关于DSPCMD文件的原理.docx

1、关于DSP CMD文件的原理关于DSP CMD文件的原理一、前言开发TI 公司的DSPic 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

2、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“based on”，或“something based”，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

3、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、NAND FLASH、NOR FLASH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

4、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

5、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R

6、AM 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

7、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

8、、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memory map 就会看到，芯片上集成了形形色色的存储器： FLASH、ROM、BROM、OTP ROM，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

9、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

10、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

11、，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：MEMORYPAGE 0:xxx : org = 0x1234 ， length = 0x5678 /*This is my house.*/PAGE 1:aaa : org = 0x1357 ， length

12、 = 0x2468 /*My home here.*/其中，MEMORY，PAGE n，org，length，包括冒号、等于号、花括号，都是关键字符，必不可少。PAGE n 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PAGE 255。如果把MEMORY 比作图书馆，PAGE n 就是其中的“社科类”、“工程类”、“外文类”等。大家都习惯于把PAGE 0 作为程序空间，把PAGE 1 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

13、 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 PAGE 0 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

14、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PGAE 1 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PAGE 0 或PAGE 1 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

15、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“xxxxx AssemblyLanguage Tools Users Guide.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2

16、407，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，0x01000x01FF 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、

17、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

18、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，

19、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

20、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（）unsigned int i；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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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

26、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：/*/-stack 200h /*#1*/*/MEMORY /*#2*/PAGE 0 :VECS : origin = 0000h ， length = 0040h /* 中断向量 */ /*#3*/PROG : origin = 0100h ， length = 7F00h /* 片上FLASH */ /*#4*/PAGE 1 :B2 : origin = 0060h ， length = 0020h /* DARAM B2 块 */ /*#5*/

27、B0B1 : origin = 0200h ， length = 0200h /* DARAM B0 块 */ /*#6*/SARAM : origin = 0800h ， length = 0800h /* SARAM 块 */ /*#7*/ExtSRAM : origin = 8000h ， length = 8000h /* 外部存储器 */ /*#8*/*/SECTIONS /* #9*/.vectors : VECS PAGE 0 /* 中断向量表 */ /*#10*/.text : PROG PAGE 0 /* 代码 */ /* #11*/.cinit : PROG PAGE 0

28、/*#12*/.bss : SARAM PAGE 1 /*#13*/.stack : B0B1 PAGE 1 /*#14*/.extdata : ExtSRAM PAGE 1 /*#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PAGE 0 和数据空间PAGE 1 两部分。1.1 程序空间 PAGE 0，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

29、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

30、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（User code begins at 0044h），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Memory Map，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（External Memory Interface）被切断，只对片内的FLASH 存储器进行寻