CodeWarrior for HCS12使用入门及嵌入式编程_百度文库
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CodeWarrior for HCS12使用入门及嵌入式编程
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无ROM的DSP56858自引导技术
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无ROM的DSP56858自引导技术
作者：&&&&文章来源：本站原创&&&&点击数：&&&&更新时间：&&&&
1引言& &&& 随着DSP在通信、控制、测试/测量、电子娱乐等领域应用的日渐广泛，DSP技术的发展越来越快，无ROMDSP芯片的自引导技术成为DSP应用中的重要技术之一。在单芯片工作系统中，如果片内缺少足够的ROM空间，可按照常用方法外接1块ROM芯片；但对于双芯片工作系统，如果其中1块芯片可以为另1块提供足够的ROM空间，外加ROM就毫无必要了。本文通过分析DSP56858的原理，解析片内固化的自引导程序，讨论几种源程序下载的技术过程与要点，提出在双芯片工作系统中，无ROMDSP芯片的自引导解决方案，最后给出DSP56858E自引导模式的功能实现。2方案设计& &&& 在DSP应用开发中，常常需要使用一些芯片自带提供的外部引导（bootstrap）的功能，通常可根据不同需要选择芯片提供的自引导方式，实现从外接ROM中导入程序。现在的软件开发工具多为集成开发工具，将编译、链接、调试和烧片等多种功能合为一体，能为用户提供方便、一体化的服务，这种开发环境下链接产生的目标代码，除了源程序代码对应的二进制码外，还加入了许多控制代码，使用户可以对下载后的程序进行实时在线调试。为此，可以将实现无ROMDSP芯片自引导问题分解为两个层次：首先是如何从目标代码中提取源程序代码下载至片外ROM中，其次是如何利用片内固化的自引导程序实现外部引导。本文无ROMDSP芯片的自引导研究以Motorola公司的DSP56858芯片为例展开，结合实际应用，介绍可能遇到的问题，提出解决方法，实现其功能。本文应用实例方案是以Motorola公司的MC9S12DP256(下称HCS12)作为设计中的主芯片，DSP56858为搭建测试平台用的辅助芯片，连接框图如图1所示。方案中充分利用HCS12片内足够的FlashEEPROM空间，采用其Flash作为DSP56858的外挂Flash存贮器，将DSP的源程序代码以数据形式存放在HCS12中。2．1DSP56858的基本情况
（1）属于MotorolaDSP56800E芯片家族系列的16位数字信号处理器。（2）单片上集成了1套外围设备，兼具DSP的处理能力和微控制器的功能，能为使用者带来低成本的解决方案。
图1&&& DSP56858与HCS12连接示意图
（3）采用程序存储器与数据存储器分离的双哈佛结构，可达到120MIPS的指令执行速度，高效率的流水线指令执行方式。（4）片内有40K×16bit的程序RAM，24K×16bit的数据RAM以及1K×16bit的ROM存放引导程序；外部扩展可到达2M×16bit的程序和6M×16bit的数据存储空间。（5）提供了强大的系统接口：――6信道的DMA(DirectMemoryAccess)――2个ESSI(EnhancedSynchronousSerialInterfaces)――2个SCI(SerialCommunicationInterfaces)――1个SPI(SerialPortInterface)――8位并行主机接口(ParallelHostInterface)（6）为开发者提供了EOnCE(EnhancedOnchipEmulation)模块和JTAG(JointTestAccessGroup)接口；在一定的调试环境下，可以在线观察寄存器、内存或片上外设的内容，避免了牺牲任何用户可访问的片上资源用作调试。
2．2HCS12的基本情况
（1）属于STAR12系列16位的单片机；（2）低成本、低功耗，在通信和各种电子产品中有着广泛的应用；（3）40MIPS的指令执行速度；（4）片内有256KB的FlashEEPROM、4KB的EE-PROM和12KB的RAM；（5）Flash分为16页（0×30页～0×3F页），每页64KB,以16条地址线结合页地址可寻址全部Flash空间。
