关于DSPCMD文件的原理Word文档格式.docx
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有没有人这样想过:
使用存储器的人,希望存在这样的区别吗?
或者说,理想的存储器,应当是什么样的?
…………
我们使用存储器时,如果没有人为地改变它,就希望里面的数据永远不要变,即使断了电也要完好地保存;
如果里面的内容是我不需要的或者不能用的,我自然就会给它写入有用的内容,比如初始化。
理想的存储器就应当永远保存数据,无论掉电与否,而且,希望读写速度为每秒无穷多字节,是0ns,而不是什么8ns,10ns。
——不是吗?
然而,人类实现存储器芯片的技术,还没有达到理想情况,所以才会有这么多类别。
“非易失”和“速度”就是一对典型的矛盾。
非易失的ROM类存储器,可以“永远”地保存数据,但读写速度却很低,比如30ns;
RAM的速度(8ns)一般都比ROM(30ns)快得多,但却不能掉电保存。
这是很无奈的现实。
假如有那么一天,ROM类的读写速度和RAM一样快,或者RAM也可以掉电保存数据,就不存在易失和非易失的区别了,那将是革命性的进步。
那时,智能芯片和智能系统的设计将会有很大的变化,编写CMD文件就会很简单,甚至不需要了。
已经有芯片厂家做了一些这方面的工作,比如把电池和RAM结合起来,就是一个能掉电保存的RAM。
它既可以作为传统的ROM使用,又可以当RAM使用。
但这显然只是一个暂时、折中的方法,其原理、成本、体积、容量还不如人意,不能算是“革命性”的进步。
我们平时在用到存储器的时候,要考虑哪些因素呢?
首先必须确认,在你的使用场合,是要永久保存数据,还是暂时保存?
这关系
到选择非易失性,还是易失性存储器的大问题,是首要的问题。
在某些场合,如果必须永远地保存数据,即使希望速度快一些,也只能选择非易失的ROM类存储器,而把速度问题放在其次,或者另外想办法解决;
另外一些场合,却要把速度放在第一位,只要在通电期间能够始终保存数据,就够了,当然就要选择RAM类的存储器了。
这两种情况我们都会遇到:
程序代码一般都要存储在ROM类存储器中,否则,从设备生产开始,储存、运输,一直到用户手里,要必备不间断电源,还要保证不发生断电的意外;
程序运行的时候,为了提高速度,就必须在RAM中运行,试想想,如果你的MP4放电影一停一顿的,谁还会用它看电影呢?
所以ROM和RAM都是必不可少的,各有各的用途,而且,出于功能、参数、速度、读写方法、功耗、工艺、成本等方面的考虑,往往要同时使用不止一种存储器。
事实上,TI在设计DSP芯片时,也遇到同样的问题,TI考虑的情况要比我们更多,更复杂。
要知道,设计芯片的人是最牛X的,开发工程师只是跟在人家后面,在人家规定的框框里亦步亦趋。
翻开DSP的PDF文档,找到memorymap就会看到,芯片上集成了形形色色的存储器:
FLASH、ROM、BROM、OTPROM,SRAM、SARAM、DARAM、FIFO等。
就2407和2812而言,如果是做个流水灯之类的小东东,DSP芯片加晶体加电源就可以了,片上集成的ROM和RAM,在仿真状态下已经足够用了,烧写并脱离仿真器运行也足够。
所以,它们的最小系统不需要外扩任何存储器。
但也只能做简单的东东,往往还需要外扩一些ROM和/或RAM存储器,才能委以大用。
(顺便说一句,DSP的最小系统,要比8951芯片的最小系统大得多。
)千万不要被这些存储器的名称所迷惑!
翻来覆去,其实就是两大类:
非易失和易失。
初学者往往忽略了这一点。
两大类!
