音频DSP中软件模块固化的过程

在音频DSP中，软件的code和data主要存放在三种不同的内存中，分别是片内的ITCM、DTCM和片外的memory（比如DDR）。ITCM只能存放code，DTCM只能存放data，而片外的memory既能存放code也能存放data。在编写代码时，需要规划好哪些存放在片内，哪些存放在片外。上述提到的这三种memory都属于RAM（随机访问存储器），可读可写。与之相对应的是ROM（只读存储器），只能读。ROM相对于RAM的优点之一是，在相同存储容量的情况下，ROM的面积要比RAM小很多，从而意味着成本更低。为了降低成本，有必要将部分音频的code放在ROM中，通常称为将软件固化。那么，哪些code可以放进ROM呢？由于ROM的只读特性，放进ROM的code就不能再更改。因此，放进ROM的code是经过充分验证的不会再改动的代码。在音频领域，主要是一些非常成熟的算法的代码，比如MP3解码算法的代码就适合放进ROM中。本文以将MP3解码算法的代码放进ROM为例，来详细介绍这一过程。

确定哪些代码放进ROM中是第一步，即将哪些代码固化。通常是一些非常成熟且不会再改动的代码，多数是成熟算法的代码。在确定之前，需要与ASIC确定ROM的大小，例如128K或256K。还需要计算要放入软件模块的code size和data size。要放进ROM的模块最好能充分利用ROM，将ROM塞满。本文以将MP3解码算法的代码放进ROM中为例。

ROM在memory中是独立的一块。在芯片tape out之前，软件工程师将用于ROM的二进制文件提供给ASIC工程师，ASIC工程师再将ROM文件中的二进制数据放进ROM中。在开发ROM文件时，由于芯片还处于设计阶段，无法直接使用，只能在相似芯片上进行开发，使用RAM中的一个独立区域来模拟ROM。通常在片外memory上找一块独立的区域，因为内部memory的空间相对较小，不适合做。在固化MP3解码code时，我在DDR上找了一块独立的区域来放MP3解码算法的code和data。即以前MP3解码的code和其他的code是放在一起的，以前MP3解码的data和其他的data是放在一起的，现在要把它们拿出来放在一个独立的区域。放在独立区域后开始调试，确保MP3播放功能正常。调试时主要是修改LD（link descriptor）文件，改后用新生成的adsp.bin文件去播放MP3，正常播放就说明改对了。

ROM中的函数有可能调用其他函数，如libc中的库函数memset等。这些函数如果不放在ROM中，而是放在其他地方，它们的地址随着软件的开发就有可能发生变化（放进RAM的函数的地址是动态变化的）。而ROM中这些函数的地址还是先前做ROM时的地址，这些地址已经对应不上那些函数了，就不会得到正确的执行。因此需要将这些函数排查出来，并放进ROM中。排查的方法是在LD文件中定义一个rom_check_shift的变量，放在RAM上的code/data section的头部，好让code/data的地址产生偏移。刚开始设rom_check_shift为零，会生成ROM上code的一个反汇编文件。然后不断增大rom_check_shift的值（比如从0到16、32、64、128等），同样会生成ROM上code的一个反汇编文件，将其与rom_check_shift为0时的反汇编文件进行比较，确保代码的完全一样。如果不一样，找到的函数放进ROM中，直至完全一样。修改后也要确保播放MP3音乐功能完全正常。下图是比较反汇编文件时一处不一样的地方。

从上图可以看出，库函数memcpy()原先是放在RAM上的。由于rom_check_shift的改变，函数memcpy()的地址就发生了变化。ROM中的函数调用函数memcpy()时，函数地址还是做ROM时的，但随着软件的开发，memcpy()在RAM上的地址发生了变化。ROM中的函数再去访问memcpy()原先的地址已经不能正确调用memcpy()了。因此需要将memcpy()放进ROM中，确保它的地址永远不变。

ASIC的同学会告诉ROM的起始地址。先前是将要放在ROM中的内容先放在RAM中方便调试。现在调试OK了，就需要将这部分放到ROM中。由于这部分放在ROM中就不能再包含在adsp.bin中，因此需要修改生成adsp.bin的应用程序的代码，将放到ROM中的部分生成单独的二进制文件，而不是放到adsp.bin中，这样adsp.bin就变小了。

得到用于ROM的二进制文件后，需要进行格式转换，转成ASIC需要的格式。下图列出了软件生成的二进制格式以及ASIC需要的格式。

从上图可以看出，ASIC需要的格式是一行放8个字节，同时放在ROM中的数据是小端放的。知道如何转换后，编写一个小应用程序，将生成的二进制文件转成ASIC需要的文件格式。

ASIC拿到需要的文件后，将数据放进ROM中，生成bitfile，让我们在FPGA上进行验证，确保正确无误。如果有错误，这块ROM就废掉了。在FPGA上进行验证通常是与硬件相关的，如IPC通信等。要验证MP3解码功能不太方便，因此验证就变成了对数据内容的检查，即ROM地址上的数据与我们做ROM时生成的反汇编相同地址上的数据完全一致。完成FPGA验证后，ASIC就可以放心地将要做ROM的二进制数据放进ROM中了。

上述六步就是将软件模块固化的过程。