1 引言

空瓶檢測(cè)機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)分為基于PC機(jī)、基于DSP和基于智能相機(jī)三種結(jié)構(gòu)。不論哪種結(jié)構(gòu)，成像系統(tǒng)都是采用高速工業(yè)相機(jī)和光學(xué)照明系統(tǒng)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行清晰成像，然后圖像進(jìn)行后續(xù)的轉(zhuǎn)換和處理?；谥悄芟鄼C(jī)的嵌入式系統(tǒng)，將圖像的采集、傳輸、處理都在智能相機(jī)內(nèi)部完成，系統(tǒng)集成化程度高，處理速度快，但是專(zhuān)用性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)。目前，主要應(yīng)用的是前兩種方式。

在對(duì)瓶口和瓶底圖像的處理中使用了包括低通濾波、邊緣提取等算法，這些卷積算法需要進(jìn)行大量的乘加運(yùn)算，而且要求很高的圖像處理速度。結(jié)合處理器速度和片上外設(shè)的要求，板上的處理器采用德州儀器（TI）的TMS320VC5502高性能數(shù)字信號(hào)處理器。

本文首先介紹了VC5502DSP的特點(diǎn)，然后介紹了系統(tǒng)時(shí)鐘、擴(kuò)展內(nèi)存接口、串行通信接口等外設(shè)接口，闡述了啟動(dòng)模式和目標(biāo)程序內(nèi)存空間定址等內(nèi)容，最后給出了擴(kuò)展程序內(nèi)存的燒寫(xiě)時(shí)序。

2 VC5502DSP簡(jiǎn)介

2.1 TMS320VC5502的特點(diǎn)

TMS320VC5502是一款定點(diǎn)數(shù)DSP，它的主要特征：

基于高性能，低功耗的TMS320C55x的CPU內(nèi)核。3-/5-ns的指令周期，300/200MHz的時(shí)鐘速率；16K字節(jié)指令緩存；600/400兆次/秒的乘累加運(yùn)算（MMACS）。

內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)包括1條內(nèi)部程序總線，3條內(nèi)部數(shù)據(jù)讀總線，2條內(nèi)部數(shù)據(jù)寫(xiě)總線。沒(méi)有外部總線競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，可以在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)三次數(shù)據(jù)讀和兩次數(shù)據(jù)寫(xiě)，并行度很高。

兩個(gè)40位乘累加單元（MAC），每個(gè)都可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)一次17bit×17bit運(yùn)算，一個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元（ALU）輔以一個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元。

使用可變長(zhǎng)度指令增加指令密度，指令單元（IU）每次取指32bit放入程序單元（PU）進(jìn)行排隊(duì)。PU進(jìn)行指令譯碼，執(zhí)行指令，分配任務(wù)到地址單元（AU）和數(shù)據(jù)單元（DU），并且維護(hù)完全保護(hù)性指令流水線。分支預(yù)測(cè)技術(shù)減少因?yàn)闂l件指令造成指令流水線的刷新。

EMIF接口提供對(duì)異步EPROM、SRAM、SDRAM和異步突發(fā)式SRAM（SBSRAM）的無(wú)縫連接。程序內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存統(tǒng)一編址，支持8M16位字的內(nèi)存空間，分為四個(gè)區(qū)域（CE）。

另外，TI還提供了一系列開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)包，包括eXpressDSP,CodeComposerStudio,DSP/BIOS,TI標(biāo)準(zhǔn)算法庫(kù)，信號(hào)處理算法庫(kù)，視頻和圖像處理算法庫(kù)等，提高了用戶的開(kāi)發(fā)效率。

2.2 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置

TMS320VC5502可以使用外部晶振和內(nèi)部的振蕩器作為時(shí)鐘源，也可以直接使用外部的時(shí)鐘源。VC5502內(nèi)部具有鎖相環(huán)，可以被使能或旁路，上電復(fù)位時(shí)鎖相環(huán)缺省被旁路。DSP的時(shí)鐘源由復(fù)位時(shí)GPIO4引腳的狀態(tài)決定。

TMS320VC5502分為四個(gè)時(shí)鐘組：C55x核系統(tǒng)時(shí)鐘組，快速外設(shè)時(shí)鐘組，慢速外設(shè)時(shí)鐘組和EMIF接口時(shí)鐘組，分別對(duì)應(yīng)CLKOUT3、SYSCLK1、SYSCLK2、SYSCLK3四個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。快速外設(shè)時(shí)鐘SYSCLK1主要提供給DMA和HPI接口使用，慢速外設(shè)時(shí)鐘SYSCLK2在本應(yīng)用中主要供I2C模塊使用，EMIF接口時(shí)鐘SYSCLK3用作內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)鐘。

