可以看出，之后發(fā)送的是16 bit的地址，以確定從M25P16的那個地址開始讀數(shù)據(jù)。這時，M25P16將從起始地址未開始的存儲空間讀數(shù)據(jù)到SO口上，經(jīng)過BF533的MISO引腳傳輸?shù)浇邮站彌_寄存器SPI_RDBR中，當(dāng)接收緩沖器滿時，DMA將自動地從其中讀取數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的傳輸和引導(dǎo)。

2.2 軟件加載設(shè)置

要順利實現(xiàn)程序加載還要在Visual DSP++環(huán)境里對程序進行相應(yīng)的設(shè)置，將文件類型改為Loader file，同時在Load選項里將加載模式選擇為SPI Flash，文件格式選擇Hex格式，數(shù)據(jù)寬度選擇8 bit，另外還要在工程選項的Load選項中的Initialization里添加一個系統(tǒng)的初始化程序［3］，具體程序的編寫參考BF533的硬件手冊。設(shè)置完成后經(jīng)過編譯就會生成加載需要的ldr文件。圖4給出了程序加載的流程圖。

圖4 BF533程序加載流程

3 加載驗證

當(dāng)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計完成后，就要利用已經(jīng)設(shè)計好的硬件平臺將相應(yīng)的軟件加載程序進行正確的設(shè)置，然后，下載到Flash中，再利用引導(dǎo)程序往BF533中加載，這樣DSP每次上電復(fù)位或手動復(fù)位后，程序就會自動加載進來，實現(xiàn)程序的自啟動［4－5］。

具體的實現(xiàn)過程為:首先在Visual DSP++里打開Programmer，先將引導(dǎo)程序下載到Flash中，如圖5所示，點擊Load Driver加載引導(dǎo)程序，如果成功的話就會返回正確的設(shè)備信息，即制造商0x20，設(shè)備0x15等，右面的信息欄中也會出現(xiàn)加載成功的信息。另外，右面區(qū)域會顯示M25P16的所有存儲區(qū)，每段存儲區(qū)都是未知狀態(tài)，在加載程序之前首先要對M25P16進行擦除操作。

圖5 BF533加載引導(dǎo)程序

加載引導(dǎo)程序成功后即開始加載用戶程序，點擊Programming，就會出現(xiàn)加載用戶程序的界面，如圖6所示，選擇擦除方式，一般選擇Erase affected，因為一般的程序很小，占用的空間較小，不必將Flash全部擦除，接著選擇文件的格式為Hex即可。然后將編譯生成的ldr文件添加進來，即可進行加載。右面對應(yīng)的是Flash存儲塊占用情況和程序加載的信息，如果成功就會顯示Success，出錯時話也會出現(xiàn)相應(yīng)的錯誤信息。

另外需要注意幾個問題:一是在對M25P16編程時，需要注意一次寫入的數(shù)據(jù)量大小，這是由存儲區(qū)每塊的容量決定的，當(dāng)一次寫入的數(shù)據(jù)量超過該容量時就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)覆蓋，從而導(dǎo)致系統(tǒng)錯誤。二是在對Flash芯片進行擦除或者寫入操作時，在操作完成后必須讀取該芯片的狀態(tài)寄存器，根據(jù)狀態(tài)寄存器中某些狀態(tài)位判斷操作是否完成。

圖6 BF533加載用用戶程序

加載完成后，將軟件關(guān)閉重啟系統(tǒng)，或者手動復(fù)位DSP，即可觀察到程序所預(yù)期的結(jié)果，這說明加載成功，每次上電或復(fù)位時用戶程序可以被自動執(zhí)行，實現(xiàn)由外部SPI Flash的準(zhǔn)確加載。

4 結(jié)束語

介紹了一種基于SPI Flash的BF53x系列DSP的程序加載方法，即以BF533為例用M25P16實現(xiàn)對它的SPI串行加載，該方法具有靈活性高，節(jié)約板級資源的優(yōu)點，具有較強的實用性。

［1］Analog Devices Inc.Blackfin@embedded processor ADSP －BF533［M］.USA:Analog Devices Inc，2006.

［2］ST Microelectronics.M25P16_www.ic37.com［M］.USA:STMicro－electronics group of compa－nies，2004.

［3］Analog Devices Inc.Running programs from Flash on ADSP－BF533 blackfin processors［M］.USA:Analog Devices Inc，2006.

［4］廖柏林，王星勝，林坤，等.基于DSP正弦信號發(fā)生器設(shè)計［J］.電子科技，2011，24(2):21 －23，29.

［5］吳進.一種基于總線令牌的多DSP并行信號處理系統(tǒng)［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報，2009(1):125 －127，141.