一种TI的C66X的快速启动方法

潘慕晗　刘云　武汉数字工程研究所第二研究室　430074



一种TI的C66X的快速启动方法

潘慕晗刘云武汉数字工程研究所第二研究室430074

【文章摘要】

随着DSP应用技术的发展，其架构和规模不断扩大，DSP系统的启动方式也逐步向多元化和自动化发展。本文介绍C66X启动的过程并分析NOR FLASH启动的原理。通过对二级引导中的交互程序进行研究，实现了DSP的快速启动以及具有较好交互性的操作界面。

【关键词】

C66X；NOR FLASH启动；bootloader；交互

【Abstarct】

As DSP develops to the 21st century, its architecture and scale has changed a lot. Boot Method is also progressing towards the development of diversified automation point of view. Introduce the process of C66X-boot, Analyze the advantage of NOR-FLASH-Boot. Design the user interface program in the 2ndbootloader.Readlize the flexible quick-boot, and a better interface environment.

【Keyword】

C66X; NOR-FLASH-Boot; bootloader; interactive

0　引言

自2010年TI公司推出keystone C66X系列的DSP之后，关于该系列DSP的启动方式也成为技术难点之一。C66X系列DSP板提供了多种方式启动：本地的或者远程的，基于ROM的或基于flash的。总结一下，共有以下7种：EMIF16启动、SRIO启动、以太网启动、PCI-e启动、I2C启动、SPI启动以及Hyper-Link启动。

对于本地启动，一般使用I2C模式启动，由于启动的代码存放在EEPROM上，读取速度慢，导致启动速度较慢，耗时2-3秒。同时I2C启动的代码大小也受到EEPROM的容量限制。相较之下，使用EMIF16模式启动，把启动代码放在NOR FLASH上，不仅启动速度快，而且可以增加代码的容量以及灵活性。本文主要介绍了C66X系列DSP基于NOR FLASH的加载原理，并设计了一种可以通过串口进行交互的二级引导程序。

1　NOR FLASH启动原理

因为NOR FLASH是按字节寻址的，所以可以在NOR FLASH上直接执行代码。因此我们将一段引导代码烧入到NOR FLASH的基地址，选择EMIF模式启动DSP时，该段代码会将其后的初始化代码搬移到指定位置。然后跳转到C语言环境初始化程序入口地址“_c_ int00”。将这段代码称为一级bootloader。这段代码的执行时间，会随着其后代码的大小变化，在400微秒左右。

初始化代码称为二级bootloader，依据环境参数对PLL、DDR、UART、网络等进行初始化。初始化过程约10ms（初始化成功）。二级bootloader支持对用户程序的多种方式的引导，可以进行单核引导、多核引导、网络加载引导、以及直接跳转。

图1　.bin文件格式

总结来说，一级bootloader负责将代码引导起来，二级bootloader负责将系统初始化。

2　一级bootloader的分析

一级bootloader是直接运行在NOR FLASH上的。即PC指针指向NOR FLASH的基地址时，一级bootloader就开始工作了。

一级bootloader的工作是解析并引导其后的二级bootloader，所以二级bootloader 在NOR FLASH上的存储格式就有一定的要求。该种文件一共分3部分，代码入口地址、代码段信息、结束标识。代码入口地址，即图1的“_c_int00”，即文件头部的4个字节。代码段信息包含段的大小、段的起始地址、段的内容。根据段的大小以及起始地址，我们可以将其后的段内容搬移到指定的位置，也就是实现引导过程。结束标志是在文件的尾部值为0的4字节整型。当一级bootloader识别到段大小为0时，就认为搬移工作已经结束，然后跳转到代码入口地址“_c_int00”。图1即为二级bootloader的存储格式。总的来说，一级bootloader工作就是把所有的段内容搬移到指定的地址空间，然后再跳转到“_c_ int00”。

因为二级bootloader的格式是固定的，所有生成一个该格式的文件是相当重要的一个步骤。使用CCS5.5编译生成的执行文件（后缀.out）是ELF格式的。我们需要通过一定的工具链将ELF文件转换为图1所示的文件格式。工具链如图2所示。首先，向hex6x.exe输入.out文件以及一个.rmd的配置文件;得到一个.hex的中间文件，再将其输入到b2ccs.exe，得到一个.dat的中间文件，再将其输入到ccs2bin.exe，得到我们需要的.bin文件。

《会稽志》王右军宅记：“旧经云：‘羲之别业有养鹅池、洗砚池、题扇桥存焉。’……既谓之别业，则疑宅不在是，或云嵊县金庭观，乃右军旧宅，尝舍读书楼为观，在县东南七十二里孝嘉乡。”[2]1951

