摘 要 本文介绍了 TI 公司的 TMS320C203 芯片特点，对其引导加载功能进行了扩展实现。
关键词 TMS320C203 引导加载 boot loader
TMS320C2xx 是美国 TI （德州仪器）公司继 TMS320C2x 和 TMS320C5x 之后推出的一种低价格、高性能 16 位定点运算 DSP 。其 CPU 接近于 TMS320C25 ，但时钟速率提高、指令集更为丰富和优化、片内外设向 TMS320C5x 靠拢，可以将其视为 TMS320C5x 的精简版。 TMS320C2xx 的性价比很高，目前已成为高档单片机的理想替代。 TMS320C203 （以下简称 ' C203）是 TMS320C 2xx 系列中应用较为广泛的一种，本文拟就对 TMS320C203 的引导加载功能加以扩展，以支持更为广泛的应用。
1 TMS320C203器件特点
'C203的主要性能如下：
（1）指令周期为50ns、35ns或25ns；
（2）可寻址224K存储空间——64K程序、数据和I/O空间以及32K扩展数据空间；
（3）丰富的片内外设——同步串口、异步串口、锁相环、软件等待状态发生器；
（4）源码向下兼容TMS320C25，向上兼容TMS320C5x；
（5）强大的指令集——单周期乘/加、块移动、多条件转移和调用、位倒序寻址；
（6）从片外ROM中自动引导加载程序的功能。
2 引导加载（boot loader）
引导加载是指器件复位时执行一段引导程序，一般用于从端口（异步串口、 I/O 口或 HPI 主机接口）或 EPROM/FLASH 等非易失性存储器中加载程序至高速 RAM 中运行。人们所以要采用 DSP ，主要目的是利用其高速运算能力。然而，目前市场上通用的非易失性存储器速度都比较慢，少数高速器件则容量有限、价格昂贵。与此同时，高速、大容量静态 RAM 的价格已下降很多。因此，针对高速 CPU 来说，将存放在慢速非易失性存储器中的程序加载到高速静态 RAM 中运行是一种惯常用法。
'C203具有544字的片内RAM，其中的256字可配置为程序存储器。这种片内RAM配置，对于稍微复杂一点的应用来说，一般都需外扩数据和程序RAM。'C203支持上电后自动从8位EPROM/FLASH中加载程序至16位RAM中。在设计中，可采用简单的译码电路，使数据RAM 和程序RAM共享同一片物理存储器（如果是8位，则需两片），以减少印制电路板的面积。
引导加载程序一般被固化在片内ROM中，但 'C203片内并无ROM。那么，引导加载程序究竟位于何处？原来， 'C203片内有一块映射至地址FF00H处的PLA，其中存放有这段程序。利用XDS510仿真器，执行RESET功能，即可看到这段引导加载程序。
由于被加载程序存放在映射至32K全局数据空间的8位（一个16位字被拆成连续的两个8位字节）存储器中，因此被加载程序的容量限制在16K字以下。该容量对于一般应用已经足够，但一旦应用程序超出这个范围，片内原有的引导加载就不再适用。为此，我们编写了一段扩展加载程序，目的是支持0～64K字范围内的用户程序加载。上电后，片内引导加载程序首先将这段扩展程序加载到RAM中，再由这段扩展程序将最终的用户程序加载到RAM中运行。下面具体介绍相关的硬件电路和软件设计。
3 硬件设计
3.1 FLASH的选择与配置
鉴于 FLASH 存储器的可多次擦写、大容量、低价格，为此选择采用 TI 公司的 TMS28Fxxx 系列。为了能够存放最大 64K×16 位字的用户目标程序以及另外的扩展加载程序，最终决定采用 TMS28F020 （以下简称 28F020 ）。为了提高目标板的应用范围并充分利用 FLASH 的剩余空间，我们还在 28F020 的剩余空间中存放了一段简单的监控程序，可通过 C203的异步串口与 PC 机进行通信，以进行简单的调试。 28F020 的配置如图 1 。
| 3.2 FLASH译码电路设计 涉及 28F020 的译码电路，共有 4 个引脚需重点考虑：![lzh8.GIF (79 bytes)]() （片选）、 A17 、 A16 和 A15 。 为了给用户程序留出最大可用的数据空间，被加载的程序被映射至32K的全局数据空间。为此，需将28F020分成八个32K页，这可由A17、A16和A15来区分。'C203共有四个通用I/O引脚，IO0～IO3，复位后这四个引脚缺省配置为输入。可将IO2、IO1上拉后直接连至28F020的A15和A16，并在扩展的加载程序中用软件来控制IO2和IO1引脚的状态，从而达到控制A15和A16引脚之目的。由于全局数据空间与局部数据空间共享数据空间的高32K地址（8000H- FFFFH），因此 'C203的A15在加载期间一直为高电平，而用户程序又位于28F020的高端（A17为高），为此考虑将 'C203的A15直接连至28F020的A17。但扩展引导加载程序位于28F020的低端（A17为低），因此可将 'C203的A15和IO0（上拉后）逻辑“与非”后连至28F020的A17。上电后，A17为低电平，片内引导加载程序从28F020的1,8000H处加载扩展的加载程序；然后，扩展加载程序执行，配置IO0、IO1、IO2为输出，且设置IO0为低电平，使得A17为高电平，传送第一块32K×8位的用户程序；再依次设置相应的IO1、IO2，实现软分页。另外，根据图1中的存储器配置，可在IO1和28F020的A16间连线上设置一接地跳线，以在复位时分别使能监控程序和扩展引导加载程序的加载。在加载程序访问全局数据空间期间，![lzh7.GIF (83 bytes)]() （总线请求）信号一直有效，因此可将![lzh7.GIF (83 bytes)]() 用作28F020的片选信号。相关译码电路见图2。 3.3 静态RAM译码电路设计 为支持最大范围的程序和数据空间寻址，我们采用了两片 128K×8 位的 SRAM 。