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1、CPLD器件的在系统动态配置摘要介绍一种利用微控制器动态配置器件的方法。将配置文件存放在存储器中，配置文件中的控制代码驱动在微处理器 中运行的配置引擎；将配置文件中的配置信息通过口移入，实现器件的动 态配置；通过更换存储器中配置文件，达到同一器件实现不同功能的目的。这种方法为嵌入式系统升通读重构提供了一种新的思路，将来一定会 得到广泛应用。关键词在系统可编程技术动态配置引言随着应用的不断深入，嵌入式 系统升级的问题摆在了人们面前。在这种背景下技术应运而生。在系统可编程技术是指能对器件、电路甚至整个系统进行现场升级和 功能重构的技术。这种重构可以在实验开发过程中、制造过程中，甚至是在交付用户使
2、用之后进行；而整个在系统可编程设计的最后一个步骤，也是最关键的步 骤，也是最关键的步骤，就是器件的配置。配置过程加载设计规定的编程数据到器件中，以定义器件内部功能块 及其互连，从而实现器件功能的重构升级。当然配置方式是多种多样的，其中计算机加下载线就是最常见的配置 器件的方法；但是这个方法需要计算机配合，对嵌入式系统来说不太实用， 因此需要一个更加方便灵活的配置方案。公司器件不仅具有功能，同时融合引脚锁定功能和技术，使得抛弃计 算机而使用微控制器在系统配置、修改、升级器件成为可能。特别是引脚锁定功能，实现了真正意义上的动态配置。采用引脚锁定技术，将配置前引脚状态锁定，配置完成以后各个引脚 仍能
3、保持配置前状态。本文介绍一个用微控制器在系统配置4000系列器件的方案。图11原理器件要实现配置，除了器件的硬件系统中要提供正确的接 口以外，还需要有配置文件和配置工具。1配置接口公司为器件提供了接口和接口。接口是公司自行开发设计的，具有如下引脚定义一一攵据输入和状态 机控制；一起控制状态机；一起控制状态机；寸钟输入；攵据输出，可选引脚；作模式和配置模式选择，同时还有一个 状态机，包含3个状态，由和控制状态机所处技术，在状态通过移入命令， 在状态执行命令。联合测试行动小组在20世纪80年代中期制定了边界扫描技术，在 1990年被修改后成为的一个标准一一11491-1990。这个标准即为。边界扫
4、描技术最初发展盐业，是为了测试电路各个器件之间的互边是 否正确。随着发展，许多生产厂商利用规定的四条引脚的测试存取口作为的开 发平台，使得也变得有标准可循，给用户带来了极大方便，于是在其权限 内把性能扩充到了 11491中。发展到现在可以这样说，11491标准为我们提供了一条简单的串行接 口，将那些具有接口的器件串接在一打扫描链中。通过这个接口既能实现又能实现测试。11491标准对边界扫描结构的定义包括4个基本单元4个引脚的测试 存取口、数据寄存器、指令寄存器和控制器。引脚定义如下为测试时钟输入，为测试数据输入，为测试数据输出， 为测试模式选择。数据寄存器包含两种寄存器和寄存器，其中由串联而成
5、，正是通过才 把来自于的数据移入芯片内部逻辑。另外控制器作为一个有限状态机，共有16个状态。它控制着测试存取口、指令寄存器和数据寄存器。控制器如图1所示。通过、控制控制器的状态。当控制器处于-状态时，口进入的指令被移进指令寄存器；当控制器入 于-状态时，指令寄存器的指令有效。根据这个原理，通过控制此状态机，将配置信息移入器件瓦另外，测试存取口 4个引脚有严格的时序要求，如图2所示。其中、在上升沿有效，在下降沿有效。要想通过口实现或者测试，都必须遵守这些时序要求。通过对两种接口的研究发现，它们均能实现，然而口的测试功能以及 与其它具有口器件之间的灵活的连接性显得更有优势，这也使得公司认识 到了接
6、口的局限，因此在它后来开发生产的新器件中都采用了。在本方案中用到的4000系列器件，运行频率最高达400，待机电流仅 为20丛宏单元数目最高达1024个，引脚到引脚延时25，在系统配置要 用接口。图22配置文件在进行配置前需要得到一个文件，也就是我们所说的 熔丝图文件。在这个文件里包含了相应器件的配置信息，即该器件内部互连逻辑。在开发环境30里按照自上而下的顺序进行逻辑设计，经过行为仿真 和时序仿真后，开发环境将生成这个熔丝图文件。除了文件，另外还需要一个能说明菊花花链组成顺序的文件。特别是当系统中有多个器件且组成菊花链进行配置时，通过这个文件 将分散在各个器件内部的链按照先后顺序组成一条系统
