【研发日记】嵌入式处理器技能解锁(四)——TI C2000 DSP的Memory

文章目录

前言

背景介绍

Memory映射

RAM

ROM

外设Register

Memory分配

应用实例

总结

参考资料

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前言

        见《【研发日记】嵌入式处理器技能解锁(一)——多任务异步执行调度的三种方法》

        见《【研发日记】嵌入式处理器技能解锁(二)——TI C2000 DSP的SCI(串口)通信》

        见《【研发日记】嵌入式处理器技能解锁(三)——TI C2000 DSP的C28x内核》

背景介绍

        本文要讲的Memory是TI C2000 DSP的片上存储器。其在芯片的整体架构中，所处的位置如下：

        Tips：除了上图中的ROM和RAM，另外的外设寄存器从广义的角度讲也是Memory的一部分。

Memory映射

        存储器映射表，描述了存储器中各个组成部分的地址，用于读写寻址，如下图所示：

RAM

        TI C2000 DSP的RAM由三个部分组成：Mx RAM、LSx RAM和GSx RAM。

        M0 RAM和M1 RAM，总计4KB，是两个具有专用功能的RAM模块，与CPU紧密耦合，只有CPU可以访问，软件开发人员一般不用关注。

        LS0-7 RAM，总计32KB，是本地共享RAM（Local shared RAM），CPU、CLA和BGCRC可访问，可以用作软件的堆栈等通用功能，需要软件开发人员关注。

        GS0-3 RAM，总计32KB，是全局共享RAM（Global shared RAM），除了CPU、CLA和BGCRC可访问，另外HIC和DMA也都具有对这些存储器的完全读写访问权限，比LSx RAM具有更广泛的用途，可供软件开发人员更灵活地使用。

        Tips：另外的几种消息RAM是特定模块的专用RAM，在对应功能启用时用于共享数据。

ROM

        TI C2000 DSP的ROM也是由三个部分组成：Boot Rom、Secure Rom和Flash Bankx。

        Boot Rom，总计64KB，里边中存放着芯片厂家制定的一些代码，芯片每次复位后都要先执行这里的代码，然后才开始执行软件开发人员编译的代码。Boot ROM中代码的功能是芯片层面的初始化（不是main函数中的初始化），去执行一些类似于clear RAM这样的任务，软件开发人员只需要知道这部分的存在即可，一般不需要特别关注。

        Secure Rom，总计48KB，是一些具有更高权限的存储区域，CPU和外设通过常规的方式无法对其读写，需要使用特殊的API和Password才能访问。Secure ROM中是芯片厂家为用户提供的特定功能（function），如果没有启用这些功能，一般也不需要关注。

        Flash Bank 0-2，总计3*128KB。其中每个组（Bank）又由16个扇区（Selector）组成，总计16*8KB。每个扇区（Selector）又由64个页（Page）组成，总计64*128Byte。是通用型存储空间，可以存放软件开发人员的Code和Bytes。在程序运行时，CPU可以直接在上面寻址并抓取指令和Bytes。

        Tips：另外还有一种OTP(one-time programmable) ROM，它只能写入一次，不能擦除。一般用于存放芯片ID或者ECU ID，以及一些Configure和其他出厂信息。

外设Register

        外设（Peripheral）寄存器是DSP各个外设子系统（例如ADC）的存储单元，其特点时固定地址存储固定数据。DSP的外设子系统非常多，功能各不相同。每个外设也都有很多寄存器，主要用于Configure外设的模式和反馈外设的Status/Result。外设ADC（Analog to Digital Converter）的部分寄存器，示例如下：

        Tips：外设寄存器的用法与各个外设的功能高度相关，后面用到哪个外设时再针对性研究。

Memory分配

        软件开发人员在使用TI C2000 DSP芯片时，Memory主要被分配成如下几个部分：

        Stack（栈）：包含临时创建的局部变量、函数调用入口的参数、函数返回值、const修饰的局部常量。

        Heap（堆）：用于存放程序运行中被软件开发人员动态分布的内存段，可增可减，一般用malloc等函数实现动态分布内存。用malloc函数分布的内存，必须用free进行内存释放，否则会造成Memory溢出。

