引言
芯片的燒寫與自加載是一個DSP系統能夠順利運行的基本條件。在DSP加載技術方面已經有大量文獻和工作成果，比較好地解決了DSP自加載方面的許多基本問題。而傳統的燒寫／加載方案在調試、更新程序時需要反復外接仿真器，配置跳線，并且只能加載運行指定地址空間上的工程。這些對處于安裝調試階段的系統影響不大，但在諸如航天設備、大型機械或其他惡劣環境中工作，難以直接進行仿真器連接的DSP系統中，無法采用普通的燒寫／加載方案對其進行更新和調試。
通過分析DSP系統加載原理，提出了一種基于TI公司C6x芯片的遠程多加載DSP系統設計。該系統由通信芯片、DSP、外部動態存儲器、外部閃存(Flash)共同組成，具備遠程燒寫、程序選擇加載功能。系統程序更新時也具備很高的安全性，即使燒寫過程中斷電，下次上電后仍然可以繼續燒入、運行新的工程。
1 系統結構
為了滿足功能設計需求，加載與燒寫系統除了包括DSP系統運行必需的DSP芯片之外，還需要連接外部動態存儲器(SDRAM)、可擦除存儲器(Flash)、通信芯片等。系統結構如圖1所示。其中，通信芯片負責與遠程控制端進行數據交換，SDRAM中存放DSP工作用代碼和數據，而負責引導實際工作工程的“引導工程”和負責實際信息處理任務的“工作工程”代碼數據分別存放于不同的Flash空間。
2 實現方案
首先簡要說明C6x系列DSP的普通二次加載工程的引導原理。自加載模式的DSP上電初始時，會從CE1空間起始地址(0x90000000)開始拷貝一定長度(C671x系列為1 KB)的數據到內部存儲器0地址，并從0地址開始執行程序。由于拷貝數據長度有限，通常情況下一個長度大于1 KB的自加載工程需要進行二次加載操作，因此該工程必須包含一個長度小于1 KB的Bootloader模塊，該模塊由進行二次加載數據搬移操作的代碼構成。工程編譯完成后，Bootloader模塊被燒寫在Flash最開頭的1 KB地址空間內，系統上電復位后由DSP自動搬運到0～1 KB地址空間內執行(第一次加載)，并由該模塊進行其他數據段的數據搬移(第二次加載)。在數據搬移結束后Bootloader模塊將PC指針跳轉到_c_int00地址段，并最終進入主函數，開始整個工程的運行。整個自加載過程如圖2所示。
顯然，只有存放在DSP CE1空間最前端的數據才能被自動加載和運行。為了使系統上電時刻就具備通信、燒寫和多引導功能，需要將具備上述功能的引導工程存放在CE1基地址開始的空間。
DSP多引導技術正是在普通DSP系統的加載技術基礎上發展而來的，將具備引導、通信、燒寫、存儲器檢糾錯功能的工程作為引導工程獨立存儲在DSP CE1空間，由DSP自動加載運行；而將具備不同功能的應用程序代碼分別存儲在其他存儲器，等待引導工程根據功能需要去加載。
引導工程由DSP自動運行，隨后根據遠程指令或按預定程序流程的執行通信、更新工作工程代碼，或搬運并運行存儲在其他空間工作工程內的Bootloader段，從而引導不同功能的工作工程運行。借助這種工程分離運行技術，可以通過遠程端或自動對空間電子設備存儲器中的代碼進行更新、檢糾錯和加載操作，甚至進行多個工作工程的切換以滿足不同應用背景下的功能需求；即使在更新或切換過程中出現故障，系統復位后仍可回到正常工作的引導工程中進行系統維護或重新更新，具備防燒寫功能。
2．1 引導工程設計
引導工程是負責與遠程控制端通信，獲取工作工程代碼并完成燒寫、引導工作工程加載運行的程序。引導工程需要具備自加載、上傳校驗數據、燒寫引導等功能。
2．1．1 自加載功能
引導工程采用普通工程的加載／燒寫方式，需要在產品生產完成后以仿真器模式進行燒寫固化。由于引導工程具備需要通信、燒寫等功能，其數據長度一般來說會超出1KB的DSP自動搬移長度限制，所以系統中的引導工程首先需要設計成一個具有二次加載能力的工程，并燒寫在DSP存儲器CE1空間的最前端，確保DSP在自動引導時首先加載和運行的是引導工程。
在設計引導工程自加載功能時，與普通二次加載工程相比有所不同：
①程序存儲地址要加以限制，避免占用工作工程空間；
②引導工程的Bootloader必須放置在CE1空間的最開頭1 KB內，使DSP能夠在上電時自動加載運行。
2．1．2 通信功能
通信模塊主要由通信芯片和通信控制邏輯組成，負責完成遠程控制端與DSP之間的通信。根據不同應用場合，可以選擇不同的通信芯片與鏈路協議。下面主要考慮應用層協議設計。
(1)數據上傳與校驗
