CN103019774A - 一种dsp处理器的动态重载方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种DSP处理器的动态重载方法，包括以下步骤：1、生成映像文件；2、DSP处理器的初始化；3、重载接口函数将映像文件中的重载内核引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖初始应用程序；4、内部存储器中的重载内核将存储在外部存储空间中的映像文件中的应用程序引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖重载内核，生成待运行的应用程序；5、执行待运行的应用程序，完成动态重载。针对嵌入式信号处理ADSP-TS20xS系列处理器硬件平台传统的引导加载方式不能满足系统功能重构的需求，本发明增加了重载内核，利用该重载内核可以实现对程序映像的实时动态重载操作，从而提高了嵌入式系统的重构能力。

Description

一种DSP处理器的动态重载方法

技术领域

本发明属于嵌入式信号处理领域，具体涉及一种DSP处理器的动态重载方法。

背景技术

综合航空电子系统对其内部的各个功能模块提出了应用数据集中存储，实时重构等要求，但是当前嵌入式DSP的应用，都是将应用程序存储在非易失性的外部存储器中，在系统上电后，再从外部存储器加载到DSP内存中，重新启动运行应用程序。

随着航空电子系统从维护保障和系统功能重构方面对嵌入式DSP处理器应用提出了新的要求，如程序集中存储、任务重载等等，这种传统的局部固化应用程序的方式已经不能满足应用要求。

而具有动态重载功能的信号处理模块由于引导方式受外部硬件条件（如存储器容量、接口方式等）限制小，应用的调试、维护升级方式便捷，能极大提高系统的应用灵活性、可靠性和可维护性。面向这种需求，基于ADI公司的TigerSHARC ADSP-TS20xS系列处理器平台的应用加载技术。

ADI公司的ADSP-TS20xS处理器支持四种加载方式：EPROM引导方式（PROM-Boot），链路口引导方式（LINK-Boot）、主机引导方式（HOST-Boot）和非引导方式。前三种加载方式分别通过ADI公司的调试开发环境VisualDSP++提供的三种引导程序内核来实现，分别通过处理器外部总线、链路口和外部主机来完成三种加载方式，以实现程序引导操作与加载操作。而非引导方式则是通过外部不同的Strap信号（对应DSP外部配置引脚的启动），配置不同的启动地址，从而让DSP从内部存储器的对应地址开始执行程序。

虽然ADI公司提供的三种重载内核能够满足加载的需要，但无法提供动态加载，本发明通过开发一种外部存储器接口类型不受限制的重载内核，利用该重载内核，将加载程序文件存储于任意DSP可以访问的外部存储器空间，甚至可以采用接收外部设备传输加载文件的操作形式，利用具体DSP电路所设计的通讯总线传输被加载程序映像数据，再启动应用程序重载进程，最终实现DSP的实时重载操作。这种新的重载方法极大地提高了嵌入式应用开发的灵活性，为嵌入式系统应用软件功能重构提供了一种新的途径。

发明内容

针对嵌入式信号处理ADSP-TS20xS系列处理器硬件平台传统的引导加载方式不能满足系统功能重构的需求，提出一种DSP处理器的动态重载方法，该重载方法中增加了重载内核，利用该重载内核可以实现对程序映像的实时动态重载操作，从而提高了嵌入式系统的重构能力，并为系统功能软件的升级和维护提供了一种简便、可靠的方法。

本发明的技术解决方案：

一种DSP处理器的动态重载方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】生成映像文件：

在DSP处理器的开发环境下，将待重载的应用程序结合重载内核生成映像文件，

重载内核能够实现从外部动态存储器中加载应用程序，并定义了映像文件在外部存储空间中的存储地址；

2】DSP处理器的初始化：

利用任意应用程序作为初始应用程序对DSP处理器进行初始化，并利用初始应用程序通过DSP处理器的外部接口获取映像文件，并把映像文件存放在重载内核指定的外部存储空间中；

所述初始应用程序中包括重载接口函数；

所述重载接口函数能够实现从外部动态存储器中加载重载内核；

3】重载接口函数将映像文件中的重载内核引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖初始应用程序：

4】内部存储器中的重载内核将存储在外部存储空间中的映像文件中的应用程序引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖重载内核，生成待运行的应用程序；

5】执行待运行的应用程序，完成动态重载。

步骤4】的具体步骤为：

4.1】内部存储器中的重载内核根据外部存储空间中的应用程序启动DMA操作，从应用程序的第257个字开始按照数据块依次加载到内部存储器中，从内部存储器的第257个字起按照数据块依次存储，直至加载至最后一个数据块；

