TMS320C54x系列DSP应用初探

【摘要】本文介绍了TMS320C54x系列DSP的存储结构，详细讨论了存储器和存储空间的映射关系，分析了存储空间的配置方法，并结合实例给出了C5410型DSP的存储器映射关系和链接配置文件。

【关键词】DSP；存储器；存储空间；映射；链接配置文件

1.引言

根据应用设计的需求，对DSP可用存储空间的分析和配置是开发过程的第一步，也是设计者需要考虑的关键问题，因此，存储空间分配的好坏不仅关系到开发设计的成败，而且反映了一个DSP程序员的水平和经验。对于DSP，我们总是遇到这样的两个名词，存储器（RAM、ROM、EPROM和FLASH等）和存储空间（程序存储空间、数据存储空间和I/O存储空间）。而这两个名词又总是阻碍着DSP设计者前进的脚步，使之望而却步。为此，本文首先探讨存储器和存储空间的映射关系的问题。同时，由于DSP的广泛应用，程序代码不断地增大，这就涉及到本文要探讨地第二个问题，如何合理地配置DSP的存储空间，使之更好地利用DSP地内部资源，并以C5410型DSP为例，给出了存储空间配置的CMD文件。

2.C54x系列DSP的存储结构

C54x系列DSP一般有192K字的存储空间，分为三个相互独立可选择的空间：64K字的程序存储空间、64K字的数据存储空间和64K字的I/O存储空间[1]。其中程序存储空间存放待执行的指令和执行过程中所需要的系数表（数学用表，常数），可使用片内或片外的RAM、ROM或FLASH等来构成；数据存储空间存放指令执行过程中产生的数据，可使用片内或片外的RAM和ROM来构成；I/O存储空间提供与外部存储器映射的接口，也可以作为外部数据存储空间使用。

C54x系列DSP片内都有随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM），而RAM又分为两种类型：DARAM（双访问RAM，每个机器周期可以访问2次）和SARAM（单访问RAM，每个机器周期只能访问1次）。

3.存储器和存储空间的映射关系

3.1 片内存储器映射

针对存储器和存储空间两个不同的概念，本节详细分析C54x系列DSP的片内存储器的映射关系。

C54x通过处理器工作方式的状态寄存器（PMST）中的3个状态位，来选择片内存储器作为程序空间或数据空间。这3个状态位是：

（1）MP/MC位，决定是否使能片内ROM。MP/MC=0，片内ROM使能，映射到程序空间；MP/MC=1，则片内ROM不使能，此时将不会用到DSP的自引导程序。系统仅在复位时采样一次MP/MC引脚，并将引脚值传递给MP/MC位，而复位后便可通过软件设置MP/MC位来禁止或使能片上ROM。在使用仿真器开发程序时，需要将MP/MC置为1，此时DSP处于微处理器方式，应用程序通过TI公司的DSP开发软件CCS（Code Composer Studio）在线写入程序存储区；在DSP脱机运行时，需要将MP/MC清0，此时DSP处于微计算机方式，DSP在上电或复位后，其片内ROM中的自举加载程序将会首先自动运行，将用户程序代码移入程序空间后，再将控制权交给用户代码[3]。

（2）OVLY位。OVLY=1，则片内RAM映射到程序和数据空间，程序在RAM中运行；OVLY=0，则片内RAM只映射到数据存储空间，此时可用一个外部FLASH映射到程序空间，程序可在其中运行。显然这种方式不如程序在片内RAM中执行速度快。

（3）DROM位。对于不同型号的DSP，DROM代表不同的意义。C542、C543、C548片内只有2K字ROM，如前所述这2K字的内容是由TI公司定义的，不可修改，也不能用作用户程序区和数据区，因此DROM位对此类器件并无影响。对C541、C545、C546、C549、C5402而言，DROM位决定片内的ROM是否部分映射到数据空间：DROM=1，部分片内ROM映射到数据空间；DROM=0，片内ROM不映射到数据空间。而对C5410、C5416、C5420（无片内ROM）而言，片内ROM并不映射到数据空间，此时DROM位决定数据空间的高32K字是由片内的RAM构成还是由片外的RAM构成：DROM=1，片内排列的第二组32K字（片内RAM的排列是先排DARAM，再排SARAM，32K为一组。

3.2 程序存储空间的分页扩展

程序设计者可根据片内存储器的大小和不同的应用需求，相应地配置这3个位，使系统的存储空间满足应用要求。但是由于程序代码的不断增长，64K的程序空间已不能满足需要，所以C54x系列DSP从C548开始，地址线增加到了23根（C5402为20根，C5420为18根），具有8M字的寻址空间（引入了页的概念，每页64K字），为此还增加了一个额外的存储器映像寄存器程序计数器扩展寄存器XPC（当前程序空间地址的高7位），以及6条寻址扩展程序空间的指令。

4.存储空间的配置

4.1 简单分析

在这里，我们以TMS320C5410为例介绍如何配置存储空间。C5410片内有16K字ROM，8K字DARAM和56K字SARAM。由于片内ROM的不易修改性和RAM的掉电易失性，因此外加一个64K字的FLASH存储器（映射到程序空间），用来存储用户程序和引导程序。自己编写上电引导程序，并和用户程序代码一起烧写到位于程序空间的FLASH中

4.2 CMD文件的编写

汇编器和链接器产生的目标文件采用COFF（Common Object File Format）公共目标文件格式，代码和数据块是按段（Section）来组织和存储的，便于模块化编程。链接器的作用是将由汇编器产生的OBJ文件（目标文件）作为输入块，将相应的段结合在一起产生可执行的输出模块，并将输出的段分配到存储器中的指定地址[5]。完成这个任务的是CMD文件（链接器配置文件或链接命令文件），简称为命令文件。其中关键是MEMORY和SECTIONS两个伪指令的使用。

CMD文件由3部分组成：

①输入/输出文件定义：.obj文件：链接器要链接的目标文件；.lib文件：链接器要链接的库文件；.map文件：链接器生成的存储器映射文件；.out文件：链接器生成的可执行代码文件；

②MEMORY命令：配置目标存储器，建立模型；

③SECTIONS命令：根据这个模型来安排各个段的存放位置。

按照上节例子，程序中需要定义了四个基本的段，段名分别取为“.text”、“.vectors”、“.boot”和“.table”，它们的内容分别对应于用户程序、中断向量表、上电引导程序和引导表。烧写程序完成把四个段的内容烧写到FLASH存储器中。另外，还有“.bss”、“.data”和“.stack”，它们的内容分别对应于未初始化的变量、初始化的数据和堆栈段。本例中，假设“.text”段的长度位1000H，它被烧写到FLASH中从08000H开始的存储单元，上电后将被加载到程序空间中从2000H开始的存储单元中。

5.结束语

随着DSP应用领域的不断拓广，程序代码的不断增加，使得存储空间的配置显得越来越重要。根据开发需求选择合适的DSP芯片，并加以扩展的片外存储器，正确地划分程序和数据空间中各段的大小，合理地配置存储空间，将使空间利用率大大提高。

参考文献

[1]支长义，程志平，陈书立.等.DSP原理及开发应用[M].北京航空航天大学出版社，2010.8.

[2]胡海鹏，魏丰.TMS320C54X系列DSP存储空间的配置方法研究[J].电测与仪表，2012年第6期.

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