2．3软件集成开发环境&&&&&&& DSP56858和HCS12所使用的软件集成开发环境都是Metrowerks公司的CodeWarriorIDE。CodeWarriorIDE简单易用、功能强大，它集成了C/C＋＋编译器、汇编器、连接器、烧片器(burner)和译码器及多用途调试器，可实时仿真调试嵌入式应用程序，并能针对不同芯片仿真硬件，使用户能在纯软件环境下进行设计开发。3源程序下载技术3．1目标程序代码合并机制3．1．1SRecord文件格式&&& 通过适当的配置，CodeWarrior的链接器能够产生1种SRecord文件，该文件遵循Motorola制定的格式规范，是1种标准的、可打印格式的文件。SRecord文件是通过对链接器生成的目标程序或数据进行编码生成的，适用于在计算机平台间传送，也可以在编辑后用于交叉平台间的传送。SRecord文件编码简单，可以通过IDE下载，但无法在线实时调试。SRecord文件是由多条记录组成的，每条记录都是由5个字段组成的ASCII字符串，格式如表1所示。
&&&&&&&&&&&& 表1&& 记录格式
&&& （1）记录类型　　由两个字符组成，描述了该条记录的可能类型（从S0至S9）；&&& （2）记录长度　　是对应于2byte十六进制数的一对ASCII字符，表示该条记录后续字符对的个数；&&& （3）地址　　由4个～8个字符组成，也是由十六进制值翻译得到的ASCII字符，给出数据字段将存放在存储器中的地址；&&& （4）数据　　由每2byte十六进制值翻译得到的成对的ASCII字符，这些十六进制数值可能是存放在存储器中的数据，或者是描述信息；&&& (5)校验和　　它们所对应的十六进制数值是根据除记录类型之外的其他字段字符成对累加之和求反所得；&&& （6）换行符　　每条记录都由换行符终止。针对不同的目标器件，可能每条记录的结束符不尽相同，设计中用传输程序来提供一致的换行符。& &&& 所有的SRecord文件都是以类型为S0的记录作为首条记录，这条记录在数据字段中给出文件的信息，包括路径、版本号等，这些信息是供阅读的，将不被存放到存储器中。SRecord文件的中间记录可能是类型为S1、S2或S3的记录，其地址字段分别对应2、3、4byte地址，因而主要区别在于寻址空间的不同。SRecord文件以S7、S8或S9类型的记录作为末条记录，除了地址字段长度不同外，它们都给出了程序执行的起始地址，并都不含数据字段。3．1．2SRecord文件典型格式&&&&&&& （1）DSP56858的SRecord文件典型格式文件含有1条S0记录，3条S3记录和1条S7记录。&&&&&&& S0记录：记录3类型S0，记录长度0C表示后续有12（0x0C）个ASCII字符对；& &&& 首条S3记录：记录类型S3，记录长度25表示后续有37（0x25）个ASCII字符对；& &&& S7记录：记录类型S7，记录长度05表示后续有5（0x05）个字符对。& &&& （2）HCS12的SRecord文件典型格式文件含有1条S0记录，1条S1记录，两条S2记录和1条S9记录。&& &&&因寻址空间不同，HCS12的SRecord文件采用了与DSP56858的SRecord文件不完全相同的记录类型，但两者的分析方式基本相同。& &&& S0记录：记录长度为6（0x06）个字符对，4个字符的全零地址字段；& &&& S1记录：记录长度为35（0x23）个字符对；& &&& S2记录：记录长度为21（0x15）个字符对；& &&& S9记录：记录长度为3（0x03）个字符对。3．1．3SRecord文件合并机制&&& 由此可以看出，由于两个文件采用了不同的记录类型，并不能通过简单插入生成新的SRecord文件。但由于SRecord文件格式简单明晰，只要在VC环境下编写的一个简单的标准C程序，利用ANSIC提供的文件操作的库函数，按照以下方法就能够实现将两个SRecord文件整合成1个新的HCS12的SRecord文件。
&&& 对DSP56858的SRecord文件按记录逐条处理：读出数据字段，再根据欲插入的HCS12Flash的地址，加上相应的类型、长度和地址字段，最后计算校验和，就得到了符合HCS12的SRecord文件格式要求的记录。注意每条记录之后都应带有相应的行结束符。这样组装后的记录就可以插入到原始HCS12SRecord文件相应位置。利用CodeWarriorIDE集成的烧片器下载合成后的SRecord文件后，能够从实时调试环境中观察到DSP56858源程序代码已经被成功地写入指定的HCS12Flash空间。3．2源码串口下载机制& &&& 合并机制虽然方法简便，但要求两种芯片的集成开发环境都能够提供符合标准的由目标代码生成的文件。采用串行通信接口（SCI）下载源码的机制，克服了这个不足。3．2．1技术方法
