关于DSPCMD文件的原理.docx

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关于DSPCMD文件的原理

关于DSPCMD文件的原理

一、前言

开发TI公司的DSP ic芯片，肯定要编写或者修改CMD文件，这是在单片机开发中没有碰到过的新事物，也是学习DSP的难点。

面对里面种类繁多、名称各异、来历不明、作用不清、功能千差万别的存储器、区域和变量、寄存器，初学者往往都会一头雾水。

甚至很多人已经把项目成功地完成了，对CMD文件仍然是一知半解。

笔者也经历了极度困惑的过程，曾经大量地看书，下载资料，分析所能搜集到的CMD源文件。

可惜的是，无论是TI公司的原始文档，还是网上的资料，或者BBS的帖子，都没有透彻地说明CMD文件的原理和使用，只说“然”，要靠自己去体会“所以然”，去“悟”。

终于有一天，我悟到了，也许只是“一些”。

现在，我把自己的“一些”写下来。

我将细致而通俗地说明CMD文件的原理，给您“鱼”，更给您“渔”，一步步地引导象我当初一样的初学者。

我将以TI的2407为对象展开说明，对于TI公司其他型号、其他系列的DSP，道理是完全相同的。

用时下学术界最最最流行的语式，叫做“基于2407”——这个词起源于英文的“basedon”，或“somethingbased”，被我们大量地引用，以至于令人反胃了——我们美妙、绚烂的语言，现在只剩下“基于”了。

笔者水平有限，但保证会用心去写，您会看到很多别处没有的思路和信息，相信会基本打通初学者的任督二脉。

本文适用于那些有单片机的开发基础、刚开始学习DSP的初学者。

如果你还不知道程序空间，数据空间这些名词，可能就比较困难了。

二、CMD文件的起源

在DSP系统中，存在大量的、各式各样的存储器，CMD文件所描述的，就是开发工程师对物理存储器的管理、分配和使用情况。

有必要先复习一下存储器的知识。

目前的物理存储器，种类繁多，原理、功能、参数、速度各不相同，有PROM、EPROM、EEPROM、FLASH、NANDFLASH、NORFLASH等（ROM类），还有SRAM、DRAM、SDRAM、DDR、DDR2、FIFO等（RAM类）。

无论多么复杂，从断电后保存数据的能力来看，只有两类：

断电后仍然能够保存数据的叫做非易失性存储器（non-volatile，本文称为ROM类），数据丢失的叫做易失性存储器（本文称为RAM类）；ROM类的集成电路芯片都是非易失性的，而RAM类都是易失性的。

即使同为ROM类或同为RAM类存储器，仍然存在速度、读写方法、功耗、成本等诸多方面的差别。

比如SRAM的读写速度，从过去的15ns、12ns，提高到现在的8ns、10ns，FLASH的读取速度从120ns、75ns，到现在的40ns、30ns。

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

xxx:

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？

有哪些东东需要占用存储器？

”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