張 華

(武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430070)

Texas Instruments(TI)公司生產(chǎn)的 C54x系列Digital Signal Processor(DSP)以其低價(jià)且高效的特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的DSP程序開(kāi)發(fā)流程是:使用仿真器對(duì)DSP目標(biāo)板進(jìn)行一對(duì)一程序調(diào)試，調(diào)試通過(guò)之后使用仿真器將自舉表下載到DSP外掛存儲(chǔ)器，使DSP脫機(jī)運(yùn)行。在DSP多處理器協(xié)同工作的場(chǎng)合，如果使每塊DSP目標(biāo)板分別通過(guò)一個(gè)仿真器連接電腦進(jìn)行調(diào)試，就要添置與DSP目標(biāo)板相同數(shù)目的電腦與仿真器，增加了開(kāi)發(fā)成本。因此，低成本的DSP多目標(biāo)板程序下載方案具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 C54x系列DSP多目標(biāo)板程序下載原理

多目標(biāo)板程序下載方案利用了計(jì)算機(jī)資源豐富的USB口，在基于USB接口的單目標(biāo)板程序下載方案基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。DSP多目標(biāo)板程序下載方案如圖1所示。

圖1 DSP多目標(biāo)板程序下載方案框圖

在圖1中，將需要同時(shí)調(diào)試的多塊DSP目標(biāo)板通過(guò)DSP程序下載器連接起來(lái)，計(jì)算機(jī)再通過(guò)USB線連接各DSP程序下載器。加電初始化后，通過(guò)操作上位機(jī)的“下載軟件”，先給”DSP目標(biāo)板1”下載;等其下載完畢，再給“DSP目標(biāo)板2”下載;依次類推。所有DSP目標(biāo)板程序下載完畢后，如果要單獨(dú)調(diào)試某一DSP目標(biāo)板，再對(duì)其下載新的程序即可。

DSP程序下載器利用了C54x系列DSP具有的HPI Bootloaer功能接口進(jìn)行設(shè)計(jì)［1］，具有連接計(jì)算機(jī)與DSP目標(biāo)板的功能，如圖2所示。

圖2 DSP程序下載器框圖

為簡(jiǎn)化通信協(xié)議，讓DSP程序下載器中的單片機(jī)只實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，而計(jì)算機(jī)完成DSP自舉表加載功能。為方便DSP目標(biāo)板的調(diào)試，本方案讓“下載軟件”一步到位完成如下功能:目標(biāo)板復(fù)位、.out文件轉(zhuǎn)化成.hex目標(biāo)格式文件、將.hex目標(biāo)格式文件轉(zhuǎn)換成DSP自舉表、通過(guò)下載器對(duì)DSP目標(biāo)板進(jìn)行自舉表加載。使用者只需在DSP編譯平臺(tái)Code Composer Studio(CCS)中編譯DSP源程序，并操作“下載軟件”即可，如圖3所示。

圖3 DSP單目標(biāo)板程序下載流程

2 計(jì)算機(jī)與單片機(jī)UART通信協(xié)議

如圖2所示，DSP的HPI接口有數(shù)據(jù)端和控制端兩種，而UART通信一般是8位的。所以要約定計(jì)算機(jī)與程序下載器中單片機(jī)的UART通信協(xié)議，以區(qū)分傳輸中的UART信號(hào)是控制命令還是數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)單通信協(xié)議為:“下載軟件”與單片機(jī)初始化后，計(jì)算機(jī)傳輸?shù)腢ART信號(hào)，每3 Byte為一組;每一組第1 Byte代表控制命令，第2 Byte代表 HPI第1 Byte，第3 Byte代表HPI第2 Byte;單片機(jī)接收完3 Byte后，即對(duì)DSP進(jìn)行一次HPI讀寫操作。

為防止計(jì)算機(jī)UART信號(hào)發(fā)送過(guò)快，而單片機(jī)接收不過(guò)來(lái)導(dǎo)致丟包現(xiàn)象，需要建立一種簡(jiǎn)單的UART軟件握手協(xié)議［2］。計(jì)算機(jī)或單片機(jī)在發(fā)送完一幀UART數(shù)據(jù)后，都要在收到對(duì)方的UART信號(hào)后才發(fā)下一幀UART數(shù)據(jù)。對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的UART信號(hào)既是有效信號(hào)，也是確認(rèn)信號(hào);而對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，只有計(jì)算機(jī)在進(jìn)行“HPI讀取”操作時(shí)，單片機(jī)發(fā)來(lái)的UART信號(hào)才包含了有用信息，其他情況都僅當(dāng)做確認(rèn)信號(hào)。

計(jì)算機(jī)與程序下載器中單片機(jī)的UART通信協(xié)議如圖4所示。

圖4中“HPIC”代表計(jì)算機(jī)發(fā)給單片機(jī)的“HPI控制信號(hào)”數(shù)據(jù);“HPID1”與“HPID2”分別代表計(jì)算機(jī)發(fā)給單片機(jī)的“HPI第一字節(jié)”數(shù)據(jù)與“HPI第二字節(jié)”數(shù)據(jù);而“ACK”代表單片機(jī)發(fā)給計(jì)算機(jī)的“確認(rèn)”數(shù)據(jù)。

圖4 計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的UART通信協(xié)議

3 “下載軟件”程序設(shè)計(jì)

3.1 轉(zhuǎn)化hex目標(biāo)格式文件

CCS提供了一個(gè)名為“hex500”的軟件，配合一定的計(jì)算機(jī)CMD命令，就可以將.out文件轉(zhuǎn)化成.hex目標(biāo)格式文件［3］。