如果可得到 128K×16 位的 SRAM ，则只需一片，可进一步减少 PCB 板的面积。关于这部分的译码电路，重点需解决片选信号。由于程序和数据共享这两片 SRAM ，故片选逻辑可表示为 ![lzh8.GIF (79 bytes)]() = （ ![lzh10.GIF (86 bytes)]() · ![lzh9.GIF (85 bytes)]() ）。但由于在访问全局数据期间，![lzh9.GIF (85 bytes)]() 也为有效低，为防止访问全局![lzh7.GIF (83 bytes)]() 数据空间时对 SRAM 的错误访问，可采用信号封锁 SRAM 的![lzh8.GIF (79 bytes)]() 信号。因此，片选逻辑最终可表示为 ![lzh8.GIF (79 bytes)]() = （ ![lzh10.GIF (86 bytes)]() · ![lzh9.GIF (85 bytes)]() ）+ ![lzh7.GIF (83 bytes)]() 。另外，' C203 的![lzh9.GIF (85 bytes)]() 信号在数据空间无效期间一直为高，可直接连至 628128 的 A16 。从而，在![lzh9.GIF (85 bytes)]() 为低期间，数据空间有效，并占据 128K SRAM 中的低 64K ；在![lzh10.GIF (86 bytes)]() 为低期间，程序空间有效，占据高 64K 。其中一片 628128 的译码电路见图 3 。 ![lzh4.GIF (1313 bytes)]() 图4 片内引导加载支持的目标程序格式
4 软件设计 4.1 目标程序格式 | | ![lzh1.GIF (2950 bytes)]() ![lzh2.GIF (2534 bytes)]() 图2 28F020的部分译码电路 ![lzh3.GIF (1097 bytes)]() 图3 628128的部分译码电路 ![lzh5.GIF (1657 bytes)]() 图 5 扩展引导加载支持的目标程序格式 |
片内引导加载程序支持的目标程序应符合如图 4 所示的格式。开始的 4 个字节分别存放目的地址和目标程序长度。 6.63 以上版本的汇编工具包支持这 4 个字节的自动插入，而 6.60 及以下版本则需手工计算并编辑目标代码以符合这种格式。
由于扩展引导加载程序需考虑支持64K以上的用户程序，故需要采用4个字节来存放最终用户目标程序长度，相应的被加载程序格式见图5。
其中，程序长度N=（字节数/2-1）；由于片内引导加载程序退出时将程序转移至0000H处，故目的地址只能为0000H。也就是说，片内引导加载程序将首先把28F020中的扩展引导程序加载至程序空间的0000H处。为此，扩展引导程序在开始运行时应首先将自身复制到程序空间的高端，从而为进一步加载最终用户程序让出空间。
4.2 程序流程图
扩展加载程序流程图如图6所示。
![lzh6.GIF (8933 bytes)]()
图6 扩展加载程序流程图
4.3 复制自身至高端
扩展加载程序如何将自身复制至程序空间高端，是本软件设计要点之一。 TMS320C2xx 不支持程序空间中的指令移动，但允许程序空间和数据空间之间进行数据传送。为此，可考虑利用 TMS320C203 的片内 RAM B0 块，该块可由软件配置为数据或程序存储器。首先，将 B0 块配置为数据存储器，循环利用 TBLR 指令将程序空间 0000H 开始的扩展加载程序读至数据空间 0200H 开始的 B0 块中；移动完毕，再将 B0 块配置为程序存储器（ FF00H 开始）。相关代码如下：
| .text |
XFER_BOOT: |
| ；Config bLOCk B0 to data(0x200H-0x2FFH) |
| CLRC CNF |
| MAR *, AR1 |
| ；Load B0 start address 0x200H to AR1 |
| LAR AR1, #B0_SADDR |
| ； Load the start address of extended |
| ；boot loader to ACC |
| LACC #boot_end |
| ；start address-end address=length |
| SUB #boot_start |
| SACL TEMP |
| LACC #boot_start |
| RPT TEMP |
| TBLR *+ |
| ； Config block B0 to program(FF00H) |
| SETC CNF |
| B BOOT |
| .sect "bootext" |
| ； the start address of extended boot loader |
| .label boot_start |
BOOT: |
| ...( 扩展加载程序主体 ) |
| ； the end address of extended boot loader |
| .label boot_end |
4.4 存储块边界考虑
扩展加载程序以 32K 为单位将 28F020 高半部中的用户程序分块传送到 SRAM 中。并且， RPT n （重复）指令是将后续指令重复执行 n+1 次。在此过程中，要特别注意边界条件。为此，以下两点应重点考虑：
1. 即使长度高位字 Nh=0 ，但如果长度低位字 Nl ≥ FFFAH ，用户程序也将占据 28F020 中第三块 32K 用户程序空间的开头几个字节；
2. 如果长度高位字 Nh> 0 ，在考虑长度低位字 Nl 时，需加上由于目的地址和长度占据的 6 个字节。
参 考 文 献
1 Texas Instruments User’s Guide of TMS320C2xx. TI, 1995
2 Texas Instruments Data Sheet of TMS320C203/209. TI, 1995
