DSP芯片应用系列讲座_二_第4讲TMS320F281xDSP的存储器系统

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net D SP 芯片应用系列讲座 (二) 第 4 讲　TM S320F 281x D SP 的存储器系统Ξ 杨　峡1, 张雄伟2 (1. 解放军理工大学通信工程学院研究生 1 队, 江苏 南京 210007; 2. 解放军理工大学通信工程学院电子信息工程系) 摘　要: T I公司新近推出的 TM S320F281x 系列 32 位定点D SP 芯片具有丰富的存储器资源, 尤其是片内 FLA SH 与其它系列D SP 芯片的存储器相比, 有许多突出的优点。文中介绍了 TM S320F281x 存储器, 着重介绍了 片内 FLA SH、Boo t ROM 及代码保护模块的特点及用法。 关键词: 存储器; 闪速存储器; 数字信号处理器 中图分类号: TN 911. 72 文献标识码: A 文章编号: CN 3221289 (2005) 0220076205 M em o ry S ys tem of TMS 320 F281x DS P YA N G X ia1, ZH A N G X iong 2w ei2 (1. Po stgraduate T eam 1 ICE, PLAU ST , N anjing 210007, Ch ina; 2. D epartm ent of E lectron ic Info rm ation Engineering ICE, PLAU ST ) A bs tra c t: T he TM S320F281x 322b it f ixed2po in t d ig ita l signal p rocesso rs released recen t ly by T exas In st rum en ts Inco rpo ra ted have abundan t m emo ry resou rces. Compared w ith the o ther D SP series, the FLA SH m emo ry of TM S320F281x series has m any advan tages. T h is paper f irst ly p resen ted an in troduct ion of the TM S320F281x m emo ry system , and then the FLA SH m emo ry, Boo t ROM and code secu rity modu le in deta il. Ke y w o rds: m emo ry; FLA SH; D SP TM S320F281x (以下简称 F281x ) 系列 D SP 芯片片内具有多种类型的存储器, 包括只读存储器 (ROM )、单存取随机存储器 (SA RAM )、片内闪存 (FLA SH ) 和一次性可编程存储器 (O T P)。本文重点介绍 了 F281x 系列D SP 芯片的片内存储器及代码保护模块 (CSM )的特点与主要用法。 1　TM S320F281x 存储器系统概述 F281x D SP 芯片内部提供了 FLA SH、ROM、SA RAM 和Boo t ROM 等多种类型的存储器, 具有 4M 的 程序和数据地址空间, 限于篇幅, 这里不列出存储器的地址映射图, 需要时读者可查阅参考文献[ 1 ]。 1. 1　FLASH 闪速存储器 FLA SH 是一种电可擦除与编程的非易失性存储器。F281x 的 FLA SH 有对应控制寄存器, 第 26 卷 第 2 期 2005 年 6 月 军　事　通　信　技　术 Journal of M ilitary Comm unications T echno logy V o l. 26 N o. 2　 June. 2005　 Ξ 收稿日期: 2005203210 作者简介: 杨　峡 (1981- ) , 女, 硕士生. © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 它们控制闪速存储器的擦除、编程和测试。 F2812öF2811 内部有 128 K 字的 FLA SH , 地址空间 3D 8000h～ 3F7FFFh; F2810 有 64 K 字的 FLA SH , 地址空间 3E8000h～ 3F7FFFh。F281x 的 FLA SH 既可以映射到程序存储空间也可以映射到数据存储空间。 与其它类型的存储器相比, FLA SH 具有如下一些特点。 (1) 在线可编程能力。系统的软件升级快捷、方便, 同时也降低了系统的升级成本。 ( 2) 多分区。F2812öF2811 中, FLA SH 分为 4 个 8 K 和 6 个 16 K 的存储块 (F2810 中为 2 个 8 K 和 3 个 16 K)。