记住这一点,CMD文件就是以这两类存储器为主轴,然后展开的。
DSP芯片的片内存储器,只要没有被TI占用,用户都可以全权支配。
TI设计了“CMD文件”这种与用户的接口形式,用户通过编写CMD文件,来管理、分配系统中的所有物理存储器和地址空间。
CMD文件其实就是用户的“声明”,包括两方面的内容:
1、用户声明的整个系统里的存储器资源。
无论是DSP芯片自带的,还是用户外扩的,凡是可以使用的、需要用到的存储器和空间,用户都要一一声明出来:
有哪些存储器,它们的位置和大小。
如果有些资源根本用不到,可以视为不存在,不
必列出来;
列出来也无所谓。
2、用户如何分配这些存储器资源,即关于资源分配情况的声明。
用户根据自己的需要,结合芯片的要求,把各种数据分配到适当种类、适当特点、适当长度的存储器区域,这是编写CMD文件的重点。
用户编写完自己的程序以后,要经过开发环境(编译器)的安排和解释(即编译),转换为芯片可以识别的机器码,最后下载到芯片中运行。
CMD文件就是在编译源程序、生成机器码的过程中,发挥作用的,它作为用户的命令或要求,交给开发环境(编译器)去执行:
就这么分配!
下面将从这两个方面入手,详细说明如何编写CMD文件。
三、编写CMD文件之——资源清单
如上文所述,CMD文件包含两大内容,首先就是存储器的资源清单,或者说,系统中(电路板上)可用的存储器资源。
TI规定,CMD文件的资源清单用关键字“MEMORY”作为标识,具体内容写在后面的大括号{}里面。
如下面的形式:
MEMORY
{
PAGE0:
xxx:
org=0x1234,length=0x5678/*Thisismyhouse.*/
PAGE1:
aaa:
org=0x1357,length=0x2468/*Myhomehere.*/
}
其中,MEMORY,PAGEn,org,length,包括冒号、等于号、花括号,都是关键字符,必不可少。
PAGEn表示把可用的资源空间再划分成几个大块,最多允许分256块,从PAGE0到PAGE255。
如果把MEMORY比作图书馆,PAGEn就是其中的“社科类”、“工程类”、“外文类”等。
大家都习惯于把PAGE0作为程序空间,把PAGE1作为数据空间。
如果你很好奇,也可以试试别的数字。
凡智能芯片,都离不开这两种“空间”,大名鼎鼎的冯·
诺依曼结构和哈佛结构,都是建立在程序空间和数据空间两种结构的基础上,我们面对的DSP也是如此。
只要学习过单片机,就很容易理
解。
如果你构思出第三种结构,恭喜您,您将与这二位齐名了。
CMD文件中还可以写上注释,用“/*”和“*/”包围起来,但不允许用“//”,这一点和C语言不同。
上面的例子,仅仅就是个“例子”,不针对任何特定的芯片。
带注释的语句有两行,每一行都是一项声明,表示在程序空间或数据空间下,再细分更小的块,好比是“社科类又分了几个书架。
比如
org=0x1234,length=0x5678
表示在程序空间PAGE0里面,划分出一个命名为xxx的小块空间,起始地址从存储单元0x1234开始,总长度为0x5678个存储单元,地址和长度通常都以十六进制数表示。
所以,xxx空间的实际地址范围从0x1234开始,到0x1234+0x5678–1=0x68AB结束(起始地址加长度再减一),这一段连续的存储区域,就属于xxx小块了。
上面的例子中,PAGE0和PGAE1各包含了只有一个“小块”,用户可以根据自己的情况,按照同样的格式任意增加。
在支持多个CMD文件的开发环境里,某个或某几个CMD文件中,“小块”的数量可以为0,也就是说,关键字PAGE0或PAGE1下面,可以是空白的。
但不允许所有的CMD文件的同一空间都是空白。
另外,没有资料提到过“小块”数量上限的限制,需要去查阅文档或咨询TI公司。