4.2】将应用程序的前256个字中的前四个字存储在通用寄存器中，并同时在内部存储器的前四个字存储单元中依次写入：

指令1）中断返回地址为DSP处理器的内部存储器零地址；

指令2）禁止所有中断；

指令3）将存储在通用寄存器中的前四个字存储在内部存储器的前四个字存储单元中；

4.3】内部存储器中的重载内核启动一个252字的DMA，此时DSP处理器处于空闲状态，

4.4】利用252字的DMA将应用程序的前256个字中的后252个字引导复制到内部存储器中并去覆盖重载内核的后252个字，直到252字的DMA的引导复制操作完成，此刻中断触发，依次执行指令1）-3），待运行的应用程序生成完毕。

步骤3】的具体步骤为：

3.1】将重载内核中的前四个字存储在通用寄存器中，并同时在内部存储器的前四个字存储单元中依次写入：

指令1）中断返回地址为DSP处理器的内部存储器零地址；

指令2）禁止所有中断；

指令3）将存储在通用寄存器中的前四个字存储至内部存储器的前四个字存储单元中；

3.2】重载接口函数启动一个252字的DMA，此时DSP处理器处于空闲状态；

3.3】利用252字的DMA将重载内核中的后252个字引导复制到内部存储器中并去覆盖初始应用程序的后252个字，直到252字的DMA的引导复制操作完成，此刻中断触发，依次执行指令1）-3），重载内核引导复制完成。

本发明的优点是：

1、在ADI公司提供的四种加载方式之外，本发明开发的一种存储空间、存储类型不受限制的加载方式，提高了应用灵活性与可用性。配合相应DSP外部接口调用，可实现多个应用程序多次加载，不需费时费力地反复对引导PROM芯片进行编程等擦写操作，易于应用程序的调试、升级和维护。

2、新开发的重载内核的使用方法与ADI公司原先提供的3种加载核的应用模式一致，并与DSP开发环境Visual DSP++实现无缝连接，不需作任何修改，用户应用程序的开发、编译使用简单易行。

3、动态重载方法使用的重载内核以及初始应用程序中调用的重载接口函数均使用ADI公司针对ADSP-TS20xS处理器平台的汇编语言编写，即受编译器优化设置的影响较小，其与编译生成机器指令代码差异较小，保证了代码执行的可靠性和重载功能的稳定性。

附图说明

图1为本发明动态重载过程示意图；

图2为本发明映像文件格式及引导说明。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

动态重载的实现步骤

以ADSP-TS201S处理器为例说明动态重载过程见图1所示，其主要流程及步骤如下：

（1）生成映像文件：

在DSP处理器的开发环境下，将待重载的应用程序结合重载内核生成映像文件；其中重载内核能够实现从外部动态存储器中加载应用程序，并定义了映像文件在外部存储空间中的存储地址；

（2）重载应用映像数据的准备（即DSP处理器的初始化）；

（3）重载接口函数将映像文件中的重载内核引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖初始应用程序；

（4）重载内核代码执行，完成待运行的应用程序的引导复制和启动；

（5）执行待运行的应用程序，实现动态重载过程。

动态重载过程简而言之就是，重载接口函数完成RAM-Boot重载内核的搬家工作，而重载内核的任务是从外部存储空间中取出用户应用程序，加载到DSP处理器的内部存储器中去，对相关寄存器的初始配置，并完成随后启动用户应用程序的工作，这样ADSP-TS201S就完成了用户代码重载。

（2）应用映像数据的准备：

利用任意应用程序作为初始应用程序对DSP处理器进行初始化，并利用初始应用程序通过DSP处理器的外部接口获取映像文件，并把映像文件存放在重载内核指定的外部存储空间中；

在图1中第(1)步中将被动态重载的映像文件（*.ldr）复制到重载内核指定的外部存储空间中的存储地址（例如SDRAM或外部RAM）。该步获取映像文件的方式可以任何硬件设计支持的方式，例如外部存储总线扩展的I/O接口、Link端口、外部扩展的PCI、以太网等接口，或者是自定义的通讯接口等方式。通过以上接口只是进行一个数据复制过程，将映像文件数据复制到指定地址的缓冲区中。

（3）重载内核数据的引导：重载接口函数将映像文件中的重载内核引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖初始应用程序；

在前一步中ADSP-TS201S处理器初始化（包括对外部RAM访问接口的初始化，若使用SDRAM作为缓存，还应初始化SDRAM控制），并完成数据准备工作。

第(2)步中调用重载接口函数，指定空间地址的重载内核的256个32位字长度的Boot重载内核复制到DSP处理器的内部存储器的0x00—0xFF空间内，并启动执行RAM-Boot重载内核，实现用户应用程序的加载运行。本步数据复制搬家过程类似与PROM-Boot加载核的工作原理。