在本圖像處理卡中，使用頻率為200MHz的MK1711作為外部時(shí)鐘源，MK1711是德州儀器推薦的DSP外部時(shí)鐘。GPIO4引腳在復(fù)位時(shí)接高電平，其狀態(tài)會(huì)被bootloader檢測(cè)并將CLKMD[0]位置1。

當(dāng)EMIF模塊使用內(nèi)部時(shí)鐘作為時(shí)鐘源時(shí)，SYSCLK3的頻率必須小于或等于100MHz；當(dāng)EMIF模塊使用外部時(shí)鐘源時(shí)，SYSCLK3的頻率必須小于或等于SYSCLK1，但是外部時(shí)鐘源CLKIN的頻率必須小于100MHz。SYSCLK2的頻率必須小于或等于SYSCLK1的頻率。

在本應(yīng)用中，系統(tǒng)正常工作時(shí)使用的各個(gè)時(shí)鐘的頻率如下表1：

修改C55x子系統(tǒng)時(shí)鐘控制寄存器（PLLCSR），PLL分頻寄存器（PLLDIV0）和PLL倍頻器（PLLM），需要遵從一定的順序。本系統(tǒng)修改如下：

1) 將PLLCSR的PLLEN位清零，使PLL處于旁路狀態(tài)；

2) 將PLLCSR的PLLRST位置位，使PLL進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；

3) 清零PLLDIV0的D0EN位，不使能PLL分頻器；

4) 修改PLLDIV0寄存器的分頻數(shù)值為100b；

5) 置位PLLDIV0的PLLEN位，使能PLL分頻器；

6) 修改PLLM寄存器的倍頻數(shù)值為100b；

7) 延時(shí)1微秒（仍按原來(lái)頻率計(jì)）；

8) 清零PLLCSR的PLLRST位，使鎖相環(huán)脫離復(fù)位狀態(tài)；

9) 輪詢PLLCSR的LOCK位，直到該位為1表示鎖相成功，鎖相環(huán)具有穩(wěn)定的頻率輸出；

10) 將PLLCSR的PLLEN位置1，使系統(tǒng)進(jìn)入鎖相環(huán)使能模式。

缺省時(shí)，SYSCLKx這三個(gè)時(shí)鐘的分頻系數(shù)都是4，為了加快訪問(wèn)外設(shè)的速度，需要進(jìn)行修改。在修改相應(yīng)的PLLDIVx寄存器時(shí)，TI推薦首先使相應(yīng)接口進(jìn)入IDLE狀態(tài)，以避免外設(shè)訪問(wèn)發(fā)生錯(cuò)誤。

通過(guò)修改PLLDIV1=2使SYSCLK1時(shí)鐘頻率運(yùn)行在100MHz；PLLDIV2使用缺省值4不作修改，SYSCLK2運(yùn)行在50MHz；修改PLLDIV3=2使EMIF接口時(shí)鐘SYSCLK3運(yùn)行在100MHz。

ECLKOUTx兩個(gè)時(shí)鐘僅在使用同步動(dòng)態(tài)內(nèi)存和同步突發(fā)式SRAM時(shí)需要，使用異步SRAM時(shí)不需要。為了減少電磁干擾，將此兩個(gè)時(shí)鐘引腳關(guān)閉，可以通過(guò)設(shè)置EMIF全局控制寄存器EMIFGCRx的EKxEN和EKxHZ為0來(lái)完成。

為了加快啟動(dòng)加載過(guò)程，鎖相環(huán)和各外設(shè)時(shí)鐘分頻寄存器可以在加載應(yīng)用程序代碼前通過(guò)啟動(dòng)表格由bootloaer做修改。但是在啟動(dòng)表格中無(wú)法進(jìn)行步驟6中LOCK位的輪詢，為此可以采用一定的延時(shí)（如1微秒），只要保證PLL能夠成功鎖相有穩(wěn)定頻率輸出即可。相應(yīng)命令文件代碼參見(jiàn)啟動(dòng)表格結(jié)構(gòu)節(jié)。

2.3 擴(kuò)展內(nèi)存接口EMIF

EMIF接口支持CPU/DMA對(duì)外部數(shù)據(jù)的8位、16位、32位訪問(wèn)，支持的外設(shè)包括異步內(nèi)存（SRAM、ROM、FLASH內(nèi)存），同步動(dòng)態(tài)內(nèi)存（SDRAM）和同步突發(fā)式SRAM（SBSRAM）。內(nèi)存字節(jié)順序只支持大端模式。

在圖像處理卡中，EMIF的CE1內(nèi)存空間接DSP的程序FLASH，CE2空間通過(guò)CPLD內(nèi)存切換模塊接SRAM，內(nèi)存訪問(wèn)參考時(shí)鐘選擇ECLKOUT1，時(shí)鐘頻率100MHz。

