利用计算机串口实现DSP软件加载的方法

概述
　　在嵌入式系统DSP软件的开发过程中，比较通用的方法是利用厂商提供的仿真器通过DSP上的JTAG端口对DSP软件进行在线调试与加载。该方法在软件调试阶段非常方便，但是在复杂的嵌入式系统中，DSP系统可能只是整个系统的一部分。完成系统对接后，DSP分系统与整个系统配合工作，一旦出现问题，就需要将DSP分系统与整个系统分离，露出JTAG端口后才能实现软件的调试与加载。
　　本文提供了一种利用计算机串口实现DSP软件加载的方法，并实现了它的软硬件系统。该方法在DSP分系统阶段利用JTAG仿真器进行程序加载与调试，将支持串口加载的DSP程序嵌入DSP应用软件中。完成整个复杂系统后，就可以通过串口传输线利用计算机对DSP系统进行加载，而无需再将DSP系统分离。该系统已经在实际运用中取得了良好的效果。
　　计算机串口加载系统基本框图如图1所示。该系统通过PC的串行端口，经传输线将加载文件发送给DSP，DSP收到加载文件之后，将其烧写入FLASH，系统下电重启后，DSP运行BootLoader程序，加载文件就从FLAH加载到了DSP中。本文将从DSP与计算机串口通信的实现、DSP对FLASH的烧写以及加载文件的生成三个方面，对该串口加载技术进行详细论述。其中DSP采用了TI公司的TMS320C6201（以下简称6201）DSP。
　　DSP与PC串口通信的实现
　　PC机串口采用通用异步接收器/发送器（UART）标准，支持RS232通信协议。UART标准是比较成熟的串行数据交换协议，因为它是异步方式的，所以通信链路不需要发送时钟信号。UART传输协议含有用来帮助同步接收器接收数据的起始位和停止位。数据序列中一个高电平到低电平的转变标志着传送的开始。在开始位后，数据位首先从LSB串行发送。奇偶校验位是可选的，这取决于UART的格式。每帧数据都以停止位结束（通常为逻辑高电平）。
　　6201是高性能的数字信号处理器，它并不支持异步的UART通信。通常进行串口通信时使用它的多通道缓冲串口McBSP（Multichannel Buffered Serial Port），这种串口模块由C2000系列以及C5000系列DSP的标准串口发展而来，是一种同步串行接口，不支持UART标准。为了实现与UART的通信，需要在硬件和软件方面进行调整。
　　硬件连接
　　本系统的硬件连接如图2所示。6201的McBSP的数据输入和帧同步输入都与UART的发送数据线相连，这是因为UART的串行数据线既有数据信息，又有帧信息，而此时UART的接收数据线与McBSP的输出数据线相连。本系统为了提高数据传输距离、增强数据传输的可靠性，采用RS422协议方式传输数据，即McBSP和PC在发送端利用转换器将信号转为RS422信号传输，在接收端将信号转为RS232格式接收。
　　软件实现
　　本系统需要PC与DSP共同配合完成，因此软件分为PC部分和DSP部分。PC部分主要负责将加载文件传输给DSP，即主要完成与DSP的通信功能；DSP部分软件主要负责接收加载文件并将加载文件烧写入FLASH中，编程的重点在于实现McBSP的异步传输功能。
　　PC部分编程
　　本系统PC部分程序主要在Visual C++ 6.0环境下开发。串口初始化参数、传输数据地址、各项操作指令等信息传递给程序，程序对收到的各种信息进行相应处理，最终实现数据由PC到DSP的发送。
　　对串口各项属性的初始化以及串口数据的发送与接收等操作，主要利用现有控件MSComm来实现。MSComm控件是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，通过串行端口发送和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。它在串口编程时非常方便，实际上是调用了Windows的API函数，但程序员不必再了解复杂的API函数就可控制串行通信。通信的过程实际上是对属性的操作和对控件事件的响应。