關(guān)于.hex目標(biāo)格式的確定，依據(jù)如下:

(1)hex500需要確切的輸入文件名才能正常運(yùn)行，為了兼顧命名多樣化的.out文件與“下載軟件”人機(jī)界面簡(jiǎn)潔的操作，“下載軟件”在找到所需的.out文件后，統(tǒng)一復(fù)制成“asm.out”文件，同時(shí)讓hex500只對(duì)“asm.out”文件進(jìn)行操作。

(2)單片機(jī)大多是8位，為兼容C5402等8位HPI接口的DSP，自舉表采用8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

(3)目前單片機(jī)對(duì)DSP進(jìn)行HPI BootLoader的成熟方案［4］皆生成 Intel MCS －86 目標(biāo)格式文件［5］，為便于程序的快速移植，采用Intel MCS－86目標(biāo)格式。

(4)為精簡(jiǎn)“下載軟件”的人機(jī)交互界面，自舉表起始地址統(tǒng)一設(shè)為0x80，這一點(diǎn)在配置DSP工程的cmd文件中需要注意。

確定了目標(biāo)格式之后，在“下載軟件”源程序中，采用如下代碼完成.out文件向.hex目標(biāo)格式文件的轉(zhuǎn)化:system("hex500 asm.out－i－o asm.hex－e 0x80－romwidth 16")。

3.2 讀取hex目標(biāo)格式文件并下載到DSP

Intel MCS－86目標(biāo)格式［6］如圖5所示。

對(duì)比圖5，進(jìn)行如下方式組織DSP自舉表:

(1)按字節(jié)讀取.hex目標(biāo)格式文件，然后進(jìn)行判斷，如果是代表十六進(jìn)制數(shù)字的字符，則裝載進(jìn)字符緩存，其他的不裝載。

(2)將字符緩存中的ASCII碼轉(zhuǎn)化成8位BCD碼，然后將8位BCD碼兩兩組合成整型數(shù)據(jù)，放進(jìn)數(shù)據(jù)緩存。

(3)讀取數(shù)據(jù)緩存中第一字并判斷，如果為0則退出，否則作為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;接下來(lái)的第二個(gè)字是自舉表寫入DSP的首地址;再接下來(lái)就是要寫入DSP相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)，省略了地址信息，默認(rèn)是在首地址基礎(chǔ)上依次加1。

(4)最后將 0x0080寫入 DSP的 0x007f單元，DSP處理器收到此信號(hào)即開(kāi)始脫機(jī)運(yùn)行。

圖5 Intel MCS－86目標(biāo)格式

4 “下載軟件”人機(jī)界面

運(yùn)行名為“UART DSP ISP”的“下載軟件”，在“Comm Num”編輯框中輸入相應(yīng)的串口號(hào)，再點(diǎn)擊“Comm Connect”按鈕以連接計(jì)算機(jī)與DSP目標(biāo)板，如圖6所示。單擊“Select”按鍵，出現(xiàn)“打開(kāi)”對(duì)話框，操作者只要選擇經(jīng)過(guò)CCS編譯生成的.out文件即可，如圖7所示。

點(diǎn)擊“Load”下載程序到DSP目標(biāo)板。此DSP程序下載器會(huì)在下載程序前給DSP目標(biāo)板一個(gè)復(fù)位信號(hào)，因此不需要再手動(dòng)復(fù)位DSP處理器。

若要觀察DSP處理器RAM中的數(shù)據(jù)，可在操作界面“Start Address”文字下面的編輯框內(nèi)輸入十六進(jìn)制的起始地址，“End Address”文字下面的編輯框內(nèi)輸入十六進(jìn)制的終止地址，再點(diǎn)擊“HPI Read”按鍵即可，相應(yīng)的數(shù)據(jù)將會(huì)在“Receive”列表框內(nèi)顯示。若要清除“Receive”列表框內(nèi)的數(shù)據(jù)，只要單擊“Clear Edit Box”即可，如圖8所示。

在“Start Address”文字下面的編輯框內(nèi)輸入十六進(jìn)制的起始地址，在“Send”編輯框中輸入十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“HPI write”按鍵，即可將“Send”編輯框中的數(shù)據(jù)寫進(jìn)DSP，起始地址為“Start Address”文字下面編輯框中的數(shù)據(jù)，如圖9所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

DSP多目標(biāo)板程序下載方案已應(yīng)用于某數(shù)碼鋼琴集體課組網(wǎng)的項(xiàng)目，節(jié)省了仿真器與電腦的使用，將開(kāi)發(fā)成本降低了一半多。此方案也可以用于DSP單目標(biāo)板程序下載，或者移植到采用單片機(jī)Bootloader方案的DSP板中去，為DSP初學(xué)者降低學(xué)習(xí)投資。

［1］ 劉曉杰，顧海軍，趙曉暉.基于 DSP主機(jī)接口的程序自舉設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版，2007(1):6－11.

［2］ 趙忠彪，張?jiān)簦邩s.握手式通信協(xié)議在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.繼電器，2008(4):76－78.

［3］ 陶銳，周學(xué)軍.數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)自舉加載技術(shù)的應(yīng)用［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2006(6):67－69.

［4］ 曾浩，劉玲，曹海林.54xDSP的HPI自舉新方法［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007(1):68－70.

［5］ 鄒翼，曾文海，陳續(xù)喜.基于TMS320VC5402 DSP的HPI方式自舉的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2009，18(3):152－155.

［6］ 劉益成.TMS320C54x DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.