EMIF可編程控制異步內(nèi)存的時(shí)序，這些時(shí)序參數(shù)是通過(guò)各個(gè)內(nèi)存空間的CExCTL寄存器實(shí)現(xiàn)的。主要參數(shù)有：

1) 建立時(shí)間（SETUP）：指從內(nèi)存訪問(wèn)周期開(kāi)始到讀或?qū)戇x通信號(hào)有效的時(shí)間。最小值為1，對(duì)于一次單一或突發(fā)訪問(wèn)的幾次連續(xù)訪問(wèn)的第一個(gè)訪問(wèn)，SETUP最小值為2；

2) 選通時(shí)間（STOBE）：讀或?qū)戇x通信號(hào)從有效到無(wú)效的時(shí)間，最小值為1。

3) 保持時(shí)間（HOLD）：指讀或?qū)戇x通信號(hào)從失效到訪問(wèn)周期結(jié)束的時(shí)間，留作地址總線的變化時(shí)間，最小值可以為0；

這些時(shí)間參數(shù)以SYSCLK3（ECLKOUT1）為基準(zhǔn)。EMIF為每個(gè)CE內(nèi)存空間的讀和寫(xiě)訪問(wèn)提供獨(dú)立的SETUP、STOBE、HOLD時(shí)間。

EMIF每次總是進(jìn)行32位讀寫(xiě)，對(duì)于16位寬度的內(nèi)存，進(jìn)行連續(xù)兩個(gè)16位讀寫(xiě),TMS320VC5502的EMIF對(duì)16位寬度內(nèi)存的讀寫(xiě)時(shí)序圖如圖1。

圖1 (a)EMIF接口16位寬度異步內(nèi)存讀時(shí)序

圖1 (b)EMIF接口16位寬度異步內(nèi)存寫(xiě)時(shí)序

EMIF會(huì)在對(duì)同一個(gè)CE內(nèi)存空間單一讀或突發(fā)讀操作結(jié)束后自動(dòng)加上一個(gè)CE讀保持時(shí)間，該時(shí)間不能編程控制，其大小與最后一個(gè)讀保持時(shí)間的和為12個(gè)SYSCLK3時(shí)鐘周期（如圖1a）；寫(xiě)內(nèi)存操作時(shí)，會(huì)在對(duì)同一個(gè)CE內(nèi)存空間的單獨(dú)寫(xiě)或突發(fā)寫(xiě)操作結(jié)束后自動(dòng)加上一個(gè)CE寫(xiě)保持時(shí)間，該時(shí)間同樣不能編程控制，其大小與所有SETUP、STOBE、HOLD時(shí)間的和最小為11（如圖1b），當(dāng)所有SETUP、STOBE、HOLD時(shí)間的和大于11時(shí)，CE寫(xiě)選通時(shí)間為0。

在本圖像處理卡中，DSP程序存儲(chǔ)器FLASH采用SST半導(dǎo)體的SST39VF400A。SST39VF400A是NORFLASH，程序代碼可以直接在其中運(yùn)行，為256Kb×16布局，共4Mbit。整個(gè)內(nèi)存分為256個(gè)區(qū)域塊，讀訪問(wèn)周期70ns。根據(jù)EMIF啟動(dòng)方式要求，SST39VF400A配置在CE1內(nèi)存空間，16位字地址空間為200000H-23FFFFH。復(fù)位后，DSP的啟動(dòng)加載代碼根據(jù)啟動(dòng)表格將外部FLASH中的用戶應(yīng)用程序代碼加載到內(nèi)部RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到程序入口點(diǎn)執(zhí)行。

為了使這些參數(shù)能夠在加載外部程序代碼時(shí)起作用，這些參數(shù)必須在啟動(dòng)表格中通過(guò)bootloader進(jìn)行修改，要注意保證足夠的延時(shí)，使輸出時(shí)鐘穩(wěn)定。DSP的外部擴(kuò)展SRAMCY7C1061AV33的配置在CE2內(nèi)存空間，作為圖像內(nèi)存，16位字地址空間為400000H-4FFFFFH。對(duì)于讀CY7C1061AV33操作，不使用VC5502EMIF的/ARE引腳，直接用/AOE和CY7C1061AV33的/OE引腳連接，則此時(shí)地址信號(hào)、片選/CE1、輸出允許/OE會(huì)同時(shí)給出，此時(shí)CY7C1061AV33處于連續(xù)讀狀態(tài)，數(shù)據(jù)的輸出只受地址總線的控制。地址總線變化時(shí)，便給出相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)。CY7C1061AV33的讀時(shí)序如圖2。

