单片机如何实现对CPLD进行编程
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
xsvf共而16个单字节指令，每一个指令后跟多少不等的单字节数据，如表2所列。
表2 xsvf指令
四、实现过程
本设计的实现过程如图2所示。
第一步，利用xilinx提供的工具，用原理图或hdl语言设计所需的逻辑，然后进行综合。
第二步，将编程文件输出为标准的jedec文件（*.jed）。
第三步，顺jtagprogrammer环境下，将编程文件进一步转换为svf文件。
第四步，利用vsf2xsvf软件，将svf转换为xsvf。
第五步，将二进制的xsvf转换为mcu可接受的相应格式。本设计中采用intel公司16位单片机，所以生成intel hex格式文件。
当需要更新逻辑时，mcu从网络总线上获得更新后的xsvf文件（intel hex格式），暂存于ram空间，然后读取xsvf文件命令，逐条解释，并予以执行，即通过i/o口模拟jtag的tap口操作，产生编程指令、数据和控制信号，完成对cpld的擦除、编程、校验、读写保护设置等项工作。
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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
xsvf共而16个单字节指令，每一个指令后跟多少不等的单字节数据，如表2所列。
表2 xsvf指令
四、实现过程
本设计的实现过程如图2所示。
第一步，利用xilinx提供的工具，用原理图或hdl语言设计所需的逻辑，然后进行综合。
第二步，将编程文件输出为标准的jedec文件（*.jed）。
第三步，顺jtagprogrammer环境下，将编程文件进一步转换为svf文件。
第四步，利用vsf2xsvf软件，将svf转换为xsvf。
第五步，将二进制的xsvf转换为mcu可接受的相应格式。本设计中采用intel公司16位单片机，所以生成intel hex格式文件。
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