TMS320F28x上RTOS移植关键技术研究

1、TMS320F28x上RTOS移植关键技术研究摘要详细分析TT公司TMS320F28x系列DSP的启动过程；说明BootROM中程序的运行过程，介绍C编译器和DSP/BIOS的工作细节；探讨DSP的中断处理及从RAM中执行代码等问题。最后分析如何在TMS320F28x系列DSP上移植实时操作系统。关键词数字信号处理器TMS320F28xBootRoM实时操作系统TMS320F28x(简称“F28x”)数字信号处理器是TI公司推出的32位定点DSP控制器，其频率高达150MHz，大大提高了控制系统的精度和芯片的处理能力。在F28x系列DSP上移摘要 详细分析TT公司TMS320F28x系列DSP

2、的启动过程；说明BootROM中程序的运行过程，介绍C编译器和DSP/BIOS的工作细节；探讨DSP的中断处理及从RAM中执行代码等问题。最后分析如何在TMS320F28x系列DSP上移植实时操作系统。关键词 数字信号处理器 TMS320F28x BootRoM 实时操作系统 TMS320F28x(简称“F28x”)数字信号处理器是TI公司推出的32位定点DSP控制器，其频率高达150MHz，大大提高了控制系统的精度和芯片的处理能力。在F28x系列DSP上移植实时操作系统，需要对编泽器、系统启动过程、中断处理过程以及整体代码执行流程有一个全面的深入理解。对系统的整个运行过程有清晰的概念是移植实

3、时操作系统的前提条件。本文将对从DSP上电复位到其系统功能实现的整个运行过程进行深入介绍，并在此基础上进一步分析在F28x系列DSP上移植实时操作系统一般原理，详细说明C/OS-的移植。1 BootROM及其运行 在F28lx、C28lx、R281x器件中都有一块dK×16位的BootROM。当引脚MPnMC的状态反映到XINTC-NF2中为0时，BootROM被映射到地址空间0x3FF0000x3FFFCO上。片上ROM在出厂前就已经烧写好了一个启动程序以及一些其他数据和表格(版本信息、复位向量、中断向最表、IQmath表等)。其空间分配如图1所示。 其中，中断向量表在VMAP=l

4、、ENPIE=0(PIE未使能向量表)、MPNMC=0时有效。另外，当VMAP=1、ENPIE=O时，系统将从BootROM的0x3FFFC0复位。虽然复位后ENPIE为零，但大部分系统都是需要使能外部中断扩展模块的，即用户程序中需要将ENPIE置l。由此可见，BootROM唯一常用的向量只有复位向量；而其他的中断向量是指向MOSRAM用于芯片测试的，通常用不到。状态位和向量表映射关系如表1所列。2 从上电复位到用户代码 当系统重启(上电或热启动)时，引脚XMPNMC的信号将被锁存到XINTF的配置寄存器XINTCNF2中。重启之后，XMPNMC的状态不再反映到XINTCNF2，这时，可以用软

5、件来修改它的状态，从而确定程序要访问的是内部地址还是外部地址。但是，像F2810这样的器件，没有XINTF。它的XMPNMC在芯片内部被拉低，也就是说，当器件重扁后，它总是自动从内部的BootROM启动。如果XMPNMC为高电平，则表示系统将从XINTF zone7中获取复位向量。即从外部获取中断向量(地址见表1)时，必须确保复位向量所指向正确的地址。这一般在希望自己编写启动程序时使用。本文对此小作具体讨论。 当XMPNMC为低电平时，系统从内部获取复位向量。这个复位向量指的就是上文中提到的BootROM中位于0x3FFFC0的向量。此向量指向固化在BootROM中的InitBoot函数。所以

6、上电复位后，程序将跳转到Init-Boot函数。 InitBoot函数首先对器件初始化，F281x器件将被配置为F28x工作模式。如果希望执行C2xLP兼容程序，则需要用户自己写程序配置。PLL配置将保持不变。PIE使用缺省状态，即不使能。另外要注意，M1的前80个字将用做BootROM的堆栈，用户应避免使用。初始化完成后，程序转向执行SelectBootMode函数。此函数将扫描通用I/O口(GPIO)，以确定启动模式，如表2所列，包括跳转到Flash、跳转到HO SARAM、跳转到OTP等模式。 不同的模式有不同的程序起点(entrypoint)。对于Flash、HO SARAM、OTP模

7、式，有一个固定的跳转地址(见表2)；而对于从SCI、SPI启动时，程序起点将调用bootloader按一定的格式(具体格式见参考文献)从外部获取。 最后，BootROM执行exitboot函数。执行这个函数包括：置CPU状态为缺省，将SP指向0x400，跳转到程序起点等工作。exitboot执行后CPU状态为：ACC=0，RPC=0，P=0，XT=0，ST=O，XAR0=XAR7=0，SP=Ox400，STl=0x0AOB。 以上是BootROM完成的工作。从entrypoint开始，就进入用户程序区了。对于汇编程序，可以在程序起点处写一条跳转到Start(如果程序起点是Start)的指令。汇

8、编情况比较简单，跳转到Start后，各项初始化代码工作都由自己完成。对于C语言程序，通常的做法是在程序起点处放置一条跳转指令，转到_c_init0。然后程序的执行分为使用或不使用：BIOS两种情况。 从rtssrc中提取boot28inc文件，其中包括对于不使用BIOS的情况下，启动后从_c_init0到main函数中间所做的工作。因为这段代码足由C编译器自动运行的，因而常被初学者忽视，以致对其后自己编写的c代码的运行环境不清楚。这一段程序主要完成以下工作： 分配C堆栈； 建立C运行环境(CPU寄存器和模式寄存器的配置)； 复制cinit、pinit表、const、econst常量到工作区；

