針對現有DSP自舉模塊普遍存在程序代碼更新不便的缺陷
，提出了一種可便捷高效地在線更新用戶應用程序代碼的DSP自舉模塊。該模塊由基於LabVIEW的圖形用戶界麵（GUI）軟件與C8051F340單片機構成。GUI軟件完成DSP應用程序代碼的格式轉換，並通過驅動USB將轉換完成的程序代碼傳送給C8051F340。C8051F340通過其片上USB外設接收DSP程序代碼並存儲於片上FLASH中，同時借助標準串行總線控製DSP完成應用程序代碼的自舉操作。該模塊采用在線方式
，可一鍵實現DSP應用程序代碼的更新升級與自舉操作。

 

TMS320VC54x係列DSP作為一種低功耗高速處理器在消費電子、通信等領域應用廣泛[1-2]。通常為實現DSP程序代碼的高速運行，一般需要將DSP的應用程序代碼存儲於DSP片內RAM中運行，但TMS320VC54x處理器是RAM型器件
，掉電後DSP不能保存任何用戶應用程序代碼。因此
，基於該型DSP的電子係統通常需要設計自舉模塊。所謂“自舉”是指：DSP芯片內的程序引導裝載器（Bootloader）自動地將DSP應用程序代碼從DSP外部非掉電易失存儲器加載到片內RAM中，脫離仿真器模式獨立運行的過程。

 

TMS320VC54x係列DSP有兩類自舉方式：基於靜態存儲器（如：EEPROM、FLASH）的自舉方式和基於處理器的自舉方式。基於靜態存儲器的DSP自舉方式[3-4]使用外擴的靜態存儲器存儲DSP程序代碼
，由於該方式無需外加控製器幹預
，因此具有電路簡單等優點。基於處理器的DSP自舉方式[5-6]，利用單片機存儲DSP程序代碼並控製DSP完成自舉，具有可有效控製DSP自舉時機，可靈活選擇自舉通信接口等優勢。然而
，無論哪類自舉方式
，要更新DSP應用程序代碼都需要先將DSP開發軟件CCS編譯產生的.out程序代碼文件通過一係列的格式轉換，生成DSP自舉所需的程序代碼格式，並將得到的代碼移植到DSP應用係統片外擴展的靜態存儲器或單片機中存儲。顯然，傳統DSP自舉模塊的上述程序代碼更新操作非常麻煩。為此本文提出一種便捷高效的DSP自舉模塊。借助該模塊，用戶無需熟悉DSP自舉設計過程
，便可一鍵實現DSP程序代碼的更新升級與自舉操作。

 

 

DSP開發軟件CCS編譯生成的.out文件不能直接用來自舉，需要將其進行一係列繁瑣的格式轉換得到合適的格式並移植到DSP的外部存儲器進行自舉[7]。為解決該問題
，本模塊通過基於LabVIEW的GUI軟件完成上述轉換並控製代碼移植到外部存儲器。如圖1所示。GUI軟件首先將.out文件轉換為.hex格式
，並將得到的.hex文件轉換為方便DSP自舉的.dat格式。之後GUI通過USB將數據傳送給C8051F340單片機完成DSP程序更新。C8051F340是一款可提供USB功能並具有較大FLASH存儲空間的混合信號微控製器。本模塊使用其片上FLASH作為DSP的外部存儲器，可省去外擴存儲設備
，節約成本，簡化電路。自舉開始時，單片機將FLASH中的代碼數據通過標準串行自舉方式傳送給DSP，控製DSP的自舉。標準串行自舉與其他自舉模式相比
，占用DSP硬件資源少
、電路簡單。通過本模塊，開發者可在PC機上實現一鍵完成DSP代碼更新。

圖1 DSP自舉模塊係統框圖

 

 

本模塊使用C8051F340的片上FLASH作為DSP的外部存儲器。C8051F340通過標準串行接口與DSP通信
，通過USB與處理代碼格式轉換的GUI軟件通信。如圖2所示