圖2 CY7C1061AV33內(nèi)存讀時(shí)序

計(jì)算出讀操作SETUP=1,STOBE=1,HOLD=0即可滿足讀操作時(shí)序要求。

對(duì)于CY7C1061AV33寫(xiě)操作，本應(yīng)用使用/WE和/OE控制方式且/OE保持高電平。由CY7C1061AV33寫(xiě)時(shí)序圖可知，CE2CTL的寫(xiě)操作SETUP=1，STOBE=1，HOLD=0可以滿足SRAM寫(xiě)時(shí)序要求。如圖3所示。

配置CE2CTL如下（MTYPE=0001b，表16位寬度異步SRAM）

圖3 CE2CTL寄存器設(shè)置

因?yàn)樵谙到y(tǒng)啟動(dòng)加載過(guò)程中沒(méi)有對(duì)CE2內(nèi)存空間SRAM的訪問(wèn)，所以可以通過(guò)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換命令文件和十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具將CE2CTL記錄在啟動(dòng)表格中，由Bootloader來(lái)做修改。

2.4 啟動(dòng)引導(dǎo)模式

VC5502的片內(nèi)ROM有幾個(gè)預(yù)編程的分區(qū)，其上包括如下代碼或內(nèi)容：

啟動(dòng)加載程序；啟動(dòng)模式跳轉(zhuǎn)表；Sin函數(shù)值查找表；中斷向量表。

啟動(dòng)加載程序通過(guò)啟動(dòng)模式跳轉(zhuǎn)表跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的啟動(dòng)模式執(zhí)行代碼，啟動(dòng)模式的選擇由系統(tǒng)復(fù)位時(shí)BOOTM[2:0]的狀態(tài)決定。BOOT[2:0]與啟動(dòng)模式的關(guān)系如下表2：

表2BOOT[2:0]與啟動(dòng)模式的關(guān)系

本項(xiàng)目中，選擇BOOTM=[2:0],采用EMIF口16位擴(kuò)展Flash啟動(dòng)方式。復(fù)位時(shí)，ST3狀態(tài)寄存器的MPNMC位會(huì)被清零，指示片上ROM被映射到FF_8000-FF_FFFFh。CE1內(nèi)存空間會(huì)被配置為16位寬度異步內(nèi)存，啟動(dòng)加載代碼從其中加載用戶程序代碼到內(nèi)部RAM并跳轉(zhuǎn)到入口點(diǎn)執(zhí)行。

啟動(dòng)過(guò)程中，TMS320VC5502會(huì)采樣GPIO4、GPIO6和GPIO7引腳的狀態(tài)，這些引腳的狀態(tài)決定EMIF時(shí)鐘源和復(fù)用接口的選擇。復(fù)位時(shí)GPIO4、GPIO6和GPIO7引腳的狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)配置的影響如表3所示：

表3  GPIO4、GPIO6、GPIO7與系統(tǒng)配置的關(guān)系

2.5 目標(biāo)程序定位和啟動(dòng)表格生成

DSP目標(biāo)程序內(nèi)存空間映射由用戶通過(guò)鏈接命令文件生成，可由十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具根據(jù)轉(zhuǎn)換命令文件生成下載文件或者編輯內(nèi)存空間映射。

2.5.1 目標(biāo)程序定位

程序的定位方式有三種：編譯時(shí)定位、鏈接時(shí)定位和加載時(shí)定位。DSP系統(tǒng)采用鏈接時(shí)定位，編譯器將整個(gè)程序區(qū)分為數(shù)個(gè)節(jié)，并以地址0開(kāi)始為節(jié)區(qū)定址，鏈接器將同名節(jié)合并，并按照鏈接命令文件（.cmd）中的節(jié)命令進(jìn)行實(shí)際的定位。

鏈接命令文件用于指示鏈接器如何生成存儲(chǔ)器映象文件（.map）和可執(zhí)行輸出文件（.out）（COFF目標(biāo)模塊）。鏈接命令文件主要指示鏈接器完成兩個(gè)功能：第一，如何將輸入節(jié)合并為輸出節(jié)；第二，如何將輸出節(jié)定位到實(shí)際的存儲(chǔ)空間中。鏈接命令文件通過(guò)MEMORY和SECTIONS兩個(gè)命令實(shí)現(xiàn)上述功能。MEMORY命令用于描述系統(tǒng)實(shí)際的硬件資源；SECTIONS命令用于描述節(jié)如何定位到適當(dāng)?shù)挠布Y源上，在該命令中可以定義節(jié)的加載地址和運(yùn)行地址。

在CCS的編譯選項(xiàng)卡中選擇編譯器類(lèi)型為55x；在鏈接選項(xiàng)卡中的自動(dòng)初始化方式中選擇運(yùn)行時(shí)初始化，這會(huì)讓鏈接器生成運(yùn)行時(shí)用填充數(shù)據(jù)初始化.bss數(shù)據(jù)節(jié)的代碼；在鏈接選項(xiàng)卡的map文件名中輸入文件名生成鏈接映射文件，用于檢查編譯、鏈接和定址結(jié)果。