（1）在DSP56858的源程序中加入1段程序（下称源码输出程序），这段程序负责读取DSP程序存储器中的程序代码（包含了源程序和输出程序），并将读到的程序代码传给HCS12。（2）同时，HCS12中运行的接收程序将接收从SCI接口收到的数据，并将其写入指定的Flash地址单元。（3）在硬件上，将两方的SCI接口相连，配置统一的波特率，按照1位起始位、8位数据和1位终止位、无奇偶校验的数据格式传送即可。（4）源码输出程序只在输出过程中工作，运行源程序时这段代码应当被屏蔽。因此，可利用通用输入/输出接口(GeneralPurposeInput/Output)的1个引脚信号作为判断标志，根据该信号位高电平或低电平决定这段程序是否工作。
3．22下载流程& &&& 在软件上，为了保证DSP传出的程序代码能够被HCS12快速、准确无误地接收，需要制定1个简单的传输协议以支持双方通信。3．2．3重传和校验机制& &&& 在收发过程中加入了重传和校验的机制。双方预约1个控制字符用于通信同步。DSP56858作为数据输出方应尽量降低额外开销以保证数据输出的效率，设计方案中控制字由HCS12主送，DSP56858等待接收。DSP56858每传送定长的程序代码后，再送出该段代码之和，继而进入等待状态；同时，HCS12在每接收到定长代码后，根据同样的方式计算出代码之和，如果与收到的和值相等，就可以将这段代码写入Flash。不论比较结果是否相等，HCS12都会将求得的和值发送给DSP56858，以通知DSP56858继续传送，DSP56858将根据HCS12回传的和值决定是否重传下1段代码。这个重传、校验机制虽然简单，但实验结果表明能有效地避免收发过程中可能出现的出错、丢失、错误蔓延等情况。3．2．4Flash的编程和擦除& &&& 虽然相对于EPROM，Flash存储器的系统灵活性和可靠性都显著提高了，但是对Flash的操作仍有严格的步骤要求。只有遵循这些要求，才能正确地编程和擦除Flash。
&&&&& （1）首先配置Flash的时钟在150kHz～200kHz之间，考虑时钟同步对于函数定时精度的影响，当总线时钟低于1MHz时，将无法对Flash进行任何编程或擦除操作。& &&& （2）配置完成后，根据HCS12技术规范所提供的编程或擦除Flash的命令状态对Flash进行操作。值得注意的是，编程或擦除Flash有严格的时序要求，必须完全依照规范给出的顺序读写Flash寄存器，这个过程不能插入任何其它指令，更不能够被其它动作中断。因此，HCS12的SCI接口最好是以查询方式工作，若以中断方式工作，则要注意必须在操作Flash之前关闭中断。4 DSP56858自引导模式及其应用&&&&&&& DSP56858片内有一个系统集成模块（SystemIntegrationModule），负责部分系统控制功能，包括产生时钟、复位信号，控制上电模式、自引导模式，外部I/O控制等功能。为满足不同的使用要求，DSP56858提供了7种自引导模式，每次复位后会根据用户选择的模式启动。不同模式的区别主要在于程序导入的接口和程序导入后存放的存储器。& &&& （1）自引导模式0是外部存储器导入模式 （BootstrapFromByte－WideExternalMemory）。通过片选信号选择外部存储器，导入后的程序装载在片内程序RAM中执行。该模式需先由头数据来同步引导程序和外设（头数据包括需载入程序的总长以及在RAM中存放该程序的起始地址），然后以每次16比特程序字的方式装载程序代码。完成导入后，自引导程序将跳转到起始地址执行导入的程序。请注意：如果模式配置不对或者传输格式不符合要求，自引导程序将跳入一个无限循环的过程。& &&& （2）自引导模式1是从SPI接口导入程序（BootstrapFromSPI），默认使用通过SPI从串行的EEPROM中导入程序，置入片内程序RAM中，该模式兼容ATMEL的AT25xxx和AT45xxx系列的串行EEPROM。但是即使没有符合要求的ATMEL系列的芯片，也同样可以利用现有芯片仿真ATMEL芯片的工作方式，通过SPI上传程序。自引导程序在这种模式下，将本方的SPI配置成主(master)工作方式，因而要求另一方的SPI工作在从(slave)的方式下。其硬件连接如图2所示。
图2&&& 硬件接口