以块为单位进行编程, 可编程时间短。 (3) 代码保护模块。提供 128 b it 的软件加密保护。 (4) 支持低功耗模式。 (5) 具有独立于 CPU 流水线的 FLA SH 流水线模式。运用在这种模式中的预取机制可以减少 FLA SH 中线性运算所需的等待状态数, 提高代码在 FLA SH 中的运行效率。 (6) 支持等待状态数编程, 使用灵活方便。 1. 2　OTP F281xD SP 芯片内部包含 1 K 字大小的一次性可编程存储器 (O T P) , 地址空间 3D 7800h～ 3D 7BFFh。 O T P 既可映射到程序空间, 也可映射到数据空间。 与 FLA SH 类似, O T P 也具有CSM 代码保护、支持低功耗模式、可编程等待状态数等特点。所不同的 是,O T P 一次写入后就不能被擦除和修改。 1. 3　SARAM 片内单存取存储器 SA RAM 是一种每个机器周期能访问一次的随机存储器。F281xD SP 芯片内部有 18 K 的 SA RAM。包括M 0 (0000h～ 03FFh, 1 K)、M 1 (0400h～ 07FFh, 1 K)、L 0 (8000h～ 8FFFh, 4 K)、L 1 (9000h～ 9FFFh, 4 K)、H 0 (3F8000h～ 3F9FFFh, 8 K)共 5 个存储块。其中, M 0 与 F240x 中的B 0、B 1 和B 2 RAM 块映射在相同的物理地址空间, 以保持程序的兼容性。各存储块保持独立, 可以在同一机器周期对不 同的RAM 块进行访问, 从而减少流水线时延。 SA RAM 中运行的代码可以从 FLA SH 或外部通信口调入, 代码装入片内 SA RAM 后可全速执行。 1. 4　Boot ROM Boo t ROM 是一种非易失性的只读存储器, 它在芯片出厂前已由厂家进行烧录。F281x 具有 4 K Boo t ROM , 地址 3FF000h～ 3FFFFFh。 Boo t ROM 中包含芯片复位时的初始化程序、导入加载程序、中断向量表和一些标准化的数据表等。 2　Boot ROM 的原理及用法 芯片启动时, 需要完成哪些初始化工作? 怎样将用户代码从外部导入片内存储器或外部扩展存储器, 以 便CPU 执行? 怎样引导程序指针指向用户代码的入口处并开始执行代码? 这些便是Boo t ROM 的初始化及 导入加载程序所要完成的任务。 2. 1　Boot ROM 的内容 在Boo t ROM 存储空间中, 包含了初始化及导入加载程序、版本版权信息、CPU 中断向量表、标准化数 据表 (如正余弦表、归一化平方根表、归一化倒数表)等内容。 2. 2　程序的导入加载 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 对于具有外部扩展存储器的D SP 芯片 (F2812) , 程序是从Boo t ROM 还是从X IN T F 导入加载是由输 77　第 2 期　　　　　　　　　　　　杨　峡等: TM S320F281x D SP 的存储器系统　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 入信号XM PNM C 决定的。CPU 在芯片启动时采样XM PNM C 信号, 当它为 1 时, 程序从X IN T F 的 7 区导 入加载, 为 0 时, 则从BOO T ROM 导入加载。 当采用BOO T ROM 的导入加载方式时, 芯片启动后, 首先从 0x3FFFC0 读取复位中断地址, 转入导入 加载程序; 然后导入加载程序根据 GP IO 口的状态来判断使用哪种自举加载模式并调用相应的自举加载子 程序进行程序导入加载; 最后CPU 转入自举加载时获取的程序入口地址, 开始执行用户代码。 2. 3　自举加载模式 F281x D SP 芯片可选的自举加载模式有 6 种, 分别是: 直接转入 FLA SH (0x3F7FF6)、直接转入 H 0 SA RAM (0x3F8000)、直接转入O T P (0x3D 7800)、调用 SP I- Boo t 子程序从 SP I口自举加载、调用 SC I- Boo t 子程序从 SC I2A 口自举加载、调用 Parallel- Boo t 子程序从 GP IO 口自举加载。表 1 反映了 GP IO 口状态对 加载模式的影响。 表 1　F281x 自举加载模式 GP IO F4 GP IO F12 GP IO F3 GP IO F2 模 式 选 择 1 X X X 直接跳至 FLA SH 地址 (0x3F7FF6) 0 1 X X SP I EEPROM 导入加载模式 0 0 1 1 SC I2A 导入加载模式 0 0 1 0 直接跳至H 0 SA RAM 地址 (0x3F8000) 0 0 0 1 直接跳至O T P 地址 (0x3D 7800) 0 0 0 0 GP IO 导入加载模式 下面以从 SC I2A 口自举加 载模式为例, 进行简单介绍, 其余 模式读者可查阅参考文献[ 2 ]。 