基于 DSP的嵌入式系统通过地址映射方式实现片外FLASH擦

1 引言

在DSP系统的设计中，经常要使用片外存储器扩充系统存储空间。特别是当DSP的片内数据存储器和程序存储器容量比较小时, 必须把一部分数据，如常量、原始数据库等存储到片外的存储器中，从而节省DSP芯片内部的存储器资源。在实际应用中，片外存储器通常选择RAM或FLASH MEMORY。RAM数据掉电即丢失，不适合长期保存数据。对于一些无需频繁读写但需要长期保存的数据，如字模数据、端口地址等时，通常选择片外FLASH作伪扩展的数据存储器。使用片外 FLASH必须要解决对其擦写的问题。

在实际应用中，对片外FLASH的擦写有两种方式：一是使用通用编程器对FLASH芯片进行擦写；二是直接由DSP对FLASH进行擦写。对于需要修改或已安装在电路板上的FLASH芯片无法使用第一种方式，只能采用第二种方式，且便于调试。本文介绍一种利用存储器映射技术实现对DSP片外FLASH擦写的方法。

DSP56F805芯片是Motorola公司在DSP56800 的基础上开发的系列DSP芯片之一。该芯片采用先进的修正哈佛结构，三个内部地址总线和四个内部数据总线支持数据传输；采用MCU形式的指令集，寻址方式灵活；具有较强的片外存储空间扩展能力；功耗小，高度并行。但是该芯片的片内数据存储器空间最大为64k，程序存储空间寻址范围是64k，内部模式（Mode0A和Mode0B）下只有31.5k。对于一些需要复杂中文图形用户界面的 DSP系统来说芯片存储资源显得不够，必须对芯片存储空间进行扩展。考虑到具体要求，本文使用片外FLASH来扩展系统数据存储空间，将DSP系统的中文图形用户界面中用到的所有字模数据和页面内容数据存放到片外FLASH中，大大节省了片内的数据存储器空间。

CodeWarrior IDE是由Metrowerks公司专为Motorola的DSP56800系列设计的开发平台。该平台具有简单明了的图形用户界面和丰富的软件开发工具，适合于开发基于DSP56800系列的应用程序、插件程序等各种程序代码。在CodeWarrior环境中，用户可以通过修改.cmd文件来配置存储器分配方式，还可以通过修改startup文件夹中的初始化程序来控制系统的初始化操作。用户编译并链接后，将生成.elf文件，在文件中可以看到存储器的详细分配情况。当用户将程序下载到DSP芯片后，可以使用CodeWarrior的调试器对程序进行全面的调试，如设置断点、单步执行等；也可以使用 Watch Memory指令来检查存储器中的各地址段的值，还可以使用Save/Load Memory指令来保存或是载入某段存储器的值。

2 方法介绍

首先利用GPIOD0口生成合适的片外FLASH和片内XRAM片选信号，实现片内XRAM和片外FLASH的访问切换。例如当GPIOD0 =0时，0x8000～0xFFFF映射到片内XRAM，此时对于整个0x0000～0xFFFF地址范围的读写操作就是对于片内 XRAM的操作；当GPIOD0=1时，0x8000～0xFFFF地址范围映射到数据FLASH，则对0x8000～0xFFFF 地址范围的读写操作就是对于片外FLASH的操作；对0x0000～0x7FFF地址范围的读写仍是针对片内 XRAM的操作，从而将数据存储空间扩展了32k。

再将映射方式设置为片内，将需要写到FLASH中的数据文件载入片内XRAM。最后根据需要设置GPIO端口值，切换地址映射的存储器。这样通过地址映射的方法，便可实现将XRAM中数据写入片外FLASH的操作，而对于DSP芯片来说只是进行了其XRAM寻址空间内部的数据搬移操作。

假设要将一组二维数组character[180][32]形式的字模数据保存入片外数据FLASH的0x8000～0xA000地址段中，先做以下准备工作：

①用一个GPIO端口，扩展系统的可寻址数据存储器空间；②编写FLASH擦写程序，程序流程如图1所示。

#define N 100 /* 由于FLASH与RAM的读写速度不同，所以需要在每项操作后加入若干个延迟以保证正确性，延迟的具体长短可以根据具体情况作调整 */


void main()
{
unsigned int i,code;
unsigned int *code_addr;
unsigned int *flash_addr;
*GPIO_D_DR=0x0002; /*映射方式设置为映射到片外数据FLASH*/
delay(N);
GPIOD_setup(); /*GPIOD设置*/
delay(N);
erase_flash(); /*如FLASH上原有数据无需保留，则全部擦除，如部分据需保留，也可部分擦除*/

*GPIO_D_DR=0x0000; /*映射方式设置为映射到片内XRAM*/ delay(N);
flash_addr=(unsigned int *) FLASH_ADDR;
code_addr=(unsigned int *)CODE_ADDR; /*设置XRAM的存储起始地址和数据FLASH擦写起始地址*/

/*循环擦写*/
for(i=0;i{
*GPIO_D_DR=0x0000;
delay(N);
code=*(code_addr++); /*保存XRAM中数据到变量code*/
delay(N);
*GPIO_D_DR=0x0002;
delay(N);
pre_write_flash(); /* 写FLASH前的预处理，向FLASH内写入相应命令字，根据所选用 FLASH的不同预处理操作也有所不同*/
delay(N);
*(flash_addr++)=code; /*写数据到FLASH中*/
delay(N);
}
}


擦写步骤如下：
① 将character[180][32]设置为全局变量。

② 将程序编译下载到DSP芯片中，打开工程目录中output文件夹中的.elf文件，找到character 数组在XRAM中存放的起始地址和长度。用户可以使用Watch Memory命令察看该段地址的数据值。

③ 使用Save Memory命令将XRAM中对应于character数组的地址段的数据以二进制形式保存在计算机上。通过UltraEdit将其打开，检看数据保存是否正确。

④ 打开FLASH擦写程序，修改数据在片内XRAM中存储的起始地址和FLASH的擦写起始地址与数据长度。编译下载后，单步执行，执行到擦除完FLASH，并将地址映射方式置为映射到片内XRAM处，使用Load Memory指令将char数据文件载入到片内XRAM的相应存储地址段中，再接着全速运行程序，几十秒之后程序执行完毕，数据便写到片外FLASH的相应地址中。

⑤ 再次打开FLASH擦写程序，单步执行到映射方式置为片外FLASH处停止，使用Save Memory命令保存FLASH中刚写入的地址段的数据值。接着使用UltraEdit的比较文件命令比较前两次保存的数据，如完全相同就表明character字模数组已经正确的写到片外FLASH中。

将数据擦写入片外数据FLASH后，就可以在用户程序中对该数据加以调用。在调用的时候要先将映射方式设置为映射到片外FLASH，然后再取数据。如下所示，取出FLASH中0x6000地址上存储的数据：

#define FLASH_ADD (unsigned int *)0x6000
*GPIO_D_DR=0x0002; /*映射方式设置为映射到片外FLASH*/
data = *(FLASH_ADD);

3 结论

本文介绍了一种通过地址映射方式，在基于 DSP的嵌入式系统中，通过DSP擦写片外FLASH的方法。该方法可适用于多种场合，针对多个 FLASH芯片可使用多个GPIO端口进行地址的扩展，并可通过DSP实现对其擦写操作；若将部分程序放置到片外FLASH中并作相应设置，即可实现系统的自举运行等。