7、级的扫描链，下载 工具通过这个文件里的信息决定当前上的数据是哪个器件的数据。有了这2个文件以后就可以通过下载工具进行器件配置了。3配置工具公司在和平台提供的下载工具叫。通过这个下载软件加上下载线可以实现器件配置。另外，在业界首创的利用系统板上的微控制器或微处理器进行编程的 嵌入式、多供应商、单链、在系统可编程工具，作为一种软件实现，一旦 在微控制器或处理器安装成功，系统将有能力直接通过电路板上的处理器 对板上所有可编程逻辑器件进行编程或再编程，而无需使用下载电费或人 工干预。当然，为了使用这种软件，必须将文件转化成该软件支持的文件格式。作为专门支持的文件，里面除了包括来自于和的配置信息以外，不
8、觉 包括了能驱动配置引擎的控制信息。正是这些控制信息使状态机进入相应状态，从而将配制信息移入器件 内。需要注意的是，如果要将存储在存储器上，还需要将其转化成格式。本方案将在430单片机上实现，从而提供一种嵌入式系统升级方案。2方案设计系统硬件电路如图3所示。430单片机2口作为配置接口，接到4128的口上，夕卜挂一个2,用来 存储格式的文件。整个过程是，通过串口接收来自计算机的配置文件，放到2，接收完 毕以后，单片机运行配置引擎，读取2,配置指令通过口对4128进行配置。需要指出的是，4128并没有用专门的引脚来控制进入配置模式或退出 配置模式，而仅仅是通过控制所处状态来决定的。11491标准
9、中规定器件加电时或应用中不利用边界扫描逻辑，强迫控 制器处于-状态，因此在通过程序控制进行器件配置结束时，一定要通过 软件方式强迫控制器回到-状态，下面提到的函数实现的就是这个功能。另外，当通过口完成器件配置或测试以后，、引脚器件内部上拉。虽然如此，为了防止可能出现的信号使状态机离开-状态，或者因为 上电瞬间可能产生的信号导致状态机进入未知状态，设计电路时必须在引 脚加47。下拉电阻。另外，电路中二33。3软件介绍软件部分包括机程序和430单片机程序。其中机程序将格式的文件通过串口传送给单片机；430单片机程序包 括，串口读写和2读写部分。作为整个配置的核心主要由存储在2的文件驱动，从而将配置
10、信息 串行移入4128 中。整个过程如下首先，验证文件的版本，只有相应版本的才能解释同样 版本的文件，函数强迫状态机进入配置主引擎，来自于中的控制代码将驱 动这个引擎执行相应操作，其中3个控制代码最为常见的、和代码控制 状态机进入声明的状态，如-、夸。代码表明将向器件中移入指令流，代码表明将向器件中移入数据流。通过这种方式，配置主引擎将中包含的配置信号器件从而完成配置， 配置完成返回一个配置成功与否的代码。最后强迫状态机进入-状态。;状态机进入-状态*1;*一段延时后，器件由配置模式切换到运行模 式*事实上，作为专门针对嵌入式平台的配置工具并不依赖于特定的硬件 或系统平台，所以可以很容易地往用
11、户自己的系统上移植。3个与硬件相关的函数需要用户自己改写，从输入引脚读一个字节， 通过输出引脚向外发送一个字节，系统延时。在430上的实现如下#002定义21为#008定义23为用来存放当前口 的引脚信号；=2读取2 口&?001000;返回引脚信号,_=|把弓脚置高二一 &_；把弓脚置低2=_;_来自于配置文件，通过它告诉配置引擎具体需要延时多久_&0000级延时_&=0000;_=1000如果是级，转换成级延时_=_1000;_=1延时小于1时，就延时11=_；0=开定时1在中断10&二；关定时有一点需要指出，要求将已 转化成格式的作为程序的一部分固化在单片机里。很显然，要想更换配置文件，
12、就必须连同单片机程序一同换掉。这对实现动态配置是不利的，也是为什么在本方案中外加2的原因。这样无须更改程序，只换掉2中的配置文件即可。因此还需要更改函数。范文先生网收集整理对24512的操作应该遵循2总线协议，而在430 中没有2总线硬件，所以本方案中用软件方法模拟。由于2串行总线数据交换速度较慢，因而当从2中读出数据再往中移 入时，形成了配置过程的速度瓶颈。在解决这个问题时，我们充分利用了 430149单片机内部2,采用2 最快的读取方式一一顺序读，将配置数据预先读入到中，函数直接从中读 取数据。这种方法在一定程度上提高了配置速度。我们改写的函数是这样的;=0; =有新的数据来自2=;放在
13、1024=*+;+;=0;+10聂已经读取字节数，-是整个配置文件字节 数,102从2的=+1024;地址开始读1024字节机上应用程序用70开发 设计，利用专门的串口控件很容易开发出串口通信程序，从而将配置文件 发送到430。当配置完成以后由430返回配置成功。4结论我们设计的基于430的动态配置方案，充分利用了可重复配置 的特性，为嵌入式系统升级重构提供了一种新的思路，将来一定有很好的 应用前景。当然在这个方案中，由于采用外加2的原因，在配置速度上较慢。虽然本方案针对的是4000系列器件，但是稍加改动也可用于其它器 件，如、2等。另外在实际应用中，如果能加上网络模块，还可以实现远程的动态配 置。