編譯鏈接工程后會(huì)生成COFF格式可執(zhí)行文件，這個(gè)文件是可執(zhí)行文件映像，并不是直接在內(nèi)存中運(yùn)行代碼的轉(zhuǎn)儲(chǔ)（dump），需要利用hex55.exe將其中的節(jié)數(shù)據(jù)信息抽取出來(lái)，結(jié)合hex55的命令腳本文件，重新將數(shù)據(jù)以啟動(dòng)表格的形式組織在hex文件中，然后下載到FLASH，TMS320VC5502啟動(dòng)后，片上bootloader將其加載到RAM上運(yùn)行。

2.5.2 啟動(dòng)表格生成

啟動(dòng)加載程序加載Flash上程序代碼是通過(guò)加載表格來(lái)完成的，使用啟動(dòng)表格增強(qiáng)了啟動(dòng)加載代碼對(duì)不同加載模式的獨(dú)立性。它包含COFF文件格式中程序節(jié)、數(shù)據(jù)節(jié)等節(jié)信息和寄存器設(shè)置等信息。啟動(dòng)表格由十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具根據(jù)轉(zhuǎn)換命令文件和鏈接輸出文件生成。其結(jié)構(gòu)如圖4。

32位程序入口地址是程序被bootloader加載進(jìn)內(nèi)部RAM后，程序執(zhí)行流程的跳轉(zhuǎn)地址。

32位寄存器配置數(shù)目是需要在啟動(dòng)加載中加載應(yīng)用程序前需要配置的IO內(nèi)存映射寄存器和延時(shí)的數(shù)目。

16位寄存器地址是要配置的寄存器的地址，后面是16位的配置值；若寄存器修改需要延時(shí)，可以用0xFFFF延時(shí)標(biāo)記，后面跟著延時(shí)時(shí)鐘數(shù)。

32位節(jié)字節(jié)數(shù)目表示程序節(jié)、數(shù)據(jù)節(jié)等節(jié)長(zhǎng)度（按字節(jié)計(jì)）；

32位節(jié)開(kāi)始地址表示相應(yīng)節(jié)的其實(shí)地址，后面緊跟著該節(jié)的內(nèi)容，開(kāi)頭或末尾會(huì)有0字節(jié)32位邊界對(duì)齊，以加快數(shù)據(jù)的加載速度。各節(jié)依次排列。

圖4 啟動(dòng)表格結(jié)構(gòu)

32位全0字節(jié)數(shù)目，表示達(dá)到末尾節(jié)，已經(jīng)沒(méi)有要加載的節(jié)。

Bootloader會(huì)在加載外部程序和數(shù)據(jù)節(jié)之前對(duì)注冊(cè)在啟動(dòng)表格中的寄存器做修改。這個(gè)特性提供了修改系統(tǒng)時(shí)鐘配置以加快代碼加載速度和在執(zhí)行用戶代碼前正確配置EMIF接口內(nèi)存空間參數(shù)的機(jī)會(huì)。

在腳本文件中，寄存器修改使用reg_config選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，格式為

-reg_configREG_ADDRREG_VALUE；

延時(shí)使用delay選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，格式為

-delayDELAY_COUNT。

HEX55.exe十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具可以讀取轉(zhuǎn)換命令文件和編譯輸出文件，構(gòu)造出正確的啟動(dòng)表格。本圖像處理卡上，在啟動(dòng)過(guò)程中需要修改的寄存器主要有鎖相環(huán)PLL寄存器、外設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘分頻寄存器、EMIF接口CExCTL寄存器。轉(zhuǎn)換命令文件代碼如下：

−boot                  ;option to create a boot table

−v5510:2            ;use C55x boot table format for TMS320VC5502

−parallel16 ;boot mode is 16-bit external async mem

;to shut down ECLKOUTx

-reg_config   0x0800  0x271C

-reg_config   0x0801  0x0008

-delay    0x80

;to config PLL registers

-reg_config   0x1C80 0x0048  ;PLLCSR

-delay    0x100

-reg_config   0x1C8A       0x0000  ;PLLDIV0

-delay    0x80

-reg_config   0x1C8A       0x1003

-delay    0x100

-reg_config   0x1C88 0x0004  ;PLLM

-delay    0x80

-reg_config   0x1C80 0x0040  ;PLLCSR.PLLRST=0

-delay    0x100

-reg_config   0x1C80 0x0041  ;PLLCSR.PLLEN=1

-delay    0x80

;to config PLLDIVx registers

-reg_config   0x1C8C 0x1001  ;PLLDIV1

-delay    0x80

-reg_config   0x1C90 0x1001  ;PLLDIV3

-delay    0x80

;to config EMIF CExCTL registers

-reg_config   0x0802  0xC211

-delay    0x80

-reg_config   0x0803  0xFFF3

-delay    0x80

-reg_config   0x0808  0xC110

-delay    0x80

-reg_config   0x0809  0x1081

-delay    0x80

.............

