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Flash存儲器在TMS320C3x系統中的應用
摘要：以基于TMS320C32 DSP開發的故障錄波裝置為模型，介紹AMD公司的Flash存儲器Am29F040的原理和應用；利用它操作過程實現斷電后仍然可以將子程序保存在Flash存儲器內的特性，結合TMS320C3x提出實現DSP系統上電后用戶程序的自動引導的方法。關鍵詞：Flash存儲器 TMS320C32 自動引導 Am29F040
引言
在對電力系統斷路器的狀態監測過程中，需要對故障數據進行保存，以便于查撲克；在則故障期間難免會出現停機的現象，因此，如何在斷電的狀態下保存數據，就成為一個關鍵問題。對于故障出現的監測裝置必須滿足兩個基本的特性——實時性和快速性。這兩種特性都需要以快速處理大量的數據信息為基礎，所以我們采用數據信號處理DSP來滿足這方面的要求�，F在，閃存（Flash Memory）已經成為DSP系統的一個基本的配置。
這里Flash存儲器主要用來存放用戶程序代碼。一般來說，將用戶需要的程序代碼裝入Flash存儲器有三種方法：一種是在存儲器出廠前將數據寫入；一種是用戶使用編程器自己編程；最后一種是將存儲器安裝在用戶電路板后進行編程。隨著芯片制造工藝的提高，芯片的集成度也越來越高，使Flash存儲器正在向小型化、帖片式方向發展。本文結合TMS320C3x系列的DSP上電引導表產生方法，討論AMD公司生產的Am29F040閃存在系統中的編程方法。
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1 Flash存儲器Am29F040
Am29F040是AMD公司生產的Flash存儲器，主要作用是固化程序和保存歷史數據，也就是開機后執行閃存的程序，并在程序執行的過程中實時地保存或修改其內部的數據單元。
下面首先介紹Am29F040的特點和操作。
Am29F040是采用5V單電源供電的可編程只讀存儲器，是一種電可擦除與重新編程的器件。該器件由8個獨立的64K字節塊組成，訪問速度為55～150ns。片內的狀態機編程和擦除器件、嵌入式字節編程與區段/芯片擦除功能是全自動的。內部結構框圖如圖1所示。
A0～A18：地址線。其中A8～A18提供存儲區地址，行地址確定所在扇區；A0～A7選定其扇區的一個字節，扇區容量是256字節。
DQ0～DQ7：數據輸入/輸出。在讀周期輸出數據；
在寫周期接收數據。寫過程中寫入的數據被內部鎖存。
CE：輸入，芯片使能，低電平時選中該器件。
OE：輸入，輸出使能，低電平時打開數據輸出緩沖區，允許讀操作。
WE：輸入，寫使能，低電平時允許寫操作。
Vcc為5V電源。Vss為地。
工用方式有讀方式、待機方式、輸出禁止及算法選擇。
例如，對于寫操作的編程命令，如表1所列。
其中：RA為被讀出的存儲單元地址；
PA為被編程的存儲單元地址；
RD為所選地址單元被讀出的數據；
PD為所選地址單元被編程的數據。
除編程地址、區段地址和讀地址之外的所有總線周期地址，地址引腳A18、A17、A16、A15為高或低。
下面以命令表的編程命令為例。簡要介紹字節編程。表1所列命令是一個4總線周期指令。首先，在地址5555H寫入數據0AAH，地址2AAAH寫入數據055H，再在地址5555H寫入數據A0H，最后是編程的地址和數據。
表1 軟件命令簡表
對于芯片擦除功能，自動地提供編程和電擦除之前，校驗所有存儲單元所需的電壓和時序，然后自動擦除并校驗單元界限。利用數據輪詢（datapolling）特性，可以監視自動芯片擦除操作期間器件的狀態，以檢驗操作是否完成。
程序如下：
int Chip_Erase()
{
(int)0x00005555=0xAAAAAAAA; /*寫芯片擦除命令部分*/
*（int *）0x00002AAA=0x55555555;
*(int *)0x00005555=0x80808080;
*(int)0x00005555=0xAAAAAAAA;
*(int *)0x00002AAA=0x55555555;
*(int *)0x00005555=0x10101010;
while((*int)0x00005555&0x80808080)!=0x80808080)/*數據輪詢*/
對于區段擦除暫停，在區段擦除期間擦除暫停有效，數據值為B0H，不管地址值。區段擦除恢復，僅在擦除暫停之后擦除有效，數據值為30H，不管地址值。下面是簡要的程序代碼：
int Sector_Erase(sectadd)
int * sectadd;
{
(int)0x00005555=0xAAAAAAAA; /*寫區段擦除命令部分*/
*（int *）0x00002AAA=0x55555555;
*(int *)0x00005555=0x80808080;
*(int *)0x00005555=0xAAAAAAAA;
