3 微控制器及嵌入式編程控制的實現

3.1 硬件設計

微控制器及嵌入式編程控制硬件電路如圖2所示，由微控制器lntel 8031、時鐘、地址鎖存器74ls373、程序存儲器27512、數據存儲器RAM(包括XSVF格式數據存儲器)、XC95108及數據輸入接口等幾部分組成。圖中8031不僅可用來對CPLD進行編程控制，而且還可實現其它控制和處理，因為設計中使用了一片XSVF(Xilinx Serial Vector Format格式數據存儲器，在XC95108的控制下可以在后臺實現數據通信，并將XSVF格式數據存儲到XSVM RAM中，當數據接收完畢時再中斷微控制器，在微控制器的中斷服務子程序中通過JTAG接口實現對目標CPLD器件編程。從圖中可見，除了XC95108、數據輸入和XSVF RAM部分外，其它部分和常見的8031應用系統一樣，這里不再贅述，下面主要講述數據輸入和XC95108的內部功能。

數據輸入由紅外收發器實現(如可用Siemens公司的IRM3105)，它所接收到的數據是由PC機生成的按RS232格式打包的XSVF格式編程數據文件，收發器通過UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)　接口和XC95108相連。

XC95108包含URAT接收器、時序控制狀態機及總線控制器等。URAT接收器對接收到的數據進行校驗，并且去掉起始位和結束位，如果接收正確則通知時序控制狀態機數據接收就緒，如果接收不正確則給出錯誤指示。

時序控制狀態機是遙控編程的核心，包括四種狀態，即HIGH、LOW、DOWNLOAD和ISP。XSVF文件的第一、二個字節為傳輸的字節總數，在狀態HIGH和LOW時字節總數的高低字節被保存到一個變量中，當在DOWNLOAD狀態時，每當往XSVF RAM寫入一個字節，該變量的值減1，同時XSVF RAM的地址增1。一旦全部XSVF文件都寫入XSVF RAM中，狀態機便進入ISP狀態，此時中斷微控制器，微控制器響應中斷并進入中斷服務子程序。中斷服務子程序根據XSVF RAM中的信息通過JTAG對XC9500 CPLD器件進行編程。

總線控制器根據時序控制狀態機控制XSVF格式數據存儲器的數據總線的切換，當在DOWNLOAD狀態時，總線控制權交由XC95108;當在ISP狀態時，總線控制權交由8031;當在HIGH和LOW狀態時，總線為高阻狀態。
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3.2 XSVF文件的生成

上面提到過遠程端接收到的數據為XSVF文件，XSVF文件是由本地PC機生成的，它是如何生成的呢?首先將設計數據輸入，開發系統進行設計轉換生成JEDEC器件編程文件;然后，由Xilinx公司提供的軟件EZTagTM自動讀取JEDEC文件并轉換成SVF文件，SVF格式是專門用來描述IEEE 1149.1(JTAG)總線操作的格式，SVF文件中不僅包含CPLD的編程數據，也包含有編程命令，但由于SVF格式為ASXII碼，因要求較大內存，不適合嵌入式應用;最后，由軟件svf2xsvf將SVF格式轉換成XSVF格式，XSVF格式為壓縮的二進制格式，占用存儲空間小，因而更適合嵌入式應用。

3.3 嵌入式ISP編程流程

XC9500通過四線測試存取端口TAP(Yest ACCess Port　和TAP控制器來執行系統內編程和IEEE 1149.1邊界掃描測試(JTAG)。TAP包括TCK、TMS、TDI和TDO四個引腳，TAP控制器是16狀態的狀態機，控制邊界掃描電路按照TMS運行，執行由IEEE規定的狀態圖(詳細內容參見參考文獻1，下面所提到的狀態，如Shift-1R、Shift-DR等包含在16個狀態之中)。微控制器根據XSVF文件提供的指令和數據激勵TAP端口，在TAP控制器的控制下實現XC9500 CPLD的ISP編程。流程圖如圖3所示。

XSVF格式的編程文件包含編程指令和數據，編程指令主要有三條，即XRUNTEST、XSIR和XSDR。微控制器讀取指令后進行解釋，并根據指令執行相應的操作。

XRUNTEST指令指定在執行下一條XSIR和XSDR指令之前在Run-Test/ldle狀態停留的時間，指令之后緊接的4個字節為時間數值(毫秒數);當微控制器讀取的指令為XSIR時，便為TMS和TCK提供激勵直至進入Shift-IR狀態，然后讀取指定的數據長度值和數據，并將數據送到TDI口;微控制器讀取XSDR指令時，首先讀取將要在Shift-IR狀態輸出的數據，再觸發TMS和TCK直接進入Shift-IR狀態，并保持TMS為低，停留在Shift-IR狀態，將XSVF文件數據輸出到TDI口，并存儲從TDO口接收到的數據，在所有數據都輸出到TDI口之后，TMS變高進入Exit-1-DR狀態，然后將從TD0輸入的值和TDO預期值相比較，如果不匹配則轉出錯處理，如匹配則重新進入Run-Test/ldle狀態。微控制器循環地從XSVF RAM中讀取指令和數據并執行，直到編程結束。