−x                                     ;desired output format is Tektronix format

−o bottlecheck.hex           ;specify the output filename

bottlecheck.out                ;specify the input file

運(yùn)行hex55.exe生成.hex十六進(jìn)制下載文件，通過(guò)FlashBurn程序?qū)⒛繕?biāo)代碼下載到擴(kuò)展程序內(nèi)存中。

3 外圍模塊設(shè)置

3.1 I2C模塊設(shè)置

I2C總線是飛利浦公司發(fā)起的二線制串行總線。TMS320VC5502上的I2C模塊完全兼容飛利浦I2C總線規(guī)范（2.1版本），可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)THS8083A內(nèi)部寄存器的初始化。I2C總線連接非常簡(jiǎn)單，直接將VC5502和THS8083A的SCL和SDA引腳對(duì)應(yīng)連接即可。由于I2C總線是開(kāi)漏極輸出，所以需要在SCL和SDA總線上接上拉電阻。在本應(yīng)用中，VC5502工作在主發(fā)送模式，THS8083A只能工作在從發(fā)送模式，采用400kbps的傳輸速度。

I2C模塊的輸入時(shí)鐘為SYSCLK2，I2C模塊的模塊時(shí)鐘使用10MHz，輸出的主時(shí)鐘SCL使用400KHz，相關(guān)寄存器設(shè)置如下：

*I2CPSC       =    0x0004;

*I2CCLKL     =    0x0007;

*I2CCLKH     =    0x0008;

TMS320VC5502產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠鹗嘉缓屯Ｖ刮唬蒊2C命令寄存器I2CMDR設(shè)置；TMS320VC5502的I2C模塊的本地地址寄存器I2COAR設(shè)置為0x0001，THS8083A的地址在TMS320VC5502的I2C模塊中的從地址寄存器I2CSAR中設(shè)置為0x0020；I2C模塊通過(guò)中斷方式向C55x核表明數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，中斷允許寄存器I2CIER設(shè)置為0x0010。THS8083A共有35個(gè)寄存器需要初始化,I2C模塊共需發(fā)送70個(gè)字節(jié)，設(shè)置在I2CCNT中。相應(yīng)設(shè)置代碼如下：

*I2CMDR      =     0x2E00  

*I2CMDR      =     0x2E20          ; I2CMDR.IRS=1

*I2COAR       =     0x0001

*I2CSAR       =     0x0020

*I2CIER =     0x0010

*I2CCNT       =     0x0046

將THS8083A的內(nèi)部寄存器的地址和寄存器初始化值作為constshort類(lèi)型全局?jǐn)?shù)組，直接用寄存器的地址和數(shù)據(jù)初始化數(shù)組單元，則每個(gè)地址或數(shù)據(jù)占存儲(chǔ)單元的高八位，低八位填充為0。

在TMS320VC5502的I2C中斷處理程序中檢查中斷原因I2CISRC，重置中斷標(biāo)志I2CSTR寄存器中的發(fā)送結(jié)束中斷標(biāo)志位，檢查并更新THS8083A寄存器表格指針，將數(shù)據(jù)填入發(fā)送寄存器I2CDXR經(jīng)I2CXSR移位發(fā)送出去，直至到達(dá)寄存器表格結(jié)尾，屏蔽I2C模塊中斷。寄存器I2CDXR只有低八位有效，高八位是保留的，寫(xiě)入數(shù)據(jù)會(huì)被舍棄，將全局?jǐn)?shù)組中的16位值寫(xiě)入該寄存器，數(shù)據(jù)就會(huì)通過(guò)I2C總線正確發(fā)送出去。中斷處理程序片斷如下：

void c_int02(void)

{

......

if(I2Ctblptr == I2Ctblend)

       {

             *I2CIER = 0x0010    ;disenable the interrupt

}

if((*I2CISRC) & 0x0005)

       {

              *I2CDXR = *I2Ctblptr++;

*I2CSTR &= XRDYMASK;

              }

              ......

