利用單片機實現(xiàn)CPLD的在系統(tǒng)編程

一、問題的提出

嵌入式系統(tǒng)而靈活性的要求。一方面，應用環(huán)境會對嵌入式系統(tǒng)不斷提出新的要求，需要更改最初的設計；另一方面指生產多個品種時希望盡量能在單一的硬件平臺上實現(xiàn)。為了最大限度地滿足靈活性的需要，嵌入式系統(tǒng)一般都設計而可編程邏輯器件CPLD。在設計階段和現(xiàn)場運行之后的各個階段，都可能會遇到設計的升級、修改和測試問題。FLASH的使用方便了程序的更新；帶而在系統(tǒng)可編程（ISP）功能的可編程邏輯器件，使得不需重新設計印制板就可以改變原而的設計；網絡技術的發(fā)展，又使得遠程維護成為可能。

筆者設計的嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠程維護。其中CPLD采用了XILINX公司的XC9500系列。

二、JTAG簡介

JTAG簡介

JTAG是IEEE的聯(lián)合測試行動小組（Joint Test Action Group）所制定的測試標準（IEEE1149.1-1990），使得用戶可以測試器件的邏輯和相互之間的連接。目前，它是國際上最流行的ICE技術，眾多的芯片廠家都在自己的產品中加入JTAG口，以便用戶調試。

XILINX的XC9500系列CPLD采用了JTAG的編程和測試指令。XC9500系列CPLD帶而測試訪問口TAP（Test Access Port），包括4個引腳：
*TDI-測試數(shù)據(jù)輸入；
*TDO-測試數(shù)據(jù)輸出；
*TCK-測試口同步時鐘；
*TMS-測試模式選擇。

當用基于PC機的編程軟件對CPLD進行編程時，PC機的并口經轉換板與目標器件的TAP接口相連，完成編程工作。

在本設計上，將MCU的I/O口與CPLD的TAP接口相連，利用MCU的I/O口模擬JTAG測試口的行為，實現(xiàn)對PLD的編程。

三、SVF與XSVF

SVF （Serial Vector Format）格式由TI公司和Teradyne公司于1991年聯(lián)合開發(fā)完成。SVF文件是一個ASCII碼文件，用于描述基于IEEE.1119.1 標準的測試模式，包括激勵、預期響應和屏蔽數(shù)據(jù)。開發(fā)SVF的初衷就是獲得一種獨立于供應商的IEEE1149.1標準的測試模式，它能夠在各個仿真軟件和測試儀器廠商之間進行數(shù)據(jù)交換，可以應用于從設計驗證現(xiàn)場診斷各個階段。

SVF文件中包含了編程所需要的命令及相應的數(shù)據(jù)。SVF文件由一系列SVF語句組成。語句以分號結束。每一個語句由一個命令和相關的參數(shù)組成。命令分為三類：狀態(tài)命令、偏移命令和并行命令。其中狀態(tài)命令說明測試序列如何驅動IEEE1149.1TAP的狀態(tài)機，包括：
*SDR-掃描數(shù)據(jù)寄存器；
*SIR-掃描指令寄存器；
*ENDDR-數(shù)據(jù)寄存器掃描結束；
*ENDIR-指令寄存器掃描結束；
*RUNTEST-進入測試/空閑狀態(tài)；
*STATE-進入特定狀態(tài)；
*TRST-驅動TRST為特定電平。

XILINX 的CPLD通過自身的TAP接口接受SVF格式的編程指令和JTAG邊界掃描指令。事實上，XILINX提供的JTAGProgrammer編程軟件能夠自動將標準的JEDEC/BIT格式的編程文件轉換為SVF格式；但是SVF文件格式為ASCII碼，需要較大的存儲空間，并不適合直接用于嵌入式系統(tǒng)。為此，需要一種結構更為緊湊的數(shù)據(jù)格式-XSVF。

XSVF用與SVF類似的方法描述IEEE1149.1總線的操作。SXVF與SVF的最大區(qū)別在于它能獲得更大的數(shù)據(jù)壓縮率，從而得到較小的文件。它是二進制格式的。

SVF轉換為XSVF可以利用XILINX公司的軟件SVF2XSVF.EXE來實現(xiàn)。經轉換之后的文件大小如表1所列。注意文件的大小只與芯片的型號相關而和邏輯的復雜程度無關。

四、實現(xiàn)過程

本設計的實現(xiàn)過程如圖2所示。

第一步，利用XILINX提供的工具，用原理圖或HDL語言設計所需的邏輯，然后進行綜合。

第二步，將編程文件輸出為標準的JEDEC文件（*.jed）。

第三步，順JTAGProgrammer環(huán)境下，將編程文件進一步轉換為SVF文件。

第四步，利用VSF2XSVF軟件，將SVF轉換為XSVF。

第五步，將二進制的XSVF轉換為MCU可接受的相應格式。本設計中采用Intel公司16位單片機，所以生成Intel Hex格式文件。

當需要更新邏輯時，MCU從網絡總線上獲得更新后的XSVF文件（Intel Hex格式），暫存于RAM空間，然后讀取XSVF文件命令，逐條解釋，并予以執(zhí)行，即通過I/O口模擬JTAG的TAP口操作，產生編程指令、數(shù)據(jù)和控制信號，完成對CPLD的擦除、編程、校驗、讀寫保護設置等項工作。