从 SC I2A 口自举加载: 芯片 启 动 时 若 检 测 到 GP IO 4、 GP IO 12、GP IO 3、GP IO 2 口的状 态分别为 0、0、1、1, 选择此模式, 将用户代码通过 SC I2A 串口导 入内部存储器。这种模式只支持 图 1　SC I2A 导入加载示意图8 b it 的数据流格式。数据流的最初两个字节构成导入目的地址。程序导入结束后, CPU 将转到这个地址执行程序。图 1 是此模式的示意图。外部数据源通过 SC IRXDA 向 D SP 传输数据流,D SP 每接收一个数据并将其存入指定的存储器后, 就会向外部数据源发送 SC ITXDA 信号表示确认, 并开始接收下一个数据。 3　片内 FLASH 多达 128 K 字的片内 FLA SH 是 F281x 系列D SP 芯片的一大优势。下面主要介绍片内 FLA SH 的特点 及用法。 3. 1　FLASH 的特点及其相应的控制寄存器 (1) FLA SH 流水线模式。相应的控制寄存器为 FO PT。将 FO PT 寄存器的 EN P IPE 位置 1 可以开启 FLA SH 流水线模式。 (2) 多种功耗模式: 相应的控制寄存器为 FPW R 和 FSTA TU S。 ( 3) 可编程的等待状态数: 相应的控制寄存器有 FSTDBYW A IT、FA CT IV EW A IT、FBAN KW A IT、 FO T PW A IT。 有关寄存器每个比特位的定义, 读者可查阅参考文献[ 3 ]。 3. 2　FLASH 编程 前面讲到的程序导入加载模式中, 若根据 GP IO 口状态选择了直接跳至 FLA SH 地址模式, 为保证程序 在 FLA SH 中顺利运行, 应该做好哪些工作呢? 下面简单介绍这个问题。 (1) 创建. cm d 文件 87 军　事　通　信　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　2005 年　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net F281x 系列D SP 芯片存储器最基本的单位是块。代码块和数据块都运行或存储到相应的块中。. cm d 文 件就是为指定范围的存储块命名并指导编译链接器将程序代码或数据链接到存储块中的文件。 下面是一个简单的. cm d 文件。 . M EM OR Y {PA GE 0: ö3 程序存储空间3 ö 　CSM - R SVD: o rigin= 0x3F7F80, length= 0x000076 　PA SSWORD S: o rigin= 0x3F7FF8, length= 0x000008} SECT ION S {ö3 3 3 代码保护密码3 3 3 ö 　passw o rds: LOAD = PA SSWORD S, PA GE= 0 　csm - rsvd: LOAD = CSM - R SVD , PA GE= 0} 这个. cm d 文件命名了CSM - R SVD 和 PA SSW ORD S 两个存储块, 并将passw o rds 和 csm - rsvd 两个变 量分别链接到这两个存储块中。 　　 (2) 中断向量表的复制 有的程序代码或数据 (如中断向量表) 是不能直接在D SP 系统的 FLA SH 中运行的, 需要在运行主程序 前将它们从 FLA SH 复制到 SA RAM 中。具体需要复制的内容及复制方法, 读者可查阅参考文献[ 4 ]。 3. 3　FLASH 烧录 当程序通过调试, 确认运行没有错误后, 就可以将其烧录到 FLA SH 中。在烧写 FLA SH 之前, 必须安装 T I 的 FLA SH 编程插件。插件安装成功后, 启动 CCS 就可以在 Too ls 菜单看到O n2Ch ip F lash P rogramm er 命令。执行该命令, 系统弹出片内 FLA SH 配置对话框。选择目标D SP 芯片类型, 点击O K 按钮, 系统弹出片 内 FLA SH 编程对话框。在此对话框中, 对系统时钟、编程扇区、代码保护密码等参数进行设置, 然后选择烧 录目标文件, 进行清零、擦除、编程操作。在编程操作结束后, 系统在诊断输出窗口显示诊断信息。 烧录 FLA SH 时有以下几点注意事项: ①芯片出厂时, FLA SH 处于擦除的状态, 所有比特位都是 1; ② 只有 FLA SH 能被擦除, O T P 不能被擦除; ③烧录只能使比特位从 1 到 0 而不能使其从 0 到 1, 烧录可以作 用于 FLA SH 和O T P; ④烧录代码必须运行在 SA RAM 中。 4　代码保护模块 (CSM ) 4. 1　CSM 的用途及作用范围 　　F281x D SP 芯片的代码保护模块提供 128 比特的密码保护, 以保护版权。整个 FLA SH、O T P、L 0、L 1 SA RAM 以及 FLA SH 控制寄存器均受CSM 模块保护。