1 引言

隨著微控制器技術(shù)的發(fā)展，以TI公司TMS320C2000系列為代表的DCS型數(shù)字信號(hào)處理器DSP應(yīng)用廣泛。該類型DSP內(nèi)部集成Flash存儲(chǔ)器，可將二進(jìn)制代碼同化到其內(nèi)部的Flash存儲(chǔ)器直接運(yùn)行。這種運(yùn)行方式在傳統(tǒng)嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)中很有效，但在一些算法比較復(fù)雜、系統(tǒng)響應(yīng)要求快速、通訊任務(wù)比較繁重的嵌入式應(yīng)用中，這種運(yùn)行方式會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常、I／O操作緩慢等問(wèn)題。針對(duì)這些情況，提出一種新的解決方案，來(lái)提高DSP代碼運(yùn)行性能。

2 問(wèn)題分析及設(shè)計(jì)方案

由于應(yīng)用程序在Flash中運(yùn)行速度遠(yuǎn)低于在RAM中，因此在復(fù)雜嵌入式應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)控制系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常、I/O操作緩慢等問(wèn)題。為了避免這些問(wèn)題，只能讓程序在RAM中運(yùn)行。TI公司的TMS320C2000系列DSP有2種工作模式：微處理器模式和微控制器模式。當(dāng)DSP處于微控制器模式時(shí)，在RAM中程序運(yùn)行速度達(dá)到峰值，但掉電后程序丟失，系統(tǒng)無(wú)法重新自動(dòng)運(yùn)行，因此這種程序運(yùn)行方式僅適用于仿真調(diào)試階段。因此，DSP必須工作在微處理器模式下，使用片內(nèi)Flash作為運(yùn)行程序的存儲(chǔ)和運(yùn)行介質(zhì)，才能保證系統(tǒng)上電后自動(dòng)運(yùn)行。但其程序運(yùn)行效率低。因此必須把這2種工作模式相結(jié)合：首先將應(yīng)用程序固化到片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，當(dāng)系統(tǒng)上電后由專門設(shè)計(jì)的裝載器（Bootloader） 負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序南Flash搬移到RAM，然后Bootloader將DSP控制權(quán)交給應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)DSP運(yùn)行速度最高和上電后應(yīng)用程序自動(dòng)運(yùn)行，解決了因程序在不同介質(zhì)的不同效率所導(dǎo)致的系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常、I／O操作緩慢等問(wèn)題。

以TMS320LF2407 DSP為例進(jìn)行說(shuō)明：該DSP具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)總線，以及程序存儲(chǔ)空間和程序總線。只有程序空間的程序才能被DSP視為是可執(zhí)行程序，數(shù)據(jù)空間上的程序?qū)⒈籇SP視為操作數(shù)據(jù)，因此將應(yīng)用程序直接從片內(nèi)Flash拷貝到數(shù)據(jù)空間的RAM后應(yīng)用程序是不能運(yùn)行的。若使拷貝后的應(yīng)用程序能夠被 DSP視為可執(zhí)行程序還必須做一些輔助工作。

通過(guò)對(duì)TMS320LF2407的存儲(chǔ)映射結(jié)構(gòu)分析可發(fā)現(xiàn)：程序空間和數(shù)據(jù)空間的擴(kuò)展區(qū)域有部分地址可配置成相同存儲(chǔ)介質(zhì)（Flash或者RAM），通過(guò)某種辦法可以實(shí)現(xiàn)共享，也就是說(shuō)DSP可以將從Flash中拷貝到共享RAM的應(yīng)用程序視為可執(zhí)行代碼。

3 設(shè)計(jì)方案實(shí)施

3．1 TMS320LF2407存儲(chǔ)空間配置及CMD文件編寫

為實(shí)現(xiàn)程序空間與數(shù)據(jù)空間共享RAM的存儲(chǔ)器配置方案，首先要熟悉C語(yǔ)言7個(gè)存儲(chǔ)段對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的要求，其具體要求如表1所示。