很多关键字,还允许有别的写法,比如“org”可以写为“o”,“length”可以写为“len”。
这些规定和其他细节,可以去查阅TI的pdf文档,一般叫做“xxxxxAssemblyLanguageToolsUser'
sGuide.pdf”,汇编语言工具指南,xxxxx是芯片的型号或系列。
但这个文档不适合初学者。
实践证明,至少对于C2000系列的2407和2812而言,存储单元的单位是“字word”,即16bit。
但TI的文档却说是“字节byte”,应当是TI写错了。
要特别注意以下几点:
1、必须在DSP芯片的空间分配的架构体系以内,分配所有的存储器。
这里举两个例子:
a、对于2407,程序空间和数据空间都是从地址0x0000到0xFFFF,最大数值是四个F,共64K字范围。
所以,2407的CMD文件中不能出现五位数的地址,也不允许任何一个小块空间的地址范围覆盖到64K以外的区域,因为2407根本就无法控制这些区域,或者说不能访问、无法寻址。
要注意,起始地址和长度不要算
错了。
2812也有同样的问题。
b、2407的数据空间里,0x0100~0x01FF和其他几块区域,是TI声明的保留空间(Reserved或illegal),也是芯片无法访问的,分配资源的时候不能涉及到这些区域。
同样地,2812的程序空间和数据空间,都有大片的保留区域,不能使用。
2、每个小块的空间,必须是一片连续的区域。
因为,编译器在使用这块区域的时候,默认它是连续的,而且每个存储单元都是可用的。
3、同一空间下面,任何两个小块之间,不能有任何的相互覆盖和重叠。
在外扩存储器时,要保证片外的存储空间之间,特别是片外与片内的存储空间之间,不要发生冲突。
有些空间,已经被DSP芯片的内部存储器占用了,用户是不可更改的,或只能通过模式配置,在一定范围内改动,用户自行扩展存储器时,要避开这些地方。
4、用户所声明的空间划分情况,必须与用户电路板的实际情况相符合!
对于用户自制的电路板,这是很容易出错的地方,通常会出现两种错误:
a、在设计硬件电路的时候,通常用CPLD作为片外存储器的选通信号,用verilog或者VHDL进行编程;
也有用74或4000系列芯片来搭建的,已经很少了。
如果CPLD逻辑出错,或者逻辑并没有真正写入CPLD芯片里面,即使CMD文件是正确的,即使编译已经通过,在仿真下载或者烧写的时候,PC机都会报错而无法继续操作。
b、电路板有虚焊的地方,主要发生在DSP芯片的管脚、电平转换芯片的管脚,及片外存储器的管脚上。
这种情况,效果等同于上面所说的CPLD逻辑错误。
更要命的是,补焊一次、两次甚至几次,虚焊仍然存在,这最容易把人搞糊涂了。
笔者就经常遇到这样的事情。
出现这些硬件错误时,初学者往往不能正确地对故障作出定位,一会儿认为CMD文件有问题,一会儿觉得硬件电路有问题,反复地折腾,最后陷入迷茫。
这时,一定要保持清醒的头脑:
先检查原理设计;
再检查硬件电路板,保证逻辑正确,焊接可靠;
最后再去检查CMD文件。
5、一般地,初学者会找一些现成的CMD文件来用,一点改动都不敢。
其实,胆子可以大一些,改一改,试一试,没什么大不了的。
想学会游泳,必须要下水。
DSP芯片上的存储器,只要没有被TI用作专门的用途,用户都可以全权支配。
空
间的划分,是由用户决定的,可以根据需要,甚至个人的喜好来划分,名称也可以
随意起,和C语言的变量名一样。
这里应当举一个CMD文件资源声明的例子,但为时过早。
资源声明常常与资源分配是密切相关的,笔者把例子放在下一节,与资源分配一起详细说明,效果会好一些。
四、编写CMD文件之——资源分配
系统资源已经声明完了,现在就要说明,用户是如何分配这些存储器资源的,即向编译器声明资源的分配情况。
要合理地分配存储器资源,首先要搞清一个问题:
资源要分配给谁?
有哪些东东需要占用存储器?
