基于ＤＭ６４２自启动的ＦＬＡＳＨ烧写原理研究及实现

摘 要：便携性与实时性的要求使得嵌入式系统需要具备自启动功能，在DM642的平台上，阐述FLASH的工作原理以及其与DM642的硬件结构，研究DM642从外围FLASH自启动及多级引导程序开发原理，并结合自己的实际经验，针对使用CPLD和FPGA的不同系统，详细介绍其FLASH在线编程的步骤，实现大型应用程序的自启动加载DSP系统。

关键词：FLASH；DM642；自启动；引导加载

中图分类号：TP333.12文献标识码：B

文章编号：1004373X(2008)2200804

Implementation and Principle Study of FLASH Burning Based

on DM642 Self-startup System

LIU Fazhi,ZHANG Dong,YANG Yan,ZHU Xiaoding

(School of Physics Science and Technology,Wuhan University,Wuhan,430072,China)

Abstract：Requirement of portability and real-time ability,the embedded system needs a self-starting function.Based on DM642 platform,the principle of FLASH memory and the hardware structure are introduced,DM642 self-startup procedure from the FLASH memory is studied.According to the writer′s own actual experience,it is an innovation that the development process and implementation method of multi-level bootloader for the system are proposed in detail used either CPLD or FPGA.A DSP self-startup system with a large-scale applications is realized.

Keywords：FLASH;DM642;self-startup;boot load

TMS320DM642（DM642）是TI公司发布的专门面向多媒体应用处理器，其工作频率可达600 MHz，集成了视频端口、音频应用、以太网MAC等外设，可自启动的特点使得其在便携式和自动化系统中得到广泛应用。本文在DM642平台上，介绍FLASH烧写原理并给出一套DM642的自启动加载方案以及实际应用的一些经验。

1 FLASH工作原理

FLASH是一种可以在线进行电擦写,并在掉电后信息不丢失的非易失性存储器，具有在线电擦写、低功耗、大容量、擦写速度快等特点,适用于需要实时写入数据并且掉电保持的系统。

FLASH按其内部结构的不同可以分为NOR FLASH,NAND FLASH,OR FLASH及AND FLASH等，常用的是NOR FLASH和NAND FLASH，前者就是常说的闪存，而后者就是U盘和一些移动存储设备的存储介质。NOR FLASH使用字写于的方式，而NAND FLASH只支持为页的操作，同时NAND FLASH的数据线与地址线是复用的，虽然两者的结构不同，但操作相似。本文采用的是AMD公司的NOR FLASH 芯片Am29LV033C，其容量是32 Mb(4 Mb×8),最快读取速度70 ns,64个64 b的扇区,0.32 μm工艺技术,数据可保持20年不丢失。对于FLASH，读操作比较简单，只要从指定的地址读出对应的数据即可，而写操作和擦除操作必须通过往指定地址写指定命令的方法来实现，且每次写操作时首先要擦除要写入区内容。其操作命令控制如表1所示：

2 DM642与FLASH的硬件连接

DM642有1个64位的EMIF接口，引脚上包括数据总线ED［63：0］，地址总线EA［22:3］,时钟信号线，其可使能4个不同的空间(CEn,n=1-4)，因此可将CE1空间配置成8位异步模式，作为FLASH的映射空间。然而EMIF口只有20根地址线，寻址空间只有1 Mb(220),小于FLASH的4 Mb(222)的地址空间,必须采用分页的方式来访问，这里利用CPLD（或者FPGA）来控制FLASH的高3位地址线进行分页，每页512 kb，分为8页，一旦写入FLASH的程序大于512 kb,通过控制页寄存器进行分页。硬件连接图如图1所示：

3 DM642自启动原理

DM642启动方式是通过上电时采样引脚AEA［22，21］的电平来设置的。可以选择NO BOOT（AEA［20,19］均为低电平）和从外部存储器自启动(AEA［20,19］均为高电平)以及HPI/PCI启动。如果选择从外部存储器FLASH启动，则在系统结束复位状态后，DM642将FLASH空间（CE1空间，起始地址90000000H）的前1 kB复制到片内0地址开始的存储单元中，并从0地址开始执行。用户的应用程序往往大于1 kB，所以位于0地址的1 kB程序经常是一个装载程序（又叫二级BootLoader），它用来完成将应用程序从FLASH中读出放到RAM存储器中，当装载完成后，指向程序的入口地址c_int00()处并开始执行应用程序，这个过程也被叫作二次加载。