按照參考文獻中的方法，為了將工作工程在線燒寫到Flash存儲空間中，首先需要下載編譯工程文件，并轉換為可燒寫的．hex文件。通過通信模塊，遠端設備可以將hex文件發送并存儲在DSP外部存儲器中。錯誤的hex文件數據可能導致在引導工作工程時DSP工作異常，甚至完全無法正常加載，因此遠程端完成數據上傳后應對保存的數據進行校驗。比較直觀的方法是通過通信接口將DSP收到的數據回傳，遠端設備將此數據與原始．hex文件進行比較，以確定數據是否正確。
(2)燒寫指令
完成數據校驗后，遠程端向DSP發送燒寫指令，開始燒寫。
(3)引導指令
若需要根據功能運行相應的工作工程，則由遠程端向DSP發出不同的引導指令，引導對應地址的工作工程運行。根據DSP自動加載原理，引導工程需按同樣的步驟進行。
引導工程的通信功能可以以中斷或查詢的方式進行。如果以中斷方式進行，需要妥善處理中斷向量表和使能對應中斷。在引導工程退出時，必須關閉所使用的通信端口和中斷資源。
2．1．3 在線燒寫功能
早期DSP系統為了使用非易失性存儲芯片保存數據，必須使用專用燒錄設備進行。隨著存儲技術與控制技術的進步，部分DSP芯片已經具備對直連Flash芯片進行擦除和寫入的能力。
由于引導工程與工作工程共享一片Flash存儲介質，在擦除工作工程的存儲空間時，需要采用扇區擦除而不是整片擦除，以確保引導工程不會被改寫。也可以通過對其所在扇區寫保護的方法來實現對引導工程的保護。寫保護操作可以確保無論對工作工程的燒寫是否成功，引導工程在第一次成功燒錄后將會一直駐留在Flash芯片中，每次上電時都可以進行通信、燒寫和引導工作。
在某些對設備可靠性要求嚴格的場合，也可將引導工程單獨存放在一片PROM中，在一次燒寫固化完成后，引導工程所在空間將不可再修改。這樣可以完全避免使用Flash芯片反復擦寫引起的存儲器性能下降，以及在燒寫工作工程時誤擦除引導工程的問題。
燒寫流程與擦除流程類似，可以參照參考文獻中的說明設計。
2．1．4 加載引導功能
當完成了對工作工程文件的燒寫之后，需要根據遠程控制端指令引導工作工程開始工作。根據DSP自加載的原理，引導工程必須首先將所有已使用的DSP資源關閉，并將Flash存儲器其他空間內工作工程的Bootloader程序拷貝到DSP內部存儲器0地址起始的空間內(這一過程模擬了圖2所示DSP自動加載時的數據搬移)，然后將程序指針跳轉到工作工程的Bootloader起始地址，開始運行。由工作工程的Bootloader程序將整個工作工程剩余數據段依次加載到DSP的動態存儲器中，最后跳轉到工作工程的起始地址，開始執行工作工程的主程序段。
由引導工程進行引導的好處在于：DSP只能自動加載CE1空間起始段的數據，而用戶設計的引導工程可以加載任意可讀存儲空間內的數據；DSP只能在上電時刻加載程序，而引導工程可以在任意時刻轉換加載不同的應用工程程序。
2．2 工作工程設計
工作工程是用來完成DSP系統真正信息處理需求的工程，它的設計與普通的二次加載DSP工程基本原理一致，但需要針對雙二次加載功能做幾個方面調整：
①存儲器設置。由于可以復用引導工程所使用的所有外部設備和RAM，在工作工程中配置存儲器空間時只需要保留引導工程使用的Flash地址空間，其他所有引導工程使用的存儲器在正常工作前都可以重置。
②ISTP(Interrupt Service Table Pointer，中斷服務指針寄存器)設置。每一個工程都有獨立的中斷向量表，因而進行工程切換時需要重置中斷向量服務指針，以確保新的工程能正確地響應中斷。
③其他資源設置。為了簡化操作、節省資源，引導工程中應盡可能少占用DSP資源。除上述存儲器和中斷資源外，引導功能可能會用到定時器、MCBSP、EDMA等其他資源。在引導工作工程之前，需要全部關閉這些設備；同時，進入工作工程后需要重新初始化這些外設資源，避免發生設備使用沖突。
結語
通過分析、利用DSP加載運行機制，本文設計了一種具備遠程更新能力的多加載DSP系統。利用通信接口遠程更新程序代碼，并將不同功能的DSP工程燒錄在同一Flash芯片中，并可以通過外部通信指令選擇不同功能的程序運行，使得DSP系統能靈活、安全地更新和運行。
遠程多引導DSP方案在不改變系統整體框架的前提下，以較少的系統資源占用完成了遠程在線DSP代碼燒錄和引導操作的功能設計，同時由于采用了引導工程、工作工程分離的做法，具備較強的魯棒性。該系統具有燒寫免拆卸、防燒死等優良特性，在航天、機械、控制系統設計中可以廣泛使用。