從表1可以看出：“．bss”、“．sysmem”、“．stack”段的存儲(chǔ)介質(zhì)必須是RAM，且使用數(shù)據(jù)空間地址；而“．text”、“． swtich”、“．cinit”段的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是RAM或ROM，但必須使用程序空間地址?！埃畉ext”是用來(lái)存放應(yīng)用程序的可執(zhí)行代碼的專用段，它既可運(yùn)行在RAM中，也可在Flash中，該段的運(yùn)行介質(zhì)決定應(yīng)用程序是否能夠達(dá)到最大性能。根據(jù)DSP命令鏈接文件（CMD文件）對(duì)匯編段的管理方式可知，“．text”可配置成裝載與運(yùn)行分離的工作模式。這種模式可以使應(yīng)用程序存儲(chǔ)在Flash中，運(yùn)行在RAM中從而實(shí)現(xiàn)DSP上電后全速運(yùn)行。

其次由于存儲(chǔ)空間使用裝載與運(yùn)行分離的配置模式，因此必須重新設(shè)計(jì)鏈接文件（CMD文件）。在設(shè)計(jì)新的CMD文件之前，首先介紹常用的分離配置鏈接命令指示器：“．label”定義一個(gè)可重定位代碼段標(biāo)簽，該標(biāo)簽表明代碼段內(nèi)部地址都是相對(duì)的，在鏈接時(shí)重新定義該段分配的首地址。相應(yīng)的段地址為“首地址+ 段內(nèi)偏移地址”。利用該匯編指示器可提供代碼裝載地址?！埃甮lobal”匯編指示器定義全局符號(hào)，該符號(hào)表示全局地址，鏈接器利用該匯編指示器定義的運(yùn)行時(shí)全局地址，為程序提供在RAM中運(yùn)行時(shí)的人口地址?！埃眳R編指示器表示當(dāng)前代碼的運(yùn)行地址，它用來(lái)幫助計(jì)算運(yùn)行代碼的長(zhǎng)度。在CMD文件中定義可執(zhí)行代碼的運(yùn)行時(shí)首地址標(biāo)簽_fun_run和代碼長(zhǎng)度標(biāo)簽_fun_len；在存儲(chǔ)空間配置時(shí)定義COPYCODE段用來(lái)裝載應(yīng)用程序的可執(zhí)行代碼：在存儲(chǔ)空間配置時(shí)定義DATA0段做為應(yīng)用程序可執(zhí)行代碼段的運(yùn)行介質(zhì)。

具體存儲(chǔ)空間配置及CMD文件編寫代碼如下：

3．2 Bootloader裝載器軟件及硬件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)Bootloader裝載器時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：首先關(guān)閉看門狗，否則可能因?yàn)榘嵋茣r(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致DSP被不斷復(fù)位，系統(tǒng)無(wú)法正常工作；必須定義 Bootloader裝載器的入口標(biāo)簽_c_int0和出口標(biāo)簽wfc_int0，實(shí)現(xiàn)Bootloader裝載完成搬移工作后順利進(jìn)入用戶應(yīng)用程序。

考慮到DSP上電工作順序：從系統(tǒng)復(fù)位指令處跳轉(zhuǎn)至運(yùn)行時(shí)支持代碼；創(chuàng)建C語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境；用戶程序入口 main（）；完成用戶初始化及應(yīng)用代碼。因此負(fù)責(zé)從Flash將應(yīng)用程序代碼拷貝到RAM的Bootloader裝載器必須在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間工作，否則應(yīng)用程序不能上電自動(dòng)運(yùn)行。由DSP上電工作順序可以發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)的復(fù)位地址是，固定的但跳轉(zhuǎn)指令所指的地址是由用戶指定的，也就是說(shuō)，可以讓該復(fù)位跳轉(zhuǎn)指令指向所設(shè)計(jì)的Bootloader裝載器的首地址完成代碼搬移工作（其工作原理見圖1），然后Bootloader裝載器將DSP的控制權(quán)交給運(yùn)行支持庫(kù)，完成C語(yǔ)言環(huán)境建立并進(jìn)入用戶程序入口main（）開始用戶程序。為此必須對(duì)運(yùn)行支持庫(kù)做如下修改：