&&& 为确定芯片类型，自引导程序会先以500kHz左右的频率发送一定量的空字符，然后要求接收到ASCII字符“BOOT”，若接收正确，自引导程序将认为外部是ATMEL小AT25xxx系列的EEPROM。否则，自引导程序会再以同样频率发送定量空字符，若此时能正确收到“BOOT”字符，那么就认为是ATMEL大AT25xxx系列的EEPROM。如果前两者都不是，则自引导程序将以20MHz的频率，按照上面同样的方式判断是否会是ATMELAT45xxx系列的EEPROM。因此，即使没有ATMEL符合要求的芯片，但只要能按照自引导程序要求的方式发送头数据，就可以仿真成AT25xxx或AT45xxx系列的芯片，利用这种自引导模式工作。
模式2是正常扩展模式（NormalExpandedMode）。
模式3是开发扩展模式（DevelopmentExpandedMode）。
模式2和模式3都是自引导程序直接跳转到外部程序存储器去运行。
模式4是通过单选通主机的导入模式（BootstrapFromHostPort－SingleStrobeClocking）。
模式5是通过双选通主机的导入模式（BootstrapFromHostPort－DualStrobeClocking）。
模式4和模式5都是通过不同类型的主机并行导入程序的。
&&& 模式6是通过SCI接口导入程序（BootstrapFromSCI）。根据自引导程序的要求，将HCS12SCI的波特率配置成38400bps，数据格式为1bit起始位、8bit数据位和1bit终止位，不含奇偶校验位，无硬件流控。这种模式的使用比较简单，和模式0一样，在传送程序之前，先传送头数据以同步双方通信，然后传送程序字。
5结束语&&&
&&& 根据实际情况，从以上两个步骤的不同方法加以组合，选择最优且最可行的方案，可以很好地解决无ROMDSP芯片的自引导问题。本文提出的虽然是双芯片系统，无ROMDSP芯片的自引导解决方案，但同样可作为单芯片系统中解决类似问题的参考方案。
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数字信号处理器是英特尔的 2920，早在 1979 年就在取代全双工、1200bps 数字硬中的模拟组了。同时，迅速增多的和外设提高了处理以数字表示信号的可行性。那时几乎任何商业化信号处理任务都需要模拟计算，伴有复杂的反馈回路和补偿来维持稳定性。各种依赖位片处理器小型电脑和数据采集硬件的技术都极其昂贵，并且通常只适合于研究人员。能够经济地把信号数字化，并在数字领域进行数学计算，从而减少漂移和其它用模拟技术处理也很昂贵的不精确条件，这种逻辑很有吸引力，它直接导致今天市场上出现多种系列的 。　　目前，某种形式的 DSP 安装在从自动应答电话机到洗衣机等各种产品的中心部位，很容易使人忘记这场变革就发生在最近。直到最近，通用微控制器和 DSP 芯片之间的巨大差别还使许多嵌入式系统工程师觉得：数字信号处理是门困难的学科。这种感觉来源于第一代 DSP 的架构和编程要求，这一代 DSP 往往设计用来实现数字。不过，在卷入 DSP 对比微控制器的争论之前，你也许要问，为什么使用数字器？DSP 还适合于别的什么领域？使用数字滤波的经典理由是，你可以实现线性 FIR （有限脉冲响应）滤波器，它保持了音频处理等应用中的信号保真度。当你正在尝试处理信号时，避免由于不相等的组延迟（由非线性相位-特性引起）导致的信号可能也是很关键的。正如任何已经尝试过的人所知道的那样，用模拟技术制造线性相位滤波器几乎是不可能的，相比之下，DSP 和软件滤波器工具箱使这种实现不费吹灰之力。　　假如你使用针对控制系统建模的仿真工具，你一定知道来自 Mathworks 的 Matlab 和 Simulink 等工具也可以建立 DSP 算法的模型，并自动生成代码，你可以把这些代码移植到各种硬件目标。不过，数字信号处理的能力其实起始于滤波器应用。例如，软件工具也可以毫不费力地实现 FFT（快速傅里叶变换）。然后，你可以对连续时间信号的快照做分析。假如你有很多传感器输出要处理，以得到关键的实时控制响应，那么 DSP 通常是惟一的答案。　　初学者工具包帮你建立信心　　假如你第一次接触数字信号处理，你很可能想得到更多背景信息。不过，阅读产品的相关资料无法取代亲自尝试它们，而初学者工具包提供了一种获得体验的轻松方式。今天，与微控制器最相像的 DSP 系列就是摩托罗拉的 DSP56F800，它主要针对实时控制应用。例如，F805 核心包括一个 16 比特定点引擎，该引擎运行在双哈佛架构上，以实现对程序和数据的三路并行访问。　　摩托罗拉的片上仿真技术通过一个
