使用DS89C450對Xilinx PROM的在系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)

摘要：使用DS89C450型單片機(jī)的I／O口實(shí)現(xiàn)JTAG通信協(xié)議，再用部分I／O口構(gòu)造片選邏輯，來對一個(gè)系統(tǒng)中多片Xilinx Platform Flash PROM進(jìn)行在系統(tǒng)編程(ISP)，以此來更新對應(yīng)的FPGA的配置數(shù)據(jù)。同時(shí)，DS89C450通過在應(yīng)用編程(IAP)來更新用戶代碼。將硬件電路設(shè)計(jì)在背板上，實(shí)現(xiàn)插板式機(jī)箱結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)升級。
關(guān)鍵詞：DS89C450；JTAG；IAP；Xilinx Platform Flash PROM

引言
可編程邏輯器件(FPGA、CPLD等)廣泛用于現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中，在一個(gè)系統(tǒng)中往往會用1片以上的可編程邏輯器件。作為最大的供應(yīng)商之一，Xilinx公司的器件獲得了廣泛的應(yīng)用?；诓檎冶砑夹g(shù)的FPGA在應(yīng)用時(shí)需要外置一個(gè)非易失性存儲器來存儲配置數(shù)據(jù)。如何方便靈活地對一個(gè)系統(tǒng)中多片F(xiàn)PGA的配置數(shù)據(jù)進(jìn)行升級是本文討論的問題。

1 系統(tǒng)概述
Xilinx的Platform Flash PROM包括XCFxS和XCFxP系列，它們都是帶JTAG接口的PROM，都支持JTAG ISP Programming，本文主要以XCF-01S為例。DS89C450型單片機(jī)是一款超高速的高性能單片機(jī)，其顯著特點(diǎn)是速度快，一個(gè)機(jī)器周期只需要一個(gè)時(shí)鐘周期；通過使能，可以激活其內(nèi)部的1 KB數(shù)據(jù)存儲器，來作為數(shù)據(jù)緩存；同時(shí)它具有64KB的內(nèi)部程序存儲器，支持ISP、IAP。
本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能是：
①DS89C450的在應(yīng)用編程(IAP)。通過使用IAP，單片機(jī)用戶代碼的更新和修改將十分方便。
②使能DS89C450內(nèi)部1 KB數(shù)據(jù)存儲器，在對Platform Flash PROM編程時(shí)，作為數(shù)據(jù)緩存，這樣將無需在片外擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器，從而減小了電路板面積，同時(shí)提高了訪問速度，節(jié)省成本。
③用DS89C450的P1口的4根線模擬JTAG的時(shí)序邏輯，實(shí)現(xiàn)與Platform Flash PROM的通信；余下的4根線用來構(gòu)造片選邏輯，將整個(gè)電路設(shè)計(jì)在背板上，將串口引出到設(shè)備面板來與上位機(jī)通信。
④采用匯編語言開發(fā)，使iMPACT下載和單片機(jī)下載互不沖突，方便實(shí)現(xiàn)插板式機(jī)箱結(jié)構(gòu)。
該設(shè)計(jì)在設(shè)備調(diào)試、遠(yuǎn)程維護(hù)、功能擴(kuò)展和修改等方面將具有很高的靈活性，系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2 DS89C450 IAP的實(shí)現(xiàn)
DS89C450內(nèi)部集成了64 KB的Flash程序存儲器，64 KB Flash分為2部分，低32 KB區(qū)(地址范圍0000H～7FFFH)和高32 KB區(qū)(地址范圍8000H～FFFFH)。只有高32 KB區(qū)才可以由IAP程序訪問，這個(gè)空間將存放用戶代碼。DS89C450內(nèi)部有一個(gè)存儲器管理單元(MMU)，它實(shí)際上就是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，獨(dú)立于處理器核心而存在，只需向相應(yīng)的特殊功能寄存器中寫入命令、地址、數(shù)據(jù)等，將啟動(dòng)MMU，實(shí)現(xiàn)對高32 KB區(qū)的擦除、編程、校驗(yàn)以及系統(tǒng)復(fù)位。而在低32 KB區(qū)存的是IAP程序，IAP程序代碼是通過燒錄器燒寫進(jìn)去的。
IAP程序?qū)⑼ㄟ^串口和上位機(jī)通信，在系統(tǒng)上電后，上位機(jī)發(fā)出是否要更新高32 KB區(qū)代碼的命令，若不更新，則IAP程序立即跳轉(zhuǎn)至8000H處取指令，執(zhí)行高32 KB區(qū)的用戶代碼；若上位機(jī)發(fā)出了更新高32KB區(qū)代碼的命令，IAP程序?qū)⑦M(jìn)入工作狀態(tài)，它將首先擦除高32 KB區(qū)，然后準(zhǔn)備接收新的用戶代碼(即對Platform Flash PROM操作的代碼)，收到新代碼數(shù)據(jù)之后，將其寫入高32 KB區(qū)；新代碼文件全部寫入之后，由上位機(jī)發(fā)出校驗(yàn)命令，IAP程序?qū)⒏?2 KB區(qū)按字節(jié)讀出，并計(jì)算出累加和，作為校驗(yàn)和回送上位機(jī)。