CMD 文件的原理

2019-07-27 17:51发布

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 RAM 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、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 {MOD} {MOD}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,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!

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