       }

3.2 UART模塊和GPIO的配置

VC5502處理完每副圖像后，以串行通訊和通用輸入輸出口兩種方式輸出圖象處理的結(jié)果。通用輸出口僅已電平的方式給出圖像對(duì)應(yīng)的檢測(cè)對(duì)象是否合格，串口通訊可以輸出關(guān)于不合格處的更多信息。

TMS320VC5502的UART口使能時(shí)，SP1、SP3分別作為串口通訊的發(fā)送線和接收線。在此選用MAX232與UART相連接構(gòu)成RS232串行通訊方式，輸出圖像處理結(jié)果。DSPUART的數(shù)據(jù)接收端RXD連接至MAX232的接收輸出端R1OUT，UART的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD連接至MAX232的發(fā)送輸入端。

設(shè)置串口發(fā)送速率19200bps，1位起始位和1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)。設(shè)置VC5502的UART工作于輪詢FIFO發(fā)送方式，當(dāng)圖像處理結(jié)果積累到設(shè)定個(gè)數(shù)時(shí)，通過(guò)串口發(fā)送出去。相關(guān)寄存器初始化如下：

*URDLL = 0x00A3;

       *URFCR = 0x00B9;

//wait for some time

*URFCR = 0x00BC;

       *URLCR = 0x0003;

4 JTAG調(diào)試接口

TMS320VC5502提供JTAG接口對(duì)DSP進(jìn)行在線調(diào)試，JTAG是IEEE1149.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的在系統(tǒng)調(diào)試。

JTAG標(biāo)準(zhǔn)包括邊界掃描和測(cè)試訪問(wèn)。邊界掃描的基本思想是在靠近芯片的輸入輸出引腳上增加一個(gè)稱(chēng)為邊界掃描寄存器的移位寄存器單元，當(dāng)芯片處于調(diào)試狀態(tài)時(shí)，邊界掃描寄存器可以將芯片和外界輸入輸出隔離。通過(guò)這些邊界掃描寄存器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片輸入輸出信號(hào)的觀察和控制。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，這些邊界掃描寄存器對(duì)芯片是透明的。而且，芯片輸入輸出引腳上的邊界掃描寄存器單元可以相互連接起來(lái)形成一條邊界掃描鏈。一般芯片都會(huì)提供幾條獨(dú)立的邊界掃描鏈，用來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的測(cè)試功能。邊界掃描鏈可以串行地輸入輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的時(shí)鐘和控制信號(hào)，可以方便地觀察和控制被調(diào)試的芯片。邊界掃描鏈屬于JTAG標(biāo)準(zhǔn)兩種寄存器中的數(shù)據(jù)寄存器，另一種寄存器是指令寄存器，后者用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)寄存器的控制。測(cè)試訪問(wèn)端口（TAP）是一個(gè)通用端口，通過(guò)測(cè)試訪問(wèn)端口可以訪問(wèn)到芯片提供的所有數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器。對(duì)整個(gè)TAP的控制通過(guò)TAP控制器實(shí)現(xiàn)的。TAP總共包括五個(gè)信號(hào)接口：TMS、TCK、TDI、TDO和TRST，也就是所謂的JTAG接口[31-34]。

在圖像處理卡電路板上設(shè)計(jì)14口的JTAG接口。

需要注意的問(wèn)題有：

1) VC5502的Emu0，Emu1引腳需要上拉；

2) 為了保證好的TCK信號(hào)，在TCK上加去噪電路；

3) 在3.3VDSP中，PD腳為3.3V供電，但是仿真器上需要5V電壓供電，所以仿真器需要單獨(dú)供電。

5 擴(kuò)展Flash燒寫(xiě)

本應(yīng)用中通過(guò)TI的FlashBurn軟件和FBTC目標(biāo)組件完成SST39VF400A的燒寫(xiě)。FlashBurn通過(guò)內(nèi)部協(xié)議和目標(biāo)DSP通信，將用十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換工具得到的hex文件下載到片上RAM中，然后通過(guò)FBTC程序核將目標(biāo)代碼燒寫(xiě)到FLASH中。

SST39VF400A具有內(nèi)部編程邏輯電路，可以方便的完成扇區(qū)擦除、塊擦除、片擦除和字、字節(jié)編程等操作，具有/WE控制編程周期和/CE控制編程周期兩種方式，使用/WE控制編程周期方式時(shí)，地址和數(shù)據(jù)分別在/WE的下降沿和上升沿被鎖存，然后內(nèi)部燒寫(xiě)程序啟動(dòng)，將數(shù)據(jù)編程到相應(yīng)地址單元中。SST39VF400A的寫(xiě)時(shí)序圖如圖5所示。

VC5502處理完每副圖像后，以串行通訊和通用輸入輸出口兩種方式輸出圖象處理的結(jié)果。通用輸出口僅已電平的方式給出圖像對(duì)應(yīng)的檢測(cè)對(duì)象是否合格，串口通訊可以輸出關(guān)于不合格處的更多信息。

TMS320VC5502的UART口使能時(shí)，SP1、SP3分別作為串口通訊的發(fā)送線和接收線。在此選用MAX232與UART相連接構(gòu)成RS232串行通訊方式，輸出圖像處理結(jié)果。DSPUART的數(shù)據(jù)接收端RXD連接至MAX232的接收輸出端R1OUT，UART的數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD連接至MAX232的發(fā)送輸入端。