二级BootLoader主要完成3个功能：

（1）初始化EMIF口，配置其寄存器；

（2）然后从FLASH的前半页的1 kB以后开始把程序的各个段和数据拷贝到指定的存储器物理地址中；

（3） 跳到C程序的人口点处c_int00()。由于Bootloader在FLASH中的位置是0x90000000~0x90000400，而Bootloader又是放在用户程序中的。因此，为了在用户成程序的.cmd文件中把Bootloader定位在程序段的起始位置。

图2显示了使用使用二级Bootloader的应用程序加载过程。

4 自启动加载实现过程

利用DM642的在线编程能力，实现DM642的自启动加载实现过程，大致分为一下几个步骤：

4.1 应用程序建立

TI代码产生工具产生的目标文件是一种模块化的文件格式COFF格式。程序中的代码和数据在COFF文件中是以段的形式组织。COFF文件是由文件头、段头、符号表以及段数据等数据结构组成；编译器会将我们的应用程序转换为COFF格式.out文件，编译器是怎样知道应用的程序段放在哪个存储空间，这个工作是通过一个连接命令文件（.cmd）完成。这个文件里面就包含DSP和目标板的存储器空间的定义以及代码段、数据段是如何分配到这些存储器空间的。

编写连接命令文件可以利用DSP/BIOS提供的MEM（Memory Section Manager）模块。其非常方便用户管理和安排各数据程序段，而且其模板已经定义了一系列的常用存储段（用户可以通过窗口对话框修改段属性），如果用户要添加新的段，则需要修改用户的连接命令文件。具体操作如下：创建BOOT 内存区，在System→MEM-Memory Section Manager，创建BOOT 段，起始地址为0，长度为0x400(1 kB)，而且需要把内存段后移，从0x400开始，并把长度减去0x400。否则段重叠将导致之前写入的数据被覆盖。

创建连接命令文件，取代原有的BIOS自动产生的cmd 文件(videocfg.cmd）。在新建的cmd 文件中，包含原有的cmd 文件，并把添加.boot_load 段代码映像到BOOT 内存区。内容如下:

-l videocfg.cmd

SECTIONS

{.BOOT>ISRAM}

这样就成功创建了BOOT段并把其映射在ISRAM的前1 kb之中。也就是说在DM642自启动上电以后，DM642会自动将FLASH中0x9000000~0x90000400复制到ISRAM的0x0~0x400段。

4.2 编写二级加载程序

二级加载程序写在一个汇编程序BOOT.asm（也就是BOOT段所存放的数据），并需添加到应用程序之中。对于boot.asm中内容中关于初始化化EMIF口以及调转程序入口部分以省略，这里只给出关于拷贝应用程序代码,如下：

COPY_TABLE .equ0x90000400

.sect ".boot_load"

.global _boot

_boot:

mvkl COPY_TABLE,a3;拷贝表指针

mvkh COPY_TABLE,a3

ldw*a3++,b1;入口地址

copy_section_top:

ldw*a3++,b0;地址增1

ldw*a3++,a4;ram 起始地址

nop3

［!b0］ b copy_done;是否拷贝完

nop5

copy_loop:

ldb*a3++,b5

subb0,1,b0;减数计数r

［ b0］ b copy_loop;跳转

［!b0］ b copy_section_top

zero a1

［!b0］ and3,a3,a1

stbb5,*a4++

［!b0］ and-4,a3,a5

［ a1］ add4,a5,a3

4.3 转换成二进制文件

编译器生成的COFF格式.out文件不能直接烧写，现行的在系统编程的方法一般都是先把待加载程序（用户程序）的.out文件（COFF格式）转成HEX格式，然后去掉HEX格式文件的文件头，再通过烧写程序写到FLASH里去。这里利用TI提供的hex6x二进制文件转换工具，其可将out文件转换为ASCII二进制文件。不过需要用户正确设置hex6x的命令行文件，编写完下列文件后双击out2hex.bat即可生成所要转换的文件.hex

