多片TS101S的加載引導(dǎo)設(shè)計分析及實現(xiàn)

0 引言

ADSP-TS101S數(shù)字信號處理器是美國ADI公司推出的TIgerSHARC系列中的一款具有極高性能的靜態(tài)超標(biāo)量處理器。該處理器已專為大信號處理任務(wù)和通信應(yīng)用進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，因而具有非常寬的存儲器帶寬和雙運算模塊f支持32 bit浮點和8、16、32、64 bit定點處理)，其芯片內(nèi)部的時鐘頻率最快可以達(dá)到300 MHz。而其靜態(tài)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)則使ADSP-TS101S每周期能夠執(zhí)行多達(dá)4條指令、24個16 bit定點運算或6個浮點運算。TS101S內(nèi)部有三條相互獨立的128 bit數(shù)據(jù)總線。每條可連接三個2 M bit內(nèi)部存儲器bank中的一個，總共可提供12 Gbytes／s的內(nèi)部存儲器帶寬。

1 自動引導(dǎo)方式

ADSP-TS101S的引導(dǎo)方式通常由復(fù)位時管腳的電平高低決定。在復(fù)位時，若其輸入管腳的電平為低，則設(shè)置為EPROM引導(dǎo)方式。對于這種方式，在信號無效后，信號就成為輸出信號，并作為EPROM的片選信號；如果其為高，ADSP-TS101S將處于空閑(IDLE)狀態(tài)，此時它將等待外部主機或鏈路口來引導(dǎo)。總的來說，ADSP-TS101S有四種引導(dǎo)方式。

1.1 從EPROM引導(dǎo)

ADSP-TS101S默認(rèn)為EPROM加載模式。ADSP-PS101S一般被自動配置為通過外部端口，并利用DMA通道0從片外8位EPROM裝載32 bit程序到片內(nèi)存儲器的0x00～0xFF，并將byte型數(shù)據(jù)自動打包成32 bit指令，其DMA傳送完成的中斷向量將在復(fù)位后被初始化為0x00000000。EPROM存儲器空間則不被映射到DSP的統(tǒng)一存儲空間，即引導(dǎo)完成后，就與整個系統(tǒng)無關(guān)。其尋址空間被限定為最大16 Mbytes。

1.2 從外部主設(shè)備引導(dǎo)

任何共享簇總線上的主設(shè)備都能夠通過外部端口，并通過寫它的內(nèi)部存儲器或自動DMA的方式引導(dǎo)ADSP-TS101S。

1.3 從鏈路口引導(dǎo)

ADSP-TS101S的四個接收鏈路的DMA在復(fù)位后均將被自動配置為接收32 bit到內(nèi)部存儲器的0x00～0xFF，相應(yīng)的DMA傳送完成的中斷向量則可在復(fù)位后被初始化為0x00000000。從鏈路口引導(dǎo)有時也叫做鏈路加載。

1.4 無引導(dǎo)

ADSP-TS101S在復(fù)位啟動后，一般將自動從存儲空間的某個地方開始執(zhí)行，即通過在復(fù)位后使能中斷請求信號來實現(xiàn)DSP啟動。

2 多片TS101S系統(tǒng)程序加載的硬件設(shè)計

采用單片F(xiàn)LASH結(jié)合FS101S的鏈路口加載方式，可以實現(xiàn)多ADSP-TS101S系統(tǒng)的程序加載。該方式只需要一片較大容量的FLASH，而不需要輔助邏輯，便可實現(xiàn)多ADSP一TS101S系統(tǒng)的程序加載，而且多ADSP-TS101S之間可通過鏈路口相連，因而大大降低了系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度。

圖1所示是某雷達(dá)信號處理機的系統(tǒng)加載硬件框圖。其中第一片ADSP-TS101S按照正常的FLASH加載方式與FLASH相連，用來負(fù)責(zé)其余幾片TS101的加載工作。此外，第一片ADSP-TSl01S還將LINK0口和LINK3口分別與DSP2以及DSP4相連，同樣，DSP4的LINK2口以及DSP2的LINK0口也分別與DSP3的LINK2以及LINK3相連。具體的鏈路口之間的互聯(lián)可根據(jù)需要靈活設(shè)置。



具體加載時，首先應(yīng)由DSP1通過FLASH程序加載方式進(jìn)行程序加載。即在DSP1程序加載完畢后，由DSP1再從FLASH中讀出第二片，使DSP2(或者DSP4)的程序通過鏈路口。之后，再采用鏈路口加載方式加載DSP2(或者DSP4)，DSP1在等待DSP2加載完畢后，又從FLASH中讀取DSP3的程序，并將DSP3的程序通過鏈路口DMA方式發(fā)送到DSP2(或者DSP4)中，而DSP2(或者DSP4)在收到第三片DSP3的程序后，同樣通過鏈路口加載方式加載DSP3；……以此類推，直到完成所有的ADSP-TS101S的加載。

采用這種結(jié)構(gòu)的多ADSP-TS101S系統(tǒng)，應(yīng)將每片ADSP-TS10lS的程序分開放置在FLASH的不同的地址段中。第一片ADSP-TS101S的程序存放在FLASH的從0開始的第一段地址中。第二片ADSP-TS101S存放在接著第一段地址后面的第二段地址空間中，第三片ADSP-TS101S存放在接著第二段地址后面的第三段地址空間中……以此類推，就可將不同的ADSP-TS101S的程序放置在相應(yīng)的地址空間中。但應(yīng)該注意的是，每一片ADSP-TS101S程序存放的實際地址必須是16的倍數(shù)，因為ADSP-TS10lS的鏈路口每次必須傳輸4字(4*32 bits)，而FLASH是8位的，所以每次將讀取128位的程序代碼，即16個FLASH的地址數(shù)據(jù)。圖2所示是多ADSP-TS101S的程序在FLASH中的存放情況。



