導航計算機系統中CPLD配置軟件串口更新研究
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JTAG標準定義了4個(gè)基本單元：測試訪(fǎng)問(wèn)端口TAP(Test Access Port)、數據寄存器、指令寄存器和TAP控制器。TAP端口包含了4個(gè)JTAG信號：測試時(shí)鐘輸入引腳TCK，測試數據輸入引腳TDI，測試數據輸出引腳TDO和測試模式選擇引腳TMS。數據寄存器主要包含2種：BYPASS寄存器和BSR(Botlndary Scan Register)寄存器，其中BSR由BSC(Botmdary Scan Cell)串聯(lián)而成，正是通過(guò)BSC掃描鏈電路，來(lái)自于TDI上的CPLD配置信息便可移入到芯片內部，從而實(shí)現對器件的擦除與編程功能。TAP控制器其實(shí)是一個(gè)包含16個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)機，它控制著(zhù)測試訪(fǎng)問(wèn)口、指令寄存器和數據寄存器。TAP控制器狀態(tài)轉換圖如圖2所示。
TAP控制器的狀態(tài)由TMS和TCK兩信號控制。當需要將TDI上的數據移到指令寄存器中時(shí)，可使TAP控制器進(jìn)入Shift-IR狀態(tài)；當需要將TDI上的數據移到數據寄存器中時(shí)，可使其進(jìn)入Shift-DR狀態(tài)。通過(guò)TAP控制器的狀態(tài)轉換，可將CPLD的配置信息移入到其內部邏輯中。
在基于PC的編程方法中，CPLD的配置信息文件存儲在PC里，在PC中運行的下載軟件不斷讀取器件的配置信息，并通過(guò)其并行接口模擬JTAG測試端口的時(shí)序和邏輯，從而實(shí)現其軟件更新和下載。本文將采用導航計算機系統中的DSP來(lái)實(shí)現這種編程方法：CPLD的配置文件通過(guò)DSP的UART串行口發(fā)送給導航計算機系統，然后由DSP解析并執行配置文件中的指令，通過(guò)DSP的I／O口模擬JTAG端口信號行為，來(lái)實(shí)現對CPLD器件軟件更新的功能?；谶@種方案可以實(shí)現采用普通的串行口方便地對CPLD進(jìn)行遠端編程和更新。
2 CPLD的JTAG接口編程的硬件設計
為實(shí)現本文提出的導航計算機系統中基于DSP的CPLD器件軟件更新串行方案，首先需要在硬件方面解決如下3個(gè)問(wèn)題：
(1)導航計算機系統所用DSP至少要有4個(gè)空余的I／O口，分別用于模擬CPLD的4個(gè)JTAG信號時(shí)序信號。
(2)導航計算機系統必須包含支持一個(gè)UART通信接口，用于接收CPLD的配置文件。此UART接口不能由CPLD參與控制，以避免CPLD某次編程失敗后，該UART通信口不再可用的問(wèn)題。
(3)導航計算機系統應保證足夠的CPLD配置信息文件需要的存儲空間。
本文所用DSP為T(mén)I公司的TMS320C6713B芯片，該款DSP支持16個(gè)通用輸入輸出口(GPIO)。在本導航計算機系統中，有12個(gè)GPIO口已被占用，多余的4個(gè)GPIO口可用來(lái)連接CPLD的4個(gè)JTAG信號引腳。
TMS320C6713B本身并不支持包含UART通信接口，其片上外設中包含2個(gè)多通道緩沖串行接口(McBSP)，McBSP接口支持全雙工串行通信，只是收發(fā)數據需要獨立的收發(fā)幀同步信號。根據TI公司提供的應用技術(shù)報告，經(jīng)過(guò)對軟件或硬件進(jìn)行改造設計，McBSP接口可以支持UART通信標準。軟件修改方法是通過(guò)將McBSP接口配置成通用I／O接口來(lái)模擬UART時(shí)序；硬件修改方法是將McBSP接口配置在串行口模式，McBSP接口中接收幀同步信號FSR來(lái)自于UART的發(fā)送數據線(xiàn)Tx，在檢測到Tx的下跳沿時(shí)，McBSP內部開(kāi)始采樣接收數據，之后Tx的下跳沿將被忽略直至下一個(gè)字節的起始位再次觸發(fā)內部幀接收新的數據；發(fā)送幀同步信號FSR由McBSP電路在發(fā)送UART數據起始位時(shí)產(chǎn)生。本文采用硬件修改和過(guò)采樣軟件措施，將一個(gè)多通道緩沖串行接口McBSP0設計成了支持UART通信標準的接口。
本導航計算機系統使用的CPLD配置信息文件是串行矢量格式(SVF)，可以在Xilinx軟件開(kāi)發(fā)平臺ISE上生成。SVF是一種用來(lái)描述IEEE 1149．1(JTAG)總線(xiàn)操作的規范，包含了編程需要的指令和數據，描述了TAP測試訪(fǎng)問(wèn)端口狀態(tài)圖中各狀態(tài)之間的掃描操作過(guò)程和行為。由于SVF文件是ASCII格式，所以占用的存儲空間比較大，可以將其轉換為一種更簡(jiǎn)潔和緊湊的二進(jìn)制格式：XSVF文件。對于本系統所用CPLD器件而言，僅對其進(jìn)行編程操作時(shí)，XSVF文件大小為129 720 B，加上擦除和校驗操作后，XSVF文件大小為259 533 B。根據上述分析，本文設計的嵌入式導航計算機系統中通過(guò)UART接口對CPLD器件進(jìn)行在系統軟件更新的硬件電路結構如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202351.htm
圖3中，UART通信口由DSP片上多通道緩沖串行口McBSP0實(shí)現。為了存儲通過(guò)UART口接收到的包含CPLD配置信息的XSVF文件，本系統外擴了一片512 kB的SRAM。FLASH芯片用來(lái)存儲導航計算機系統升級固件和應用程序。CPLD的JTAG口直接與DSP空閑的4個(gè)GPIO口相連，為了提高CPLD器件編程的靈活性，在本系統中保留了連接PC機并口的CPLD程序下載接口。
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