，虛線框1為3線製的標準串行總線
，負責數據的傳輸。虛線框2為複位與握手信號。DSP的bootloader通過拉低XF引腳通知單片機DSP已準備好接收數據；而單片機通過P1.3引腳拉低ˉRS來複位DSP。C8051F340與PC機通過USB連接。如圖2所示，VBUS為USB電纜VBUS引線的感應輸入端

，當該引腳出現5V高電平信號時
，表示該設備已經和主機連接好。D+

、D-為USB的差分信號線，D+信號線接1.5k的上拉電阻R1使USB設備工作於高速。電容C1、C3為15pF的濾波電容。為了消除差模幹擾
，兩信號線連接大小為33pF的電容C2。REGIN為C8051F340片內電壓調節器的輸入端。VDD為C8051F340片內電壓調節的3.3V輸出端。通過將REGIN和VDD短接
，C8051F340被配置為USB固件自供電，片內穩壓器禁止的工作模式。另外
，C8051F340電路模塊中，通過C2調試接口（包括C2CK時鍾信號和C2D雙向數據信號）連接JTAG對單片機程序進行燒寫和調試。

圖2 自舉模塊主要硬件連接關係圖

 

本係統主要通過GUI軟件完成DSP用戶應用代碼的格式轉換和調用USB主機API控製USB傳輸數據；通過C8051F340程序調用USB器件API接收數據存入片內FLASH中並通過標準串行通信控製DSP的自舉。下麵分別介紹各軟件設計的功能和具體流程。

 

 

LabVIEW開發的程序一般由一個或多個VI組成

，所有VI都可分為前麵板和框圖兩部分。前麵板是VI的交互界麵，用戶輸入數據通過前麵板傳遞給框圖，計算和分析結果在前麵板上以不同方式顯示出來。圖3為本模塊的GUI前麵板。如圖所示前麵板分為“輸入配置區”和“狀態顯示區”。通過在前麵板的“輸入配置區”設置文件路徑進行DSP代碼文件的二次更新。“狀態顯示區”可實時顯示USB連接狀況、文件轉換信息
、自舉代碼文件內容等詳細信息。

圖3 基於LabVIEW的GUI前麵板

 

框圖是圖形化的程序代碼，主要完成兩個任務：調用USB主機的API函數控製USB數據傳輸和控製代碼文件格式轉換。

 

借助Silicon Laboratories公司為USB驅動程序開發提供的USBXpress，可以簡便的實現在PC機上通過GUI軟件與作為USB器件的C8051F340單片機的USB通信。USBXpress提供了10個USB主機API函數
，通過LabVIEW中的CLF（調用庫函數節點）調用USBXpress提供的USB主機API函數，便可訪問USB底層硬件。圖4為本設計LabVIEW上位機程序調用API的框圖。圖中VI作用分別是獲取USB器件編號、獲取USB器件序列碼
、設置USB讀寫延時
、打開USB器件、向USB器件寫數據塊、關閉USB器件。

 

在成功調用SI_Open()函數打開USB器件，並通過“file path control.vi”控件獲取待轉換文件的具體路徑後

，GUI軟件對定位的代碼文件開始進行轉換。如圖5框圖程序所示：首先通過“Exec.vi”（“執行係統命令”VI）調用CCS軟件環境提供的DOS批處理文件Hex500.exe軟件（與自舉文件位於同一個目錄）將.out文件轉換為.hex文件。Hex500.exe在DOS環境下運行需要輸入大量轉換配置文件，因此GUI需同時調用用來集中描述文件轉換所需參數信息的.cmd文件。.cmd文件內容及注釋如下：

 

bootloader.out //待轉化的程序文件

 

-o bootloader.hex //輸出文件名

 

-map bootloader.map //生成存儲器映像文件

 

-boot //生成加載表

 

-I //輸出文件為Intel Hex文件格式

 

-e _c_int00 //程序入口地址

 

-memwidth 16 //標係統的存儲器為16位

 

