利用嵌入式處理器對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行重編程

（文章來(lái)源：OFweek）

在嵌入式系統(tǒng)里除了嵌入式處理器外還會(huì)經(jīng)常使用到可編程邏輯器件，有些可編程邏輯器件在被焊接到印制電路板上之后還可以對(duì)其程序進(jìn)行更新，這種特性稱之為“在系統(tǒng)可重編程能力。在單板開發(fā)階段，通常使用下載電纜通過IEEE Standard 1149.1 JTAG接口對(duì)可編程邏輯器件重編程。單板上的JTAG接口很可能出于產(chǎn)品外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮已經(jīng)無(wú)法與下載電纜相連接，此時(shí)將無(wú)法通過下載電纜對(duì)可編程邏輯器件重編程?；谇度胧较到y(tǒng)的產(chǎn)品通常對(duì)外提供串行接口或以太網(wǎng)接口，可以通過這些接口將可編程邏輯器件的更新程序發(fā)送到處理器，由處理器對(duì)可編程邏輯器件重編程。

串行接口由于協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、占用資源少而被嵌入式系統(tǒng)廣泛使用，只需要使用串行接口連接線將主機(jī)的串行接口與產(chǎn)品的串行接口相連接，通過主機(jī)上的串行接口通訊軟件將更新程序發(fā)送給處理器即可，文件傳輸協(xié)議一般采用Xmodem協(xié)議；而對(duì)于基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品而言，由于自身提供以太網(wǎng)接口，而且操作系統(tǒng)內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，因此可以使用以太網(wǎng)接口將更新程序發(fā)送給處理器，文件傳輸協(xié)議一般采用TFTP協(xié)議，嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行TFTP服務(wù)器程序，主機(jī)上運(yùn)行TFTP客戶端程序[2] 。

嵌入式處理器通過串行接口或以太網(wǎng)接口接收到的可編程邏輯器件的更新程序是一種Jam文件，使用類似于Altera公司Quartus II development tool的開發(fā)工具根據(jù)Jam標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試語(yǔ)言（Jam Standard Test andProgramming Language 以下簡(jiǎn)稱Jam語(yǔ)言）的要求由Programmer Object File (*.pof，文件后綴名為pof)一類的目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換生成[3] 。Jam文件是一個(gè)ASCII文件，文件中包含了對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行編程的所有信息，包括編程算法和數(shù)據(jù)，詳細(xì)介紹如下：

（1）“注解字段”部分存儲(chǔ)了Jam文件的相關(guān)信息，包括可編程邏輯器件的名稱，Jam文件的創(chuàng)建時(shí)間，使用的Jam語(yǔ)言的版本等等。（2）“變量聲明/初始化”部分由編程/校驗(yàn)的數(shù)據(jù)和Jam文件用到的一些變量聲明組成。（3）“算法部分”包含了對(duì)可編程邏輯器件編程需要用到的命令和代碼，包括空白檢查、擦除、編程和校驗(yàn)等等所有可以在可編程邏輯器件上執(zhí)行的功能。在代碼中可以使用分支或循環(huán)結(jié)構(gòu)。

嵌入式處理器在接收到Jam文件之后通過運(yùn)行一個(gè)Jam Player程序來(lái)解析這個(gè)Jam文件，翻譯文件中每一條指令，并對(duì)JTAG端口進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作，從而完成對(duì)ISR可編程邏輯器件程序的更新工作。Jam Player是一個(gè)C語(yǔ)言程序，其main主程序執(zhí)行所有的基本功能，包括對(duì)Jam文件內(nèi)容的解析，指令的翻譯等，這部分內(nèi)容對(duì)于所有的嵌入式系統(tǒng)和Jam文件來(lái)說(shuō)都是一樣的。

而Jam Player的I/O功能，包括I/O管腳的尋址、延時(shí)程序、文件的I/O以及操作系統(tǒng)相關(guān)的功能都包含在jamstub.c文件里，通過修改這個(gè)文件Jam Player可以適用于任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)Jam Player接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，jamstub.c能夠從Jam文件取回?cái)?shù)據(jù)，或者從TDO管腳移位讀取數(shù)據(jù)。jamstub.c也能將處理過的JTAG數(shù)據(jù)發(fā)送到3個(gè)JTAG管腳（TDI、TMS和TCK），將出錯(cuò)消息和相關(guān)信息返回給調(diào)用程序。升級(jí)ISR可編程邏輯器件的程序只需要改變Jam文件。

Jam Player通過一個(gè)jam_jtag_io函數(shù)（int jam_jtag_io(int tms_tdi)）來(lái)控制對(duì)JTAG接口的讀寫操作。每次調(diào)用這個(gè)函數(shù)的時(shí)候，JTAG的TMS和TDI輸出信號(hào)將被設(shè)定為需要的值，而TDO輸入信號(hào)將被采樣，值將被返回，之后TCK時(shí)鐘信號(hào)將產(chǎn)生一個(gè)下降沿。tms_tdi參數(shù)包含3比特信息，分別指示TMS信號(hào)和TDI信號(hào)的狀態(tài)以及是否需要讀取TDO的輸出（如果不需要用到TDO的值則可以跳過對(duì)TDO的讀取操作）。最低位比特代表TMS的值，第2位比特代表TDI的值，第3位比特指示是否讀取TDO：如果置位，則必須讀取TDO的值，否則不需要。如果TDO為低電平，返回零值，高電平則返回非零值。如果沒有對(duì)TDO進(jìn)行讀取也將返回零值。

嵌入式處理器與JTAG 器件連接的方法有兩種，一種是直接將嵌入式處理器與JTAG 器件連接起來(lái)，這種方法處理器需要有專門四個(gè)管腳用于JTAG 接口，節(jié)省了電路板空間的同時(shí)卻占用了處理器的四個(gè)管腳；另一種方法通過一個(gè)接口邏輯將JTAG 器件連接到處理器的總線，處理器通過JTAG 器件對(duì)應(yīng)的地址來(lái)對(duì)其進(jìn)行讀寫操作[4] 。

圖給出了接口邏輯的一個(gè)范例。當(dāng)接口邏輯收到正確的地址和控制信號(hào)，它將對(duì)TDI、TCK 和TMS信號(hào)進(jìn)行同步，并通過多路復(fù)用器驅(qū)動(dòng)輸出管腳，下載電纜也可以通過多路復(fù)用器對(duì)JTAG 鏈進(jìn)行編程或驗(yàn)證[5] 。TDI、TCK 和TMS 信號(hào)的同步通過嵌入式處理器的時(shí)鐘信號(hào)和寄存器來(lái)完成，TDO 的緩沖區(qū)可以防止總線競(jìng)爭(zhēng)，TDI、TCK 和TMS 的緩沖區(qū)在調(diào)試的時(shí)候還可以用來(lái)讀回寄存器的值。圖中的與門通過R/W 信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行讀或?qū)懖僮鳎鳤S 和DS 信號(hào)則可以在另一個(gè)級(jí)別上對(duì)電路進(jìn)行選擇和去選擇。
? ? ? ? （責(zé)任編輯：fqj）