我们来看下面这段不严格的C程序:
main()
unsignedinti;
i++;
这“段”程序只是笔者建立的一个模型,用它来代表几乎所有的程序:
哪怕变量(包括数组)有一千个、一万个,都用一个“i”来代表;
哪怕程序主体包含了各种搬移、运算、逻辑等动作,哪怕有一万行那么长,都用一句“i++”来表示。
让我们站在TI公司和编译器的角度,来考虑下面的问题:
程序经过编译以后,会产生哪些对存储器资源有要求的“状况”?
有单片机开发经验的人都知道,至少要产生两种情况:
1、指令码,即二进制形式的指令,需要占用芯片的“程序空间”。
这些数据,完全等价于或等同于用户编写的程序,只是转换成了另一种形式而已。
这种“数据”有两个特点:
a、只要用户程序编写完成,这些“数据”就已经是可知的、可预期的,是由用户编写的程序代码和编译器共同决定的。
b、在系统运行过程中,这些数据的内容不会发生任何变化,只会被读取,不会被修改。
2、在运行过程中,动态变化的“量”,需要占用“数据空间”。
上面例子程序中的变量i,就属于这种情况。
这些数据,在设计师编写程序的时候,有时会预先写入具体的数值,即初始化,有时甚至根本不需要进行初始化。
在运行过程中,既要被读取,又会被改写,经常在变化。
设计师自己也很难确切知道,在某一时刻,这些数据的具体的数值是什么,最多只知道它们的位数、最大和最小值的范围。
那么,什么样的物理存储器适合于数据空间使用,什么样的存储器适合于程序空间使用呢?
对于数据空间,其最基本、最首要的要求是速度快,并不要求掉电保存数据的能力,显然应当由RAM类存储器来承担,所以,RAM一般都必不可少。
但是,并不是说数据空间只能连接RAM芯片,只要你能够接受比较慢的速度,并且安排好芯片的控制时序,你完全可以在数据空间扩展ROM类存储器。
程序空间的代码数据,一般都要求掉电保存,只能由ROM来承担,所以ROM必不可少。
那么,ROM的读取速度慢的问题,怎么解决呢?
对于有些低速的智能芯片,ROM的速度慢一点,是完全可以接受的,可以直接从ROM中读取代码指令,然后译码、执行;
我们熟悉的MCS51、PIC系列单片机,都是这么做的(以下信息笔者不能保证正确性:
2407脱离仿真器运行时,似乎也是直接从ROM中读取程序代码)。
另外有一些低端的智能芯片,生产商通过特殊的技术手段,在一定范围内等效地提高内部程序ROM的读取速度,比如NXP公司的ARM芯片LPC213x,虽然ARM内核的数据接口只有32位,但LPC213x的片内FLASH程序存储器,与内核之间的接口居然是128位宽度,通过所谓“加速器”相连接。
对于高速的智能芯片,从ROM直接读取代码并执行,已经不能满足速度的要求了,通常的解决方法是,把程序代码储存在ROM中,在每次上电运行时,通过“引导程序”把用户代码读出并保存在RAM中,然后从RAM中运行,这样做既解决了ROM速度慢的问题,又解决了RAM掉电丢失数据的问题。
实际操作中,并不是只有指令码和变量i这么简单,除这两项以外,还会出现很多小“状况”;
而且,当芯片型号不同,甚至用户源程序不同时,出现的细节也是变化的。
恰恰就是这些变化,导致CMD文件变得复杂。
但是,任何大“状况”、小“状况”,都归属于对程序空间和数据空间的操作,不存在第三种空间。
(有些DSP的所谓“IO空间”,实质上是数据空间的一个变种,但又脱离了数据空间,不属于CMD文件考虑的范围。
)
编写CMD文件,就是要搞清楚以下情况,并对编译器做出声明:
1、你的系统都有哪些存储器资源?
2、哪些存储器安排在程序空间,哪些在数据空间?
3、你的系统会产生哪些大“状况”和小“状况”?