從運(yùn)行支持庫(kù)rts．rc源文件中提取boot．a(chǎn)sm．將boot．a(chǎn)sm的入口地址_c_int0修改為wfc_int0地址，重新編譯boot． asm生成boot．obj文件，把boot．obj歸檔到C語(yǔ)言運(yùn)行支持庫(kù)rts．2xx．1ib。將修改后的運(yùn)行支持庫(kù)添加到工程中，實(shí)現(xiàn)Boot- loader裝載器先于運(yùn)行支持庫(kù)代碼執(zhí)行。

Bootloader裝載器利用裝載地址、運(yùn)行地址以及鏈接器提供的代碼長(zhǎng)度等信息，使用讀表指令“TBLR”將代碼從程序空間拷貝到數(shù)據(jù)空間，然后跳轉(zhuǎn)到運(yùn)行支持庫(kù)入口地址開始執(zhí)行程序。DSP的這種搬移指令特點(diǎn)僅適合將數(shù)據(jù)表從程序空間拷貝到數(shù)據(jù)空間，要實(shí)現(xiàn)全部設(shè)計(jì)功能必須配合相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)，由 TMS320LF2407DSP的存儲(chǔ)器映射結(jié)構(gòu)可以看出程序空間與數(shù)據(jù)空間是物理分離的，即有3個(gè)獨(dú)立的空間片選信號(hào)PS、DS、CS。為實(shí)現(xiàn)RAM共享，首先必須將PS和DS信號(hào)進(jìn)行“與“操作，然后將其輸出信號(hào)作為共享RAM的片選信號(hào)，實(shí)現(xiàn)程序空間與數(shù)據(jù)空間的統(tǒng)一編址。根據(jù) TMS320LF2407DSP的存儲(chǔ)器映射結(jié)構(gòu)，具體的存儲(chǔ)空間配置如下：0x0000～0x7FFF片上RAM、外設(shè)寄存器和保留的地址區(qū)，該區(qū)域必須作為數(shù)據(jù)地址使用；利用圖2所示的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)0x8000～0xFFFF區(qū)域程序空間和數(shù)據(jù)空間共享RAM。共享RAM配置如下：數(shù)據(jù)區(qū) 0x8000～0xBFFF；程序區(qū)0xC000～0xFFFF。

這里的硬件結(jié)構(gòu)配合Bootloader裝載器和特別設(shè)計(jì)的CMD文件實(shí)現(xiàn)了DSP運(yùn)行速度最大和上電后代碼自動(dòng)運(yùn)行，解決了在復(fù)雜應(yīng)用情況下控制系統(tǒng)響應(yīng)遲緩、通訊異常等問(wèn)題。

具體Bootloader裝載器設(shè)計(jì)代碼如下：

4 測(cè)試結(jié)果

該方案在某型防空武器火力控制分系統(tǒng)的實(shí)踐中表現(xiàn)良好。通過(guò)提高DSP程序運(yùn)行效率成功解決了因控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)多任務(wù)所導(dǎo)致的通訊異常問(wèn)題，避免了不必要的硬件升級(jí)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：當(dāng)系統(tǒng)有5個(gè)毫秒級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)同時(shí)工作時(shí)，采用Flash運(yùn)行方式的 TTCAN通訊接口每毫秒最多可發(fā)送2幀數(shù)據(jù)，而采用本設(shè)計(jì)方案每毫秒最多可發(fā)送6幀數(shù)據(jù)，代碼運(yùn)行效率提高了3倍。

5 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)方案不僅成功解決了程序在Flash中運(yùn)行效率低所導(dǎo)致的各種異常問(wèn)題，同時(shí)還避免了不必要的處理器升級(jí)所帶來(lái)的成本和開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。其設(shè)計(jì)思想可以推廣到其他類似的應(yīng)用中，從而最大限度的利用現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)提高嵌入式系統(tǒng)的性能。