CSM 提供两个层次的保护: ①有效阻止非法用户通 过 JTA G 接口对安全区的代码进行扫描; ②在芯片内部存储器中, 只有运行在安全区的代码可以访问其它 安全区, 非安全区的代码不能访问安全区。 4. 2　CSM 寄存器 (1) CSM SCR 寄存器。该寄存器的 FORCESEC 比特位置 1 时可以清除 KEY 寄存器的密码, 从而开启 CSM 保护。 (2) 密码存储区 PW L (0x003F7FF8～ 0x003F7FFF)。烧录 FLA SH 时, 将密码烧入此存储区。需要注 意的是: ①避免用 128b it 的 0 作为密码。否则, 芯片会永久锁死, 不能再调试或重新编程; ②如果开启CSM , 为确保安全性, 0x3F7F80～ 0x3F7FF5 的空间不能用于代码或数据存储, 而应该全部置 0。 (3) 密钥寄存器 KEY (0x00000A E0～ 0x00000A E7)。这是用户写入的用于校验的密码。 97　第 2 期　　　　　　　　　　　　杨　峡等: TM S320F281x D SP 的存储器系统　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 4. 3　CSM 的密钥匹配流程及解密方法 芯片启动时首先初始化 KEY 寄存器 (初始化为全 1) , 此时用户代码是安全的; 接着读取 PW L , 如果 PW L 为全 0, 则芯片永久锁死, 如果为全 1, 则自动解除CSM 保护, 若两种情况都不符合, 则将校验密码写 入 KEY 寄存器, 然后与 PW L 进行密码匹配。若匹配成功, 用户代码才能访问CSM 保护的存储区。 解密就是要将校验密码写入 KEY 寄存器, 这样当保护区的存储器被访问时, CSM 模块会先用校验密 码与 PW L 中的密码进行匹配。解密的程序如下。 vo lat ile in t3 CSM = 0x000A E0; ööCSM 为 KEY 寄存器地址 vo lat ile in t3 PWL = 0x3F7FF8; ööPWL 为密码存储区地址 vo lat ile in t tmp; in t i;öö将校验密码写入 KEY 寄存器 asm (”EALLOW ”) ; öö暂时取消 KEY 寄存器的 EALLOW 保护3 CSM + + = PA SSWORD 0;3 CSM + + = PA SSWORD 1;3 CSM + + = PA SSWORD 2;3 CSM + + = PA SSWORD 3;3 CSM + + = PA SSWORD 4;3 CSM + + = PA SSWORD 5;3 CSM + + = PA SSWORD 6;3 CSM + + = PA SSWORD 7; asm (”ED IS”) ; öö重新开启 EALLOW 保护 下面的程序是将 KEY 中的校验密码清除, 重新开启CSM 保护。 vo lat ile in t 3 CSM = 0x000A E0;öö下面将 FORCESEC 比特置位以清除 KEY asm (”EALLOW ”) ;3 CSM = 0x8000; asm (”ED IS”) ; 5　结束语 本文简要介绍了 F281x D SP 的存储器系统, 重点对片内 FLA SH、Boo t ROM 及代码保护模块进行了介 绍。丰富的存储器资源, 使得该系列D SP 芯片可灵活运用于多种场合, 降低了系统成本与体积, 同进, 也可方 便地实现软件的加密, 确保系统代码的安全。 参考文献: [1 ]　T exas Instrum ents. TM S320F281xöTM S320C281x digita l signal p rocesso rs data m anual [ EBöOL ]. h ttp: ööwww. ti. com , 2004212209. [2 ]　T exas Instrum ents. TM S320F28x D SP Boo t ROM reference gu ide[EB öOL ]. h ttp: ööwww. ti. com , 2003212216. [3 ]　T exas Instrum ents. TM S320F28x D SP system contro l and in terrup ts reference gu ide [ EBöOL ]. h ttp: ööwww. ti. com , 2003212213. [4 ]　T exas Instrum ents. R unning an app licat ion from in ternal flash m emo ry on the TM S320F281x D SP [ EB öOL ]. h ttp: öö www. ti. com , 2003212220. 08 军　事　通　信　技　术　　　　　　　　　　　　　　　　　2005 年