4、哪些状况属于程序空间,哪些属于数据空间?
5、程序空间的“状况”如何安排在程序空间的资源里,数据空间的“状况”如何安排在数据空间的资源里?
笔者想从事情的起源入手,逐步引导初学者自己去发现“资源要分配给谁?
”这个问题的答案,所以使用了一些不正规的术语,比如“状况”这个词。
让我们从一个实际使用过的2407芯片的CMD文件来展开说明,其他DSP芯片的CMD文件与此大同小异:
/*******************************************************************************************/
-stack200h/*#1*/
MEMORY/*#2*/
PAGE0:
VECS:
origin=0000h,length=0040h/*中断向量*//*#3*/
PROG:
origin=0100h,length=7F00h/*片上FLASH*//*#4*/
PAGE1:
B2:
origin=0060h,length=0020h/*DARAMB2块*//*#5*/
B0B1:
origin=0200h,length=0200h/*DARAMB0块*//*#6*/
SARAM:
origin=0800h,length=0800h/*SARAM块*//*#7*/
ExtSRAM:
origin=8000h,length=8000h/*外部存储器*//*#8*/
SECTIONS/*#9*/
.vectors:
>
VECSPAGE0/*中断向量表*//*#10*/
.text:
>
PROGPAGE0/*代码*//*#11*/
.cinit:
PROGPAGE0/*#12*/
.bss:
SARAMPAGE1/*#13*/
.stack:
B0B1PAGE1/*#14*/
.extdata:
>
ExtSRAMPAGE1/*#15*/
1.
#2行至#8行,MEMORY{……}部分,就是上一节我们已经说明的,系统可用资源的声明,包括程序空间PAGE0和数据空间PAGE1两部分。
1.1程序空间PAGE0,又分为VECS区域和PROG区域。
#4行所声明的PROG区域,是为用户指令码分配的存储空间,这部分空间一般都很大(比如0x7E00h),相当于PROG用户指令码区域。
#3行声明的VECS区域是一个特殊的“小状况”,TI在设计2407的硬件电路时,用这块区域来保存各种中断服务程序的入口地址,即中断向量,与硬件电路挂钩,不能与一般的程序代码相混杂,所以要单独声明。
按照芯片手册的说法,0x0000至0x003F共0x40个存储器单元是中断向量,0x0040至0x0043四个单元是保留位置。
在上面的例子中,由于0x0040~0x0043四个单元暂时无用(reserved),所以,VECS区域只覆盖了0x0000~0x003F;
如果把0x0040~0x0043也覆盖进来,估计也没有问题,因为存放中断服务程序入口地址,是编译器根据用户的声明填充的,它会把有用的地址数据安排到对应的单元里,至于没用的空间,无论保存了什么样的地址,对于用户都无所谓。
另外,按手册的说法,用户代码似乎应当从0x0044单元开始(Usercodebeginsat0044h),实际上可以这么做,也可以不这么做,只要在芯片的程序空间里,与其他空间不发生冲突,从哪个单元开始都可以,编译器自然会安排,上面的例子就是从0x0100单元开始存储程序代码。
长度也是用户确定的,不一定要象例子那样,在0x7FFF单元结束。
笔者自行扩展了一块SRAM存储芯片,型号为IS61LV6416,是ISSI公司的
产品,总容量64K字(word),通过CPLD逻辑电路,把一半的容量安排在程序空间的0x0000至0x7FFF,覆盖了PROG和VECS两块区域。
所谓“安排”,就是常说的“映射”。
仔细看一下2407的MemoryMap,程序空间从0x0000至0x7FFF,已经全部被片内FLASH存储器“占用”,怎么能分配给其他芯片呢?
再说,程序代码保存到SRAM里面,掉电岂不丢失?
……
TI在设计2407硬件电路的时候,给用户提供了一个MP/MC管脚,该管脚接0电平时,程序空间通向外部存储器的接口(ExternalMemoryInterface)被切断,只对片内的FLASH存储器进行寻