标准的端口来提供系统内调试能力。该器件是 144 引脚
封装。　　开发支持来自 DSP56F805EVM，它包含一个 130mm×165mm 印制电路板、CodeWarrior IDE 和一个 SDK（软件开发工具包），价格为 299 美元。该印制电路板上装有处理器，还有一个 128k×16比特 SRAM（外部代码和数据各为 64k 字）、一个 RS-232 端口，以及一个“并口至 JTAG”接口，便于基于 PC 的调试。一个正交器/效应接口和专用的马达控制逻辑给伺服控制等应用带来了便利。各个跳线器选择不同的运行模式，多个起始码准备信号和 I/O，用于轻松连接。　　CodeWarrior 安装的文档很有用地包括了 56F805 的硬件参考手册和数据表，以及该 IDE 的用法说明和参考手册。要想迅速开始，请查看开发板的在线硬件手册，并确保所有跳线器都处在默认位置。接着，把并口连接到你的 PC，并尝试这些在线手册的“瞄准 DSP56F805”(Targeting DSP56F805) 部分。这部分包括一个简要的指南，它示范如何创建、编译和链接 F805 代码。在默认情况下，CodeWarrior 使用“项目用具” (project stationery) 来构造新的项目。这个方法自动创建和解开各种依赖处理器的功能、库、链接器命令和你的代码之间的依赖性。假如你正用 C 语言编程，用具还可以进行启动文件的创建，以分配和初始化系统内存；你可以选择“空项目”并自己控制这些进程。你可以在 CodeWarrior 的编辑器里无缝地混合和匹配 C 语言代码和汇编代码。　　假如你使用预制用具，那么项目窗口会打开，显示代码、支持和库子目录；把它们展开，就可以访问恰当的资源，然后你可以编辑这些资源。在项目窗口内选择“运行” (run) 图标，默认的设定就会编译、链接并下载模板程序到开发板的外部 SRAM。线程窗口会打开，让你查看栈、变量和源代码，还有执行控制，比如设置/清除断点、运行、终止以及多种单步运行选项。　　检查“视图” (View) 菜单下的可用工具，比如表达式视图、全局变量视图和寄存器视图。这些工具包括原始数据、反汇编、源和混合模式内存表示；你还可以从这儿直接编辑内存单元。不过，你不会找到正式的剖析工具，你只有自己计算时序要求严格的任务。一种替代办法是包含多个调用来启动和停止片上定时器，从而在关键点安插你的代码；除去调用开销，就得到了真实结果。当然，假如你的代码运行没有超出截止期限，并且安插的代码位置适当，那么除去这种开销应该不会对运行造成消极影响。由于片上内存使用和片外内存使用之间可能存在明显的性能差别，因此要确保测试的是真正的目标配置。　　CodeWarrior 只安装了一个 F805 例子，这个例子检测从板上开关到交替闪烁
的中断。你可以使用这个例子作为使用 C 语言编译器 pragma 指令、编写中断服务例程以及保存并调用库函数的指导。不过，假如你想要 （控制器区域网络）例子，那你真不走运——这项功能是额外费用高级包中的一个价格为 3000 美元的选项。其它高级功能包括安全例程，这其中含 RSA （Rivest、Shamir 和 Adleman）、DES （数据加密标准）和 3重 DES 算法，以及远程通信和语音处理函数，比如 G711 语音器。　　其它开发工具包括 200 美元的“并口至 JTAG”命令转换器；USB 至 JTAG 转换器目前正在开发中。你还可以指定 1999 美元的
至 JTAG 仿真器连接和 2999 美元的以太网同等品。另一方面，对于那些好奇心很重、不需要 F805 的 I/O 功能的用户来说，有一个选项也许更好，那就是 65 美元的 DSP56F801 开发工具包。该工具包还包括并列排线(parallel-cable)仿真、SDK以及 CodeWarrior 的一个免费版本，它局限于 16kB 程序内存。无限制的 IDE 价格为 495 美元。
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=================================1) doc:
Documentation that needs to be in OSBDM-JM60 package distribution.
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