　　MSComm控件在VC中包含26个属性。其中重要的属性有：CommPort为设置并返回连接的串行端口号；Settings为设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位；PortOpen为返回通信端口的状态或打开关闭端口；Input为返回并删除接收缓冲区中的数据流；Output为往传输缓冲区写数据流（文本数据或二进制数据）等。通过对属性的操作就可以完成串行口的初始化设置、查询及通信。
　　因为本系统主要用于DSP的文件加载，因此对实时性的要求并没有DSP应用程序高，在考虑通信协议时，主要以保证传输数据的正确性为主要出发点。通信时，PC首先发送通信开始标识符，然后等待应答。在收到正确应答信号后，首先发送数据地址、数据长度等信息，然后再开始发送数据。发送时以单个字符为单位，一次发送一个字符，然后等待DSP将接收到的字符回传，收到回传字符后与原发送字符比较，确认一致后再进行下一个字符的发送。
　　在具体实现中，由于文件数据量大，经常会出现发送错误的情况，并导致发送程序中断，因此对该流程进行了改进。发现接收到的数据与原数据不符时并未马上返回错误信息结束数据发送，而是将该数据重复发送，在10次内如果发送成功则继续发送后续数据，如果超过10次则返回错误信息，结束发送。
　　DSP程序设计
　　DSP软件分为两部分，一部分是实现该DSP主要功能的应用程序部分，一部分是支持该串口加载系统的DSP程序。
　　在实际应用中，DSP应用软件为一个无限循环，支持该串口加载系统的DSP程序作为软件的一部分嵌入在无限循环中。正常情况下，DSP运行实现该DSP主要功能的应用程序部分，当McBSP的接收数据中断服务程序收到PC传来的连接信号后，则触发主程序进入串口加载程序。整个过程如图3所示。
　　6201使用McBSP内部的采样时钟，McBSP可以配置成接收和发送数据模式。实际操作中UART的1bit对应于McBSP的8bit字，因此DSP发送数据时软件必须将1bit扩展成要发送的8bit，同样，接收数据时也要将接收到的每个8bit字压缩成lbit。这就要求设置采样速率发生器产生一个内部串行时钟是串行波特率的8倍。每个UART字都以一个下降沿开始，这个下降沿可以用作帧同步输入。数据线和帧同步信号都连接到UART的输出上就可以得到这一信号（详见硬件连接部分）。
　　本系统以8N1（8个数据位，没有奇偶校验位，1个停止位）的格式从UART接收和发送1bit。对6201相应寄存器进行配置，将发送和接收数据分为两部分：第一部分包含9个8bit的字，是开始位和8个数据位；第二部分包含1个8bit的字，是停止位。假设DSP发送或接收一个字符a，它的ASCII码为0x00111001，在内存中的存储形式如图4所示。在接收到之后要对其进行解码处理，去掉起始位和停止位并将其进行压缩；在发送时要将各位进行扩展并加上起始位和停止位。
　　加载文件烧写
　　加载文件烧写部分程序也在DSP上运行，主要完成的功能是将收到的加载文件烧写入FLASH指定位置中。系统下电重启后，新写入FLASH的加载文件被加载入DSP，从而实现了DSP的串行加载。
　　对于FLASH的烧写，应根据所选FLASH芯片型号，按照手册要求先对特定地址写入控制字符，然后再进行相应的烧写或擦出操作。
　　加载文件的生成
　　用户编写的应用软件经过汇编、链接等操作后生成后缀名为.out的文件，该文件为TI公司的COFF格式的二进制目标文件，可以通过JTAG仿真器直接加载运行。但是对于串口传输以及FLASH烧写等操作来说，需要将其转化为16进制字符串形式的文本文件。
　　运行TI公司提供的hex6x.exe可完成上述操作，TI公司还提供了一系列的命令选项来选择生成16进制文件的格式。在具体操作中，可以将文件名、命令选项等操作全部集成在后缀为.cmd的文件中，然后运行hex6x.exe对该后缀为.cmd的文件进行操作，即可生成所需要的16进制文件。
　　结论
　　TMS320C6000系列DSP的多通道缓冲串口McBSP是一个同步串口，因此不能与通用异步接收/发送器直接连接。但是，通过对DSP相关控制寄存器的简单调整，在软件控制下，UART与TMS320C6000之间的通信成为可能，该通信功能的实现也是所设计的串口加载系统的难点和重点。本论文对此串口加载系统硬件接口和必要的软件部分做了详细介绍，该系统硬件结构简单、通信线少、高速可靠，已经在实际运用中取得了良好效果。