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一、問題的提出 嵌入式系統而靈活性的要求。一方面，應用環境會對嵌入式系統不斷提出新的要求，需要更改最初的設計；另一方面指生產多個品種時希望盡量能在單一的硬件平臺上實現。為了最大限度地滿足靈活性的需要，嵌入式系統一般都設計而可編程邏輯器件CPLD。在設計階段和現場運行之后的各個階段，都可能會遇到設計的升級、修改和測試問題。FLASH的使用方便了程序的更新；帶而在系統可編程（ISP）功能的可編程邏輯器件，使得不需重新設計印制板就可以改變原而的設計；網絡技術的發展，又使得遠程維護成為可能。 筆者設計的嵌入式系統，實現了遠程維護，其組成結構如圖1所示。其中CPLD采用了XILINX公司的XC9500系列。 二、JTAG簡介 JTAG簡介 JTAG是IEEE的聯合測試行動小組（Joint Test Action Group）所制定的測試標準（IEEE1149.1-1990），使得用戶可以測試器件的邏輯和相互之間的連接。目前，它是國際上最流行的ICE技術，眾多的芯片廠家都在自己的產品中加入JTAG口，以便用戶調試。 XILINX的XC9500系列CPLD采用了JTAG的編程和測試指令。XC9500系列CPLD帶而測試訪問口TAP（Test Access Port），包括4個引腳： *TDI-測試數據輸入； *TDO-測試數據輸出； *TCK-測試口同步時鐘； *TMS-測試模式選擇。 當用基于PC機的編程軟件對CPLD進行編程時，PC機的并口經轉換板與目標器件的TAP接口相連，完成編程工作。 在本設計上，將MCU的I/O口與CPLD的TAP接口相連，利用MCU的I/O口模擬JTAG測試口的行為，實現對PLD的編程。 三、SVF與XSVF SVF（Serial Vector Format）格式由TI公司和Teradyne公司于1991年聯合開發完成。SVF文件是一個ASCII碼文件，用于描述基于IEEE.1119.1標準的測試模式，包括激勵、預期響應和屏蔽數據。開發SVF的初衷就是獲得一種獨立于供應商的IEEE1149.1標準的測試模式，它能夠在各個仿真軟件和測試儀器廠商之間進行數據交換，可以應用于從設計驗證現場診斷各個階段。 SVF文件中包含了編程所需要的命令及相應的數據。SVF文件由一系列SVF語句組成。語句以分號結束。每一個語句由一個命令和相關的參數組成。命令分為三類：狀態命令、偏移命令和并行命令。其中狀態命令說明測試序列如何驅動IEEE1149.1TAP的狀態機，包括： *SDR-掃描數據寄存器； *SIR-掃描指令寄存器； *ENDDR-數據寄存器掃描結束； *ENDIR-指令寄存器掃描結束； *RUNTEST-進入測試/空閑狀態； *STATE-進入特定狀態； *TRST-驅動TRST為特定電平。 XILINX的CPLD通過自身的TAP接口接受SVF格式的編程指令和JTAG邊界掃描指令。事實上，XILINX提供的JTAGProgrammer編程軟件能夠自動將標準的JEDEC/BIT格式的編程文件轉換為SVF格式；但是SVF文件格式為ASCII碼，需要較大的存儲空間，并不適合直接用于嵌入式系統。為此，需要一種結構更為緊湊的數據格式-XSVF。 XSVF用與SVF類似的方法描述IEEE1149.1總線的操作。SXVF與SVF的最大區別在于它能獲得更大的數據壓縮率，從而得到較小的文件。它是二進制格式的。 SVF轉換為XSVF可以利用XILINX公司的軟件SVF2XSVF.EXE來實現。經轉換之后的文件大小如表1所列。注意文件的大小只與芯片的型號相關而和邏輯的復雜程度無關。 表1 XSVF文件大小 芯片型號 XC9536 XC9572 XC95108 XC95144 XC95216 XSCF文件/B 5194 11674 19598 12960 26390 XSVF共而16個單字節指令，每一個指令后跟多少不等的單字節數據，如表2所列。 表2 XSVF指令 指令名稱 指令代碼 指令解釋 XCOMPLETE 0x00 XSVF文件結束標志 XTDOMASK 0x01 設置TDO的屏蔽數據 XSIR 0x02 進入移位指令寄存器狀態，并且移入TDI的值 XSDR 0x03 進入移位數據寄存器狀態，并且移入TDI的值 XRUNTEST 0x04 設置每次訪問掃描數據寄存器狀態之后處于測試/空閑狀態的時間（單位：ms） XREPEAT 0x07 設置在ISP操作判為失敗之前，TDO移出值與預期值比較的次數 XSDRSIZE 0x08 設置后續XSDR/XSDRTDO指令記錄的長度 XSDRTDO 0x09 進入移位數據寄存器狀態，移入TDI的值，將TDO的移出值與預期的值比較，屏蔽數據起作用 XSETSDRMASKS 0x0a 設置移位數據寄存器的地址和屏蔽數據 XSDRINC 0x0b 執行連續的XSDR指令 XSDRB 0x0c 進入移位數據寄存器狀態，并且移入TDI的值，操作結束后保持在此狀態 XSDRC 0x0d 移入TDI的值，操作結束后保持在此狀態 XSDRE 0x0e 移入TDI的值，操作結束后退出狀態，進入測試/空閑狀態 XSDRTDOB 0x0f 進入移位數據寄存器狀態，移入TDI的值，將TDO的移出值與預期的值比較，屏蔽數據不起作用。操作結束后保持在此狀態 XSDRTDOC 0x10 移入TDI的值，將TDO的移出值與預期的值比較，屏蔽數據不起作用。操作結束后保持在此狀態 XSDRTDOE 0x11 移入TDI的值，將TDO的移出值與預期的值比較，屏蔽數據不起作用。操作結束后退出此狀態，進入測試/空閑狀態 四、實現過程 本設計的實現過程如圖2所示。 第一步，利用XILINX提供的工具，用原理圖或HDL語言設計所需的邏輯，然后進行綜合。 第二步，將編程文件輸出為標準的JEDEC文件（*.jed）。 第三步，順JTAGProgrammer環境下，將編程文件進一步轉換為SVF文件。 第四步，利用VSF2XSVF軟件，將SVF轉換為XSVF。 第五步，將二進制的XSVF轉換為MCU可接受的相應格式。本設計中采用Intel公司16位單片機，所以生成Intel Hex格式文件。 當需要更新邏輯時，MCU從網絡總線上獲得更新后的XSVF文件（Intel Hex格式），暫存于RAM空間，然后讀取XSVF文件命令，逐條解釋，并予以執行，即通過I/O口模擬JTAG的TAP口操作，產生編程指令、數據和控制信號，完成對CPLD的擦除、編程、校驗、讀寫保護設置等項工作。 |