图2　.bin文件工具链

3　二级bootloader的研究与实现

二级bootloader的首要工作是完成整个系统的初始化，包含PLL串口、I2C以及DDR等。初始化的参数是从环境变量中获取的，如果环境变量不存在，则使用默认参数。在完成系统的初始化后，会提示用户是否进入交互界面，不进入交互界面则继续启动用户程序。下面主要介绍交互程序的设计。

用户交互界面是通过串口构建的。启动后，系统打印一些DSP的参数，如DDR大小、主频、初始化信息等，再进入自动启动，等待数秒后按照设定的启动模式引导用户程序（在等待过程中，按下任意键可进入交互界面）。

交互功能主要由以下几个方面组成：

串口输入输出功能，输出使用与printf类似的sys_printf，实现变参打印。而输入则使用sys_read_line，每次读取一整行的输入，同时实现退格、插入删除、查找最近的输入等功能。主要是实现上下左右、退格以及ESC键的功能。

为实现查找最新输入的功能，需要一个环形储存池，用于保存前面使用过的指令。环形池使用链表实现，用于实现上下键查找最近的输入。环形池内单个节点，包含的信息有输入的信息cmd_t[]、输入信息长度size_t、使用标记used、上一个节点的地址、下一个节点的地址。

指令解析及指令库。如查看内存数据“dm 80000000 100”，首先在指令库内查找与dm对应的指令，然后进入“dm”的处理函数（查看某地址的数据），读取输入中的参数，地址参数0x80000000，大小参数0x10，然后进行输出0x80000000开始的0x10字节的数据，并打印每个字节对应的ASCII码，不能显示的字符以‘.’代替。

指令库是由一张指令名表及指令函数组成，指令名表的每个条目由3个项组成。指令名：用于指令解析时，查找相应条目，如“dm”;指令入口：查找到指令条目后，根据条目内的该项可以调用相应的指令函数;指令说明：用于打印指令表的帮助信息。

打印帮助信息：{"help", &cmd_help, "show the help table"}

添加指令，需要在指令名表里，加入相应条目，同时实现相应的指令函数即可。

功能函数封装，将底层驱动与功能函数隔离。使代码对于不同硬件平台具有较好适应性以及可移植性。

如对于不同的FLASH，只需要在FLASH表内添加相应的条目以及相应的底层驱动即可。

static FLASHTable f_table[2]=

{{0, &S29GL_write, &S29GL_erase, "S29GL"},

{-1, NULL, NULL, ""}};

脚本功能，在启动用户程序之前，执行一些特定的动作，以此达到不修改代码，而增加功能。脚本会被保存在环境变量中，每次启动都会根据环境变量中的设置来决定是否执行脚本，以及脚本中的内容。

环境变量，是二级bootloader中的重要组成部分。它控制了系统的整体初始化，功能的选择，用户程序的启动方式等。对于不同应用环境下，启动时的参数也是不同的。如对于不同的DDR3，我们需要在环境变量中设置不同的DDR初始化参数。

环境变量是可以在交互界面下修改的，修改后通过指令保存到设定的NOR FLASH的某片区域上。为了保证环境变量的可靠性，在环境变量的尾部加入一个CRC32的校验。每次读取环境变量时，把读取的环境变量计算CRC32的值与NOR FLASH上的校验值对比，以确认读取到的环境变量是有效的。

计时功能，是启动流程控制的一个重要组成部分，主要用于超时等待和刷新打印。使得bootloader的启动时间在一个可控的范围内。在主频比较高的DSP上，选择以1微秒为计数单位。超时等待的功能一般用在硬件初始化等待。刷新打印则是用在自启动中，提示用户剩余时间。

通过实现以上的几点，我们可以搭建一个简单的交互界面。当系统启动后，打印当前的版本为1.5.0以及系统相关参数。然后读取环境变量的内容（如果NOR FLASH上没有环境变量则用默认参数），再根据环境变量对系统初始化并提示用户是否进入交互界面。进入交互界面后，用户可以输入相应的指令来执行一些操作。如“?”，查看帮助信息;“dm 80000000 10”，查看内存信息;“ddr test”，测试内存单元;“flash”，固化用户程序等。图3展示了一次DSP启动，并进入交互界面的全部打印。

图3　DSP启动打印信息

4　结论

本文通过分析TI的C66X DSP的NOR FLASH的启动原理，研究设计了用户交互程序，实现DSP的快速启动以及多样的启动方式，使得用户可以通过可视化的界面来进行程序的固化以及引导。

【参考文献】

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