設(shè)置串口發(fā)送速率19200bps，1位起始位和1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)。設(shè)置VC5502的UART工作于輪詢FIFO發(fā)送方式，當(dāng)圖像處理結(jié)果積累到設(shè)定個(gè)數(shù)時(shí)，通過(guò)串口發(fā)送出去。相關(guān)寄存器初始化如下：

圖5 SST39VF400A內(nèi)存編程時(shí)序

結(jié)合VC5502的寫(xiě)異步內(nèi)存的時(shí)序圖圖1b可以設(shè)置燒寫(xiě)FLASH時(shí)的CE1CTL寄存器的值。SST39VF400A在編程前必須首先進(jìn)行扇區(qū)擦除或塊擦除或片擦除操作。由于SST39VF400A具有硬件和軟件數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，要進(jìn)行擦除和編程操作，必須首先使用相應(yīng)的命令序列，然后對(duì)相應(yīng)單元進(jìn)行操作。擦除和寫(xiě)命令序列如表4：

SST39VF400A在擦除和編程過(guò)程中，對(duì)于內(nèi)存單元的讀操作不會(huì)返回該單元的內(nèi)容，而是會(huì)返回內(nèi)部狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，該寄存器的數(shù)據(jù)查詢位DQ7和數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)位DQ6可以用來(lái)判斷擦除或編程操作是否結(jié)束。

DQ7在編程過(guò)程中返回的是被讀內(nèi)存單元第7位的補(bǔ)碼，編程結(jié)束后返回被讀單元相應(yīng)位的原碼；在擦除過(guò)程中總是返回0，擦除操作結(jié)束后返回被讀單元相應(yīng)位的值。在編程和擦除過(guò)程中DQ6，返回的則是1和0的交錯(cuò)翻轉(zhuǎn)；編程和擦除結(jié)束后返回被讀單元的相應(yīng)位。本應(yīng)用中使用DQ6來(lái)檢測(cè)編程和擦除操作是否結(jié)束，程序片斷如下

void Check_Toggle_Ready (short *Dst)

{

......

PreData = *Dst;

PreData = PreData & 0x4040;

while ((TimeOut< 0x07FFFFFF) && (Loop))

{

CurrData = *Dst;

CurrData = CurrData & 0x4040;

if (PreData == CurrData)

Loop = FALSE;   /* ready to exit the while loop */

PreData = CurrData;

TimeOut++;

}

}

SST39VF400A的燒寫(xiě)和擦除算法在閃存燒寫(xiě)目標(biāo)組件（FBTC）的源文件中實(shí)現(xiàn)，其中有兩個(gè)主要函數(shù)：BurnFlash()函數(shù)和EraseFlash()函數(shù)。BurnFlash函數(shù)讀取被燒寫(xiě)hex文件，然后發(fā)送燒寫(xiě)地址和數(shù)據(jù)到FBTC模塊，直至達(dá)到燒寫(xiě)要求的字節(jié)數(shù)；EraseFlash函數(shù)發(fā)送命令給SST39VF400A執(zhí)行扇區(qū)或塊或片擦除命令。

VC5502復(fù)位后，以HPI方式啟動(dòng)，在CCSTUDIO中用GEL初試化DSP。GEL文件主要完成DSP的內(nèi)存空間配置、輸入/輸出空間配置、寄存器初始化等功能。然后啟動(dòng)FlashBurn程序，在下載框中的要燒寫(xiě)的文件項(xiàng)填入生成的十六進(jìn)制文件，在邏輯地址項(xiàng)填入0x0，選中寫(xiě)驗(yàn)證復(fù)選框；在目標(biāo)系統(tǒng)的處理器類(lèi)型中選擇55x，F(xiàn)BTC程序文件選擇FBTC55.out，F(xiàn)lash內(nèi)存物理地址填入0x400000（按字節(jié)計(jì)），字節(jié)數(shù)填寫(xiě)0x80000（512K），配置好后，F(xiàn)lashBurn會(huì)將配置存儲(chǔ)在擴(kuò)展名為.cdd的文件中。

FlashBurn程序和下載到VC5502內(nèi)部RAM中的FBTC程序通訊，對(duì)DSP型號(hào)、FLASH燒寫(xiě)起始地址、FLASH字節(jié)數(shù)做驗(yàn)證后，就可以將十六進(jìn)制文件通過(guò)JTAG口發(fā)送到VC5502，由FBTC負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)燒寫(xiě)到Flash中。

6 結(jié)束語(yǔ)

微電子技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了基于機(jī)器視覺(jué)的在線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，高性能DSP的推出使得大容量圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這更加促進(jìn)了機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?；贒SP的圖像數(shù)據(jù)處理方式的運(yùn)用提高了空瓶檢測(cè)的效率和精度，在線檢測(cè)領(lǐng)域有一定的借鑒意義。