利用单片机实现CPLD的在系统编程

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    摘要：为了获得一定的灵活性，嵌入式系统大都设计而可编程逻辑器件CPLD。利用单片机对CPLD进行编程，可以方便地升级，修改和测试已完成的设计，文中给出了它的实现过程。
    关键词：CPLD MCU ISP JTAG
一、问题的提出
嵌入式系统而灵活性的要求。一方面，应用环境会对嵌入式系统不断提出新的要求，需要更改最初的设计；另一方面指生产多个品种时希望尽量能在单一的硬件平台上实现。为了最大限度地满足灵活性的需要，嵌入式系统一般都设计而可编程逻辑器件CPLD。在设计阶段和现场运行之后的各个阶段，都可能会遇到设计的升级、修改和测试问题。FLASH的使用方便了程序的更新；带而在系统可编程（ISP）功能的可编程逻辑器件，使得不需重新设计印制板就可以改变原而的设计；网络技术的发展，又使得远程维护成为可能。
笔者设计的嵌入式系统，实现了远程维护，其组成结构如图1所示。其中CPLD采用了XILINX公司的XC9500系列。


二、JTAG简介
JTAG简介
JTAG是IEEE的联合测试行动小组（Joint Test Action Group）所制定的测试标准（IEEE1149.1-1990），使得用户可以测试器件的逻辑和相互之间的连接。目前，它是国际上最流行的ICE技术，众多的芯片厂家都在自己的产品中加入JTAG口，以便用户调试。
XILINX的XC9500系列CPLD采用了JTAG的编程和测试指令。XC9500系列CPLD带而测试访问口TAP（Test Access Port），包括4个引脚：
*tdI-测试数据输入；
*tdO-测试数据输出；
*TCK-测试口同步时钟；
*TMS-测试模式选择。
当用基于PC机的编程软件对CPLD进行编程时，PC机的并口经转换板与目标器件的TAP接口相连，完成编程工作。


在本设计上，将MCU的I/O口与CPLD的TAP接口相连，利用MCU的I/O口模拟JTAG测试口的行为，实现对PLD的编程。
三、SVF与XSVF
SVF（Serial Vector Format）格式由TI公司和Teradyne公司于1991年联合开发完成。SVF文件是一个ASCII码文件，用于描述基于IEEE.1119.1标准的测试模式，包括激励、预期响应和屏蔽数据。开发SVF的初衷就是获得一种独立于供应商的IEEE1149.1标准的测试模式，它能够在各个仿真软件和测试仪器厂商之间进行数据交换，可以应用于从设计验证现场诊断各个阶段。
SVF文件中包含了编程所需要的命令及相应的数据。SVF文件由一系列SVF语句组成。语句以分号结束。每一个语句由一个命令和相关的参数组成。命令分为三类：状态命令、偏移命令和并行命令。其中状态命令说明测试序列如何驱动IEEE1149.1TAP的状态机，包括：
*SDR-扫描数据寄存器；
*SIR-扫描指令寄存器；
*ENDDR-数据寄存器扫描结束；
*ENDIR-指令寄存器扫描结束；
*RUNTEST-进入测试/空闲状态；
*STATE-进入特定状态；
*trST-驱动trST为特定电平。
XILINX的CPLD通过自身的TAP接口接受SVF格式的编程指令和JTAG边界扫描指令。事实上，XILINX提供的JTAGProgrammer编程软件能够自动将标准的JEDEC/BIT格式的编程文件转换为SVF格式；但是SVF文件格式为ASCII码，需要较大的存储空间，并不适合直接用于嵌入式系统。为此，需要一种结构更为紧凑的数据格式-XSVF。
XSVF用与SVF类似的方法描述IEEE1149.1总线的操作。SXVF与SVF的最大区别在于它能获得更大的数据压缩率，从而得到较小的文件。它是二进制格式的。
SVF转换为XSVF可以利用XILINX公司的软件SVF2XSVF.EXE来实现。经转换之后的文件大小如表1所列。注意文件的大小只与芯片的型号相关而和逻辑的复杂程度无关。

表1 XSVF文件大小
[table]


芯片型号[/td]
XC9536[/td]
XC9572[/td]
XC95108[/td]
XC95144[/td]
XC95216[/td][/tr]

XSCF文件/B[/td]
5194[/td]
11674[/td]
19598[/td]
12960[/td]
26390[/td][/tr]