        Global/Static：这两种变量都具有穿越代码运行周期的能力（只是作用范围不同），所以需要在Memory中分配固定的地址。

        Zi-data：表示未初始化赋值（Zero initialized）的全局变量和Static修饰的变量，它是直接在RAM中分配一个固定地址。

        Code（Instruction）：字面指软件开发人员写的代码，但是在Memory中已经是编译后的东西，它被划分为指令和数据两部分，上图中的Code准确讲应该叫指令（Instruction）。

        Ro-data：字面指只能读取的数据，即程序中定义的常量，例如#define 宏定义、用const修饰过变量等。这些常量是一直在ROM中的，芯片运行起来后CPU直接从ROM中读取。

        Rw-data：字面指可读可写的数据，它实际上包括了堆、栈和全局变量等。这些数据又分为已被初始化赋值的和未被初始化赋值的。但是在Memory分配图中为了便于描述，把Rw-data理解为已被初始化的即可。ROM中的Rw-data从烧录文件中而来，在Memory中是固定地址和固定Value的。芯片启动时会被移到RAM中使用，芯片运行起来之后Rw-data就是动态变化的了，堆栈的地址和Value都会实时变化，Global/Static只有Value会变化。

应用实例

        这里展示一个示例Demo代码，直接用代码中的注释进行说明。

Demo.c File
#include <xxxx.h>
uint16 Val1 = 1;	//Val1是Global变量，并且已经初始化了，在RAM的Rw-data区域有一个固定地址。但是为了芯片下电时不丢失，所以在ROM的Rw-data区域中也有一个地址来存放。Val1在ROM中的Value一直都是1，但是在RAM中的Value会随着代码的运行而变化。
static uint16 Val2 = 2;	// Val2也是已初始化的Static变量，跟Val1的Memory分配是一样的Rw-data区域。这里的static修饰代表它的作用范围有限。
uint16 Val3;	//Val3也是Global变量，但是未初始化，所以分配在RAM中Zi-data区域的一个固定地址。
const uint16 Val4 = 4;	//Val4被const修饰了，是一个常量，分配在ROM的Ro-data区域。uint16 DemoFcn(uint16 Num)	//Num是函数入口的参数，分配在Stack区域
{uint16 Var5 = 5;	//Var5是局部变量，只在DemoFcn()函数调用时临时使用，所以分配在RAM Stack区域的一个随机地址，DemoFcn()函数退出时就会把这个Memory释放掉。因为Var5有一个初始值，所以在ROM栈区也会分配一个空间。static uint16 Var6 = 6;	// Var6被static修饰，代表它的Value要穿越芯片运行周期，即下一次读取Var6时，它前一次写入的值仍能被读到，所以它被非标配在RAM中Rw-data区域的固定地址上。const uint16 Var7 = 7;  // Var7被const修饰，所以是常量，但是它只在DemoFcn()函数中短暂使用，所以是局部常量，被分配在RAM中Rw-data的Stack区域。void *p;p = malloc(8); //动态分配一个size 8的Memory，p是这片Memory区域的起始地址，它是分配在RAM Heap区域的一个随机地址。*p = 1;	//使用这片区域*(p+1) = 2;	//使用这片区域free(p); 	//释放这片区域return (Num+*p);	//函数的返回值存放在RAM Stack区域
}void main()
{uint16 Var8 = 0;	//Var8是局部变量，分配在RAM Stack区域的一个随机地址。Var8 = DemoFcn (9);	//存放在RAM Stack区域的函数返回值，赋给Var8。
}

        Tips：除了上述的Data，还有内部的赋值、加法等运算，会被编译常指令（Instruction），然后分配在ROM的Code区域。

总结

        以上就是本人在研发中使用嵌入式处理器的Memory时，一些个人理解和分析的总结，主要介绍了TI C2000 DSP Memory的工作原理，展示了具体的使用方法，并对比分析了它的特点和适用场景。

        后续还会分享另外几个最近解锁的嵌入式处理器新技能，欢迎评论区留言、点赞、收藏和关注，这些鼓励和支持都将成文本人持续分享的动力。

        另外，上述例程使用的Demo工程，可以到笔者的主页查找和下载。

参考资料

        TMS320F28003x Real-Time Microcontrollers datasheet.pdf

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