其原理是将重载内核的头四个32位字暂存在通用寄存器中，并在DSP内部0地址的头四个单元内依次填入设置中断地址0、清除中断、禁止全局中断的指令代码，以及将存储在通用寄存器中的前四个字存储在内部存储器的前四个字存储单元中；随后重载接口函数启动一个252字的DMA，此时DSP处理器处于空闲状态；利用252字的DMA将重载内核中的后252个字引导复制到内部存储器中并去覆盖初始应用程序的后252个字，直到252字的DMA的引导复制操作完成，传输到地址0x04-0xFF，此刻中断触发，依DMA完成后引发的中断会执行0地址处的指令，这样在执行应用程序之前配置并禁止了中断，最终完成了加载核覆盖。

RAM-Boot重载内核与PROM-Boot引导方式也有不同之处。前者是从PROM的0x400地址开始，后者则从RAM的指定地址开始，即数据源地址不同；由于PROM的总线宽度（8位）与SDRAM的总线宽度（64位或32位）不同，数据空间地址的修改量也不同。另外，在RAM-Boot加载核运行之前，要求RAM或SDRAM已完成初始化。

（4）待运行的应用程序的引导复制：

第(3)步中，RAM-Boot重载内核执行应用程序的复制和启动任务。重载内核按照ldr文件格式（图2中所示）解析应用程序中的初始数据块的加载地址和长度，并将其复制到DSP处理器内部存储器的相应存储空间内。该过程按照ADI公司ldr文件传输格式定义进行。

重载内核启动一系列单字DMA操作，把后续应用程序加载到内部存储器中。加载程序分析来自于RAM的数据块的头两个32位字，第一个字是标识字，定义了数据块类型和处理器ID号。第二个标签字是指向的目标地址。若数据块类型不是最后初始化，且当前处理器ID号相符，则将确定长度的数据传输到指定地址。循环执行该过程。

若数据块的标识字表明当前进行的是最终初始化传输，重载内核就会启动一个252字的DMA，使其自身被用户应用程序代码覆盖，并在DMA传输完成后使用中断来启动应用程序。DMA通道0的中断矢量入口地址为内部存储器地址0，用户的应用代码从地址0开始执行。该过程与第(2)步中重载内核的引导复制过程一致。该操作执行到最后，重载内核也将被用户应用程序数据覆盖，DSP处理器重新从零地址开始运行用户代码。

应用成素的重载算法具体步骤如下：

a.用户代码的前四个指令（地址0x00000000-0x00000003处）从PROM开始的DMA，并且存储在寄存器XR11:8中。

b.下面的代码写入地址0x00000000-0x00000003

RETI=0;;/*设置RETI寄存器，确定中断返回地址*/

SQCTL=yR0;;/*禁用所有的全局中断*/

RTI(ABS)(NP);Q[j31+=0]=xR11:8;;

/*降低中断级为0，并将原先保存在xR11:8中的用户代码放置在地址0x00000000-0x00000003中*/

即DMA0中断矢量设置在地址0x00000000中。并停止SQCTL全局中断，使能SQCTL_NMOD，SQCTL_TRCBEN。随后并清空高速缓存Cache，再重新启用。

c.设置DMA，将RAM-Boot核代码的252个字符传输到地址0x00000004-0x000000FF上。TCB设置完成后，开始进行DMA传输，处理器进入到IDLE状态。

d.通过写入TCB操作启动DMA，然后DSP处理器处于空闲状态。

e.当DMA执行完成后，中断操作唤醒ADSP-TS201S处理器，指令指针跳到0x00000000地址，此时才执行原先暂存在xR11:8中的用户代码，及RAM-Boot加载核代码）。注意有必要选择NP，以阻止RTI从高速缓存进入BTB中。

（5）完成动态重载，启动新应用代码

第(4)步即应用代码启动执行，重新初始化处理器以及接口部件，实现新功能应用程序的运行。

动态重载功能的应用实现和使用

动态重载功能的应用实现分为两部分。一部分是在应用程序中加入对启动重载功能的重载接口函数调用；另一部分是将被重载的应用程序与动态重载内核在VisualDSP环境下一起编译生成ldr加载文件。两部分一同构成了动态重载功能的实现。