*(int *)0x00002AAA=0x55555555;
*sectadd=0x30303030;
對于數據保護，此特性禁止在1～8個區段的任何組合進行編程和擦除操作。執行編程和擦除被保護區段的命令時，不改變區段內的數據。數據輪詢位和跳轉位工作在2～100μs，然后返回到有效數據。在地址引腳A9和控制引腳E，使用11.5～12.5V高電壓VID，且在控制引腳E上使用VIL將使此特性起作用。其具體操作為：當W為VIH，E為VIL且地址引腳G為VID時，區段保護方式被激活，地址引腳A18、A17、A16用來選擇被保護的區段。一旦地址穩定，W處于脈沖低電平，操作開始于W的下降沿。
2 在TMS320C3x中的應用
TMS320C3x支持32位或16位寬度的程序外部存儲器。由于Am209F040的數據寬度是8位，而從RAM單元中取出的數據寬度為32位，所以還要采用移位的方法寫入Am29F040。
引導表的格式主要由下面幾部分組成：首先，是包括引導表數據寬度和其它數據總線寄存器值的頭文件。接著，是COFF文件中各個段的數據，其中每個段都包含一個該段的文件頭來說明該段的代碼長度和地址。最后是結束段。
這里，采用COFF格式生成引導表比較麻煩。TI公司提供了一個很有用的轉換工具HEX30，只須編寫一個命令文件，就可使用這個轉化工具自動生成引導表。Flash存儲器燒寫流程如圖2所示。
采用TI公司的TMS320C32的DSP，AMD公司生產的8位Am29F040作為Flash存儲器，這里使用了4片Am29F040。
編寫時必須注意：
①目標字寬度，也就是處理器的操作碼長度。選好DSP后，該長度也就確定了。按照我們的例子為32位。
②數據寬度。由-datawidth設定，為32位。
③存儲器寬度。由-Memwidth設定，本例中為32位。
④ROM寬度。由-romwidth設定，為8位，由Flash存儲器確定。
程序如下：
C3XCHECK.OUT
-MAP 29f040.MAP
-i /*輸出文件為Intel格式*/
-datawidth 32
-Memwidth 32
-romwidth 8
ROMS
{
FLASHROM：org=000000h,len=80000h,romwidth=8, /*512K×8*/
files={f040.b0 f040.b1 f040.b2 f040.b3}
}
SECTIONS
{
.text :paddr=00000040h
.ffttxt:paddr=000008d1h
.data:paddr=0000000h
.sintab:paddr=000009eeh
.paras:paddr=00000a2eh
}
命令文件按照上述編寫，生成了4個文件，分別為f040.b0、f040.b1、f040.b2及f040.b3，然后可以直接用編程器燒寫至4片Am29F040即可。
利用上面的方法已經可以完成工作，但是我們還可以利用TMS320C32的boot loader(上電加載)功能直接調入到存儲器中。
DSP芯片復位以后，將自動地運行固化0H～0FFH空間內的引導裝載程序，執行引導程序裝載功能。進入引導裝載程序以后，DSP將一直等待中斷INT0～INT3的中斷狀態，根據不同中斷，決定是以BOOT1～BOOT3的存儲空間裝載程序到指定的快速閃存，還是以從串口將程序引導裝載到指定的快速閃存。TI公司的引導裝載程序公開的（如果需要，可由其網站下載得到）。實現引導裝載功能時，需要自己設計程序頭，其中必須描述：
①待裝載程序的存儲器寬度為8位/16位/32位；
②SWW等待狀態發生器的方式；
③裝載到快速RAM的程序大��；
④裝載的目的地址。
如果在實際系統中目的地址不止一個，其操作過程也是一樣的，當一個模塊裝載完畢以后，如果還有一個另外的模塊，那么它將繼續執行。與上面的方法一樣，在程序頭加上必要的信息就可以了。
如將引導表作為程序的一個初始化段，在運行程序的時候將該段的內容也直接寫到Flash存儲器里面。具體來說，首先編寫段C語言程序，將上面由HEX30生成的文件轉化為.dat數據文件（使得DSP可以識別，DSP不能識別.b0文件）。然后，在編程程序中建一個段，其中包含這個數據文件。最后，在直接運行程序時，將其中的內容燒寫到存儲器里面。采用這種方法，比采用EPROM編程器編程速度更快，而且省時省力，需要修改時不用取出Flash存儲器，可以在線編程修改。
3 結論
通過實際的電路仿真測試，證明這種設計思想簡單、程序語法正確，數據傳輸效率高，充分利用了TMS320C32編程語言特點。這種方法能夠實現Flash存儲器在系統編程和在DSP系統上電后的用戶程序的自動引導。同時，由對Flash存儲器Am29F040應用的討論可知，其不僅可以利用編程器編程，而且可以通過TMS320C32在線進行擦除、讀寫及編程。
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