本設(shè)計中，F(xiàn)LASH選用的是Atmel公司的AT49BV322D，并將其設(shè)置成4 M×8模式，因此，其byte管腳需要拉低，具體和DSP之間的硬件接口電路如圖3所示。



TIgerSHARC處理器可支持8位、16位、32位、64位配置，這為不同類型的外部存儲器接口帶來了方便。選擇FLASH器件實現(xiàn)系統(tǒng)加載的時候，使用TIgerSHARC處理器向FLASH中執(zhí)行寫操作，不會自動把數(shù)據(jù)打包成字節(jié)，因此，當(dāng)給FLASH寫一個字時，這個字將驅(qū)動到外部總線[31：0]上。而FLASH存儲器只連接TIgerSHARC外部數(shù)據(jù)總線的低8位，因此只寫人數(shù)據(jù)最低的一個字節(jié)，其數(shù)據(jù)的預(yù)備格式如圖4所示。


3 自動引導(dǎo)的軟件設(shè)計

由于采用EPROM和鏈路口相結(jié)合的方法來進(jìn)行多DSP的程序加載，所以，除了最后一片DSP(DSP3)外，均要在沒一個DSP程序的開始地方添加鏈路口加載程序。在VisualDSP++安裝目錄的ldr子目錄下，ADI公司提供了標(biāo)準(zhǔn)加載核文件及相應(yīng)的源程序(.ASM)，同時也給出了鏈接描述文件。一般可直接使用提供的標(biāo)準(zhǔn)加載核文件或?qū)ζ湎鄳?yīng)的源程序進(jìn)行簡單修改(修改當(dāng)前的DSP的接收鏈路口號即可)，重新編譯鏈接生成所需的加載核文件。

由于ADSP-TSl01S有三種引導(dǎo)方式(不考慮無引導(dǎo)方式)，ADI公司相應(yīng)的提供了三種不同的加載核文件(分別為TS101_prom．dxe、TSl01_link．dxe、TS101_host．dxe)。這三個程序的核心思想和功能完全一致，只是由于使用的加載端口和方式不同，其在具體代碼實現(xiàn)上稍有差異。綜合以上的分析可以看出：ADSP-TS101S的復(fù)位引導(dǎo)從本質(zhì)說包括兩個方面：其一是在生成加載文件時，在起始部分額外增加256字的加載核文件；其二是在復(fù)位結(jié)束后，按照設(shè)定的引導(dǎo)方式的不同，自動從相應(yīng)接口接收256字的代碼(實際就是加載核文件)到內(nèi)部存儲空間的0x00～0xFF，并在完成這一接收過程后，從內(nèi)部存儲空間的0x00000000開始執(zhí)行程序(實際就是執(zhí)行加載核文件)，最終由加載核文件來完成整個可執(zhí)行程序的加載。

TigerSHARC只有在運行了加載核代碼后才能繼續(xù)加載用戶程序。但是，加載核文件并不會永遠(yuǎn)占據(jù)內(nèi)部存儲空間的0x00～0xFF，因為加載核文件執(zhí)行到最后會自動完成自身的覆蓋。

本設(shè)計是由四片TS101級聯(lián)的方式來構(gòu)成多處理器系統(tǒng)，除了第一片DSP (DSPl)選擇默認(rèn)的EPROM加載外，其余的三片DSP都要選擇LINK加載。同時，對于第一片DSP來說，先轉(zhuǎn)發(fā)DSP2還是DSP4的程序是等價的，因為DSP2和DSP4本身在本設(shè)計中是等價的，都屬于第二級DSP，而DSP1屬于第一級，DSP3屬于最后一級。同理，把DSP3作為誰的附屬DSP均可以，因此不妨作為DSP4的下一級(本設(shè)計中采用這種連接方式)。第一片TS101需要通過鏈路口來對第二和第三級的ADSP-TS101S進(jìn)行程序加載，同時需要在第一級的應(yīng)用程序之前添加加載后續(xù)DSP的加載程序。

由于每一片DSP的程序都是由加載碼和用戶代碼組成的，所以，在第一片DSP給第二和第三級加載程序時，應(yīng)該把加載碼和用戶程序分開傳輸。圖5所示是第一片DSP的程序流程圖。


由于DSP3是作為DSP4的下一級DSP進(jìn)行加載的，所以，在DSP4中也要添加為第三級DSP轉(zhuǎn)發(fā)加載碼的程序代碼。第二片DSP(本設(shè)計中為DSP4)加載第三片DSP(本設(shè)計中為DSP3)的程序流程圖如圖6所示。


需要注意的是，每片ADSP-TS101S在給后面的ADSP-TS101S進(jìn)行程序加載時，都需要預(yù)先計算好后面的ADSP-TS101S程序的長度，在進(jìn)行用戶程序傳輸時，需要用到這個值。因此，如果這個值計算錯誤，則將會引起ADSP-TS10lS程序加載的錯誤。

4 結(jié)束語

如果在系統(tǒng)中沒有使用SDRAM，則只需對ADI提供的標(biāo)準(zhǔn)加載核源程序進(jìn)行少量修改，然后重新編譯鏈接即可使用。而如果系統(tǒng)中有SDRAM，還需在標(biāo)準(zhǔn)加載核源程序的起始處加入對SDRAM的初始化。