应用程序中调用的重载启动重载接口函数即实现了对映像文件中重载内核的复制和启动运行。

动态重载内核的使用与ADI公司提供的三种加载核的使用方式一致。

RAM-Boot引导程序内核将在Visual DSP++环境下，与用户应用程序一起编译生成映像文件。Visual DSP++工具提供的程序加载应用程序(elfloader.exe)可将应用算法程序和加载核程序合并生成加载输出文件(*.ldr)。这样，最终的加载输出文件（*.ldr）主要包含两个部分：一部分是加载核数据，另一部分是用户应用程序在处理器存储器空间映像的初始化数据。初始化数据定义了处理器引导过程中，处理器内部和外部存储器的初始化范围。

通过动态重载方式可以实现系统功能的重构，如将新的应用任务可以按功能需求生成多个加载文件，预先保存在外部大容量存储器中。依据功能重构状态的需求，相应加载新的应用程序，执行相应预置任务，从而完成了处理器应用程序重载和应用任务重构。

采用动态重载方式的ADSP-TS20xS处理器功能电路，其应用程序数据不需固化在本地引导PROM中，可通过外部总线接口实时地获取。这样的话，相对于传统单处理器（或者处理器簇）的应用程序固化方式，采用动态重载方式其应用程序的更新或者升级会更加可靠、便捷。在当前较多的大规模多DSP处理器阵列组合的应用场合下，这种动态重载方式具有更加明显的优势。

依据ADSP-TS20xS处理器指令系统的特点采用DMA（直接存储访问）传输方式与寄存器暂存方法相结合的数据复制方式，将存放在指定空间的待引导加载的ldr映像文件中的加载核程序先行加载并执行，加载核程序按照ldr文件格式定义采用DMA方式将缓存在外部存储器

中应用程序代码加载到DSP内存中，并最终用应用程序代码将DSP低端内存中的加载核代码覆盖，DMA执行完成后中断引发向量地址为零的代码执行，新加载的应用代码重新执行，从而实现了重载功能。

Claims (3)

1.一种DSP处理器的动态重载方法，其特征在于：包括以下步骤：

1】生成映像文件：

在DSP处理器的开发环境下，将待重载的应用程序结合重载内核生成映像文件，

重载内核能够实现从外部动态存储器中加载应用程序，并定义了映像文件在外部存储空间中的存储地址；

2】DSP处理器的初始化：

利用任意应用程序作为初始应用程序对DSP处理器进行初始化，并利用初始应用程序通过DSP处理器的外部接口获取映像文件，并把映像文件存放在重载内核指定的外部存储空间中；

所述初始应用程序中包括重载接口函数；

所述重载接口函数能够实现从外部动态存储器中加载重载内核；

3】重载接口函数将映像文件中的重载内核引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖初始应用程序：

4】内部存储器中的重载内核将存储在外部存储空间中的映像文件中的应用程序引导复制到DSP处理器的内部存储器中去覆盖重载内核，生成待运行的应用程序；

5】执行待运行的应用程序，完成动态重载。

2.根据权利要求1所述的DSP处理器的动态重载方法，其特征在于：步骤4】的具体步骤为：

4.1】内部存储器中的重载内核根据外部存储空间中的应用程序启动DMA操作，从应用程序的第257个字开始按照数据块依次加载到内部存储器中，从内部存储器的第257个字起按照数据块依次存储，直至加载至最后一个数据块；

4.2】将应用程序的前256个字中的前四个字存储在通用寄存器中，并同时在内部存储器的前四个字存储单元中依次写入：

指令1）中断返回地址为DSP处理器的内部存储器零地址；

指令2）禁止所有中断；

指令3）将存储在通用寄存器中的前四个字存储在内部存储器的前四个字存储单元中；

4.3】内部存储器中的重载内核启动一个252字的DMA，此时DSP处理器处于空闲状态，

4.4】利用252字的DMA将应用程序的前256个字中的后252个字引导复制到内部存储器中并去覆盖重载内核的后252个字，直到252字的DMA的引导复制操作完成，此刻中断触发，依次执行指令1）-3），待运行的应用程序生成完毕。

3.根据权利要求1所述的DSP处理器的动态重载方法，其特征在于：步骤3】的具体步骤为：

3.1】将重载内核中的前四个字存储在通用寄存器中，并同时在内部存储器的前四个字存储单元中依次写入：

指令1）中断返回地址为DSP处理器的内部存储器零地址；

指令2）禁止所有中断；

指令3）将存储在通用寄存器中的前四个字存储至内部存储器的前四个字存储单元中；

3.2】重载接口函数启动一个252字的DMA，此时DSP处理器处于空闲状态；

3.3】利用252字的DMA将重载内核中的后252个字引导复制到内部存储器中并去覆盖初始应用程序的后252个字，直到252字的DMA的引导复制操作完成，此刻中断触发，依次执行指令1）-3），重载内核引导复制完成。

Images