-romwidth 16 //存儲器芯片的位寬為16位

 

-bootorg SERIAL //行裝載

圖4 LabVIEW調用USB主機API框圖

之後通過“Exec.vi”函數調用hex-to-dat.exe軟件將.hex格式轉換為.dat格式。最終在文件格式轉換完畢之後提取代碼並轉換為數組，在循環中調用SI_Open()函數以每次512字節的速度將數據寫入USB器件

，直到所有文件傳輸完畢
，關閉USB。

圖5 LabVIEW轉換DSP程序代碼格式的框圖

 

C8051F340通過USB從GUI軟件接收DSP程序代碼並存儲到片內FLASH中，之後通過標準串行接口將代碼傳送給DSP進行自舉。C8051F340程序主要包括初始化函數
、自舉函數、USB驅動函數
、擦寫FLASH函數幾個部分。圖6為C8051F340程序的流程圖。

 

 

程序初始化部分主要包括USB設備初始化和C8051F340單片機初始化。USB初始化通過調用USBXpress提供的10個USB器件API函數實現，包括調用USB_Clock_Start()函數初始化USB總線時鍾
、調用USB_Init()函數使能USB總線
、調用USB_Init_Enable()函數使能API中斷；C8051F340單片機初始化中將單片機時鍾設為48MHZ以滿足USB全速工作方式的需要、配置單片機輸出端口為推挽輸出、開啟外部中斷0並通過配置寄存器“IT01CF=0x07”將P0.7配置為INT0的中斷觸發端口引腳
，監視DSP所給自舉信號。

圖6 C8051F340程序流程圖

 

DSP啟動速度比C8051F340快，因此自舉之前需先複位DSP並初始化SPI接口，等待DSP的XF引腳觸發INT0中斷後啟動自舉操作。本程序使用16位標準串行方式對DSP自舉。通信時序如圖7所示，BFSR0脈衝之後可傳輸一個16位的數據，傳輸的每個16位數據之間需至少保證40個DSP時鍾周期的延時時間。且單片機時鍾頻率(BCLKR0)不可超過DSP時鍾頻率的1/2。標準串行自舉代碼如下所示，程序中將BFSR0拉高後，傳輸一個字節的數據
，並通過調用延時函數Delaynum(20)延時20微秒來滿足傳輸兩數據間最小CPU時鍾間隔的要求，程序中w為當前傳輸的由四個ASCⅡ字符轉換而來的16位無符號整形變量。

圖7 單片機標準串行自舉時序圖

 

BCLKR0=1;

 

Delaynum(20);

 

BCLKR0=0;

 

BFSR0=1;

 

Delaynum(20);

 

BCLKR0=1;

 

Delaynum(20);

 

BCLKR0=0;

 

Delaynum(20);

 

for(i=0;i<16;i++)

 

{

 

BDR0= (w & (0x8000 >> i)) > 0;

 

BCLKR0=1;

 

BFSR0=0;

 

Delaynum(20);

 

BCLKR0=0;

 

Delaynum(20);

 

}

 

 

USB中斷函數通過調用Block_Read()函數接收來自GUI軟件的代碼數據，並存入TempStorage[]數組。ReadStageLength為每次所讀取的文件大小，最大為64字節（一個數據塊大小）。因GUI軟件每次發送512字節，FLASH中每512字節為一頁

，故下位機中每讀取512字節後寫入FLASH。如下代碼所示BytesRead為已讀取數據的大小
，當C8051F340通過USB接收了一頁FLASH可容納最大數據512字節(Block_PR_Page為每頁FLASH可容納最多數據塊= 512/64)或者GUI軟件發送的最後一組數據，寫入FLASH。PageIndices[0]為下位機自舉的基指針
，指向FLASH中0x2000開始的地址
，其中0x2000~0x2200用來存放接收數據信息(大小、所含數據塊量)
；PageIndex為當前操作的Flash相對於基頁0x2000的偏移量，PageIndices[0]+PageIndex*0x200指向Flash當前操作地址，自舉程序代碼從0x2200地址處開始。