hex6x的命令行文件，用来设置转换的一些参数，内容如下：

user′s_programe.out

-a // Select ASCII hex file format for output

-memwidth 8// Generate output for an 8-bit wide FLASH device

-boot//为所有的段创建一个boot表

-map h263loopback.map //Generate .map file

ROMS

{FLASH: org = 0x90000000,len = 0x80000,rowidth = 8,files ={ user′s_programe.hex}

}

//ROM下大括号中定义的文件长度，0x80000为每页512 kB

需注意的是在各文件中文件名必须一致，否则将提示找不到该文件。

4.4 FLASH烧写过程

正如上文所述，FLASH写操作和读擦除操作必须通过往指定地址写指定命令的方法来实现，用户可以自己编写程序来完成，也使用TI提供的FLASHburn工具来烧写，通过执行FBTC.out的内容来完成FLASH的读写和擦除。因为FLASH写入时只有数据为0时才进行写入，数据为1时则什么也不做，所以每次烧写之前都需要将FLASH擦除干净。

对于使用CPLD与FPGA烧写程序略微有些不同，其原因在于FPGA是掉电数据就丢失了，因此每次都需要烧写FPGA的配置osd_fpa_rev4_ahex.hex（放在第0页的后半页），而且在应用程序中还需添加EVMDM642_fpgaLoad(0x90040000)语句，自启动过程中完成往FPGA写配置的过程，这样FPGA才能够工作。而CPLD掉电数据仍在，故不需要这样做。

小程序烧写（所谓小程序是指在第0页就能存放下的程序，对于使用FPGA的系统因其第0页后半页已被使用，故其只能放下256 kb的小程序,而对于CPLD，存放小程序为1页大小512 kb）与大程序烧写也略微有些区别，小程序不用分页，直接利用FLASHburn工具来烧写，需注意的是在FLASHburn工具在Downloading 栏中，File to burn 项填入要烧写的用户程序的.hex 文件，logical Addr 填入0x0。FLASH Physical项填入0x90000000，Bytes 项填入0x400000。大程序则需要利用CPLD/FPGA分页，具体实现方法是利用1个变量不断的计数，每拷贝1个数据（8 b）计数值加1，并将计数值与0xffff（64 k×8 b=512 kb），一但大于则通知分页寄存器加1，开始往下一页来拷贝程序。这里在CPLD/FPGA中设置地址为0x9008001A的寄存器，对应与FLASH的高3位地址线，往这一页写入的值（0~7）就代表了第几页，需要修改FBTC642.pjt的FLASH的基地址为0x9008001A。

下面介绍如何实现将应用程序能放在FLASH的任意页，而不用从第0页开始，特别是使用FPGA的大程序烧写，就必须这样做，因为如果从第0烧写大程序将覆盖FPGA的配置程序。在FLASH的前1 kB中存放原来的boot段用来拷贝存放在FLASH的9000000400以后的程序，而放在9000000400以后的程序就是snd_bootload，它是用来拷贝放在FLASH第二页0x90010000以后的程序。所以对于FPGA的大程序，需要烧写3个HEX文件并要求遵循一定顺序。首先应用程序FPGA的配置程序在第0页后半页；然后下载运行fpga.out确保FPGA工作；然后烧写应用程序，修改FLASHburn工具在Downloading 栏中logical Addr 填入0x100000（第二页）；最后烧写snd_bootload程序。对于CPLD则只需后面2步，这样就成功完成大程序的烧写。

5 结 语

文章结合自己实际开发经验，给出对于FLSAH烧写的原理和一些方法与经验的总结，对于FPGA+DM642是用的TI的EVM评估板，而CPLD+DM642则是使用的是自己的开发板，通过烧写FLASH，成功完成视频图像处理的应用程序自启动运行。

参 考 文 献

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作者简介 刘发志 男，1984年出生，湖北武汉人，硕士研究生。研究方向为信息处理与微系统。

张 东 男，1963年出生，广东梅县人，副教授。研究方向为信息处理与微系统，通信，数据库技术。

杨 艳 女，副教授。研究方向为图像分析与处理。

朱晓鼎 男，1984年出生，湖北广水人，硕士研究生。研究方向为信息处理与微系统。