9、跳转到main函数。 这段代码声明了2个全局变量：_stack，系统堆栈栈底；_c_intOO，启动函数。下面列出了C运行环境的初始化程序部分代码： 这些代码设置了C语言的运行环境。在用户程序中编写的汇编代码不应该破坏这个环境，否则C语言将无法正常运行。3 中断代码的执行 F28x系列的DSP支持1个小可屏蔽中断(NMI)和16个可屏蔽中断(INTlINT14、RTOSINT、DLOGINT)。其中，INTlINTl2由PIE控制单元管理。每个INT可以对应8个外设中断，即PIE可以控制96个中断源。 下面对可屏蔽中断响应过程作一介绍： 外设发出中断请求。 DSP看中断请求是否被允许。没计PI

10、EIER、PIEACK、IER、INTM等寄存器和标志位的设置，具体参见参考文献。 如果中断允许，则先执行完进入解码的二阶段之后的指令，将其他指令冲出流水线。系统将自动保存ST0、T、AL、AH、PL、PH、AR0、ARl、DP、STl、DBG-STAT、PC、IER，然后获取中断向量加载到PC。 注意：当中断被允许后会立即清除IFR中相应标志位；但是，如果此时中断信号仍有效(保持低电平)，那么，相应IFR标志位又会被置位(不过这时此中断不套被立即响应)；这是因为CPU禁止了所有的硬件中断响应，当ISR开始执行时，它才解除禁止；井且，在执行ISR之前(此时原来的IER已保存)，当前中断的IER

11、中相应位被清零。也就是说，同一中断源的中断不会再被响应，要等到中断服务子程序中用户来使能中断(如果需要嵌套)，或者等到中断返回自动恢复IER。 执行中断服务子程序。 由于置位了INTM、DBGM，所以可屏蔽中断默认是不被允许的。如果要嵌套，则需程序员自己动手清除禁止中断标志。另外，中断里面LOOP、EALLOW、IDLES-TAT都被清零了，这样中断服务于程序有了一个全新的上下文。4 从RAM中执行代码 通常情况下，程序是保存在Flash里面的，CPU从Flash中取指运行；但是，有时会要求将程序调到RAM中来执行。一方面是为追求更高的速度；另一方面是为了让Flash有最好的运行性能，需要修改

12、Flash的等待状态周期，使能Flash Pipeline，而对F1ash的操作必须在RAM里面执行，这些操作函数就必然要从F1ash中调到RAM中执行。对于这些程序，在启动后用户程序中需要先完成存储器拷贝工作。拷贝到RAM中之后，才能调用这些函数，顺序不能乱。5 在DSP上移植实时操作系统 所谓移植，就是使一个实时内核能在某个微处理器或微控制器上运行。在移植软件之前，先要正确配置处理器的运行模式，了解处理器的中断方式、中断向量地址等。这些工作在F28x系列DSP中由BootROM中固化的程序完成。另外，为了方便移植，大部分的RTOS代码都是用C语言写的；但仍需要用C语言和汇编语言混合编写一些

13、与处理器相关的代码。这是因为在读写处理器寄存器时只能通过汇编语言来实现。 对于同时使用汇编语言和C语言的实时操作系统移植，必须小心使用汇编语言，防止破坏C语言运行环境。一方面不可以改变相关状态位；另一方面汇编函数的编写需要遵循C编译器的调用规则。从复位到用户程序编译器做的设置工作见前文。 中断发生时，TMS320LF28x处理器自动保存了不少寄存器，但是如果中断服务子程序中要用其他寄存器，那么开始时要自己写现场保护程序。就实时操作系统而言，进入中断和退出中断须对系统堆栈进行现场保护。维护堆栈结构时，需要注意处理器堆栈的生长方向。虽然绝大多数微处理器和微控制器的堆栈是从上往下长的，但TI公司的D

14、SP一般为从下往上长。 一般实时操作系统需要先禁止中断再访问代码的临界段，并且在访问完毕后重新允许中断。这就使得系统能够保护临界段代码免受多任务或中断服务例程(ISRs)的破坏。最简单的实现方法是直接调用处理器指令来禁止中断和允许中断。 笔者选择了目前应用比较广泛的实时操作系统COS-。要移植COS-需要满足以下要求： 处理器的C编译器能产生可重入代码； 用C语言就可以打开和关闭中断； 处理器支持中断，并且能产生定时中断(通常在10100Hz之间)； 处理器支持能够容纳一定量数据(可能是几千字节)的硬件堆栈； 处理器有将堆栈指针和其他CPU寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。 移植工作包括以下几个内容： 用#define设置一个常量的值(OS_CPU.H)； 声明lO个数据类型(OS_CPU.H)； 用#define声明3个宏(OS_CPUH)； 用C语言编写6个简单的函数(OS_CPU_CC)； 编写4个汇编语言函数(OS_CPU_AASM)。 移植的难点在于实现OS_CPU_AASM。这个文件的实现需要十分清楚处理器启动过程和中断处理。以及代码的运行过程。由于TI公司的DSP堆栈从下往上长，所以移植时需要置OS_STK_GROWTH为0。可以简单地使用TIMS320LF28x的中断使能和禁止命令来实现OS_ENTER_CRITICALO、OS_