 

BytesRead+= Block_Read((BYTE*)(&TempStorage[BlockIndex]),

 

ReadStageLength);

 

BlockIndex++;

 

if((BlockIndex==(Block_PR_Page))||(BytesRead==BytesToRead))

 

{

 

Page_Erase((BYTE*)(PageIndices[0]+PageIndex*0x200));

 

Page_Write((BYTE*)(PageIndices[0]+PageIndex*0x200));

 

PageIndex++;

 

}

 

為測試該模塊的可行性，以TMS320VC54x目標板為基礎
，設計了如下實驗進行驗證。

 

實驗第一步首先需要驗證GUI軟件控製代碼格式轉換，和移植的可行性。利用DSP開發軟件CCS編寫一段LCD顯示程序並編譯生成.out文件。通過JTAG仿真後，LCD上顯示“DSP自舉模塊液晶顯示自舉測試”等信息。之後去除JTAG進行自舉試驗。通過USB將PC機與C8051F340相連。待GUI軟件成功獲取USB器件編號並打開USB器件後，設置自舉文件路徑
，點擊 “下載更新DSP自舉代碼”按鍵開始更新代碼。圖8、圖9為試驗結果。

 

圖8為GUI前麵板的實驗數據。圖中兩個USB檢測燈在USB連接成功並被功打開時被點亮表明。狀態顯示區中的“文件轉換執行信息”由GUI調用Hex500.exe軟件之後產生、“DSP自舉代碼文件路徑”為所轉換生成的.dat文件路徑
，通過路徑轉換為字符串產生、“DSP自舉代碼文件內容”
，由“讀取文本文件VI”讀取生成的.dat文件產生。實驗數據與設想的一致，表明該模塊已成功完成了程序代碼的格式轉換。最下方的燈被點亮並顯示“DSP自舉代碼下載更新完成”表示GUI軟件成功的通過USB將代碼數據更新給C8051F340，DSP自舉代碼更新完成。

圖8 前麵板詳細信息實驗數據

 

圖9為GUI軟件控製DSP代碼文件格式轉換部分的框圖在高亮運行模式下截取的數據。探針[1]為轉換完成後所獲得.dat文件的路徑，探針[2]為所得到.dat文件的大小。表明上位機已成功完成代碼文件格式的轉換得到.dat格式文件

圖9 代碼文件格式轉換實驗結果

 

第二步需驗證C8051F340利用FLASH存儲DSP代碼並通過標準串行自舉控製DSP自舉的可行性。實驗第一步成功之後，將C8051F340與DSP通過標準串行總線，C8051F340自動控製DSP開始自舉。圖10為C8051F340在獲取GUI軟件傳送的更新代碼並成功通過標準串行自舉控製完成DSP自舉的實物照片。LCD顯示數據與通過JTAG仿真情況下完全一致
，證明了該DSP自舉模塊的有效性，且該自舉模塊可實現一鍵更新DSP代碼文件，方便快速。

圖10 自舉完成實驗實物圖

 

 

本文提出了一種可在線更新程序的自舉模塊。該模塊在GUI軟件中將DSP程序代碼進行格式轉換並通過利用USB將代碼數據導入C8051F340單片機的片內FLASH中存儲。C8051F340通過標準串行總線控製DSP進行自舉。利用該模塊，用戶更新DSP程序代碼可完全在計算機上操作
，無需了解自舉的具體細節
，實現一鍵更新代碼；同時該自舉模塊可在短短數秒內完成代碼更新，從而大大減輕了開發難度和縮短開發周期。另外
，由於單片機FLASH存儲量為64kb，除去單片機的程序占用空間，從0x2200地址開始，共可存儲55.5kb左右的DSP程序代碼，滿足大多數中小DSP應用程序的自舉需求，因此該係統可廣泛用於程序代碼不超過55.5k字節的DSP係統中。