導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中CPLD配置軟件串口更新研究

摘要：針對(duì)嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中CPLD器件軟件更新需求，提出了通過(guò)串行方式基于DSP的CPLD軟件更新方案，通過(guò)DSP的I／O口模擬CPLD的JTAG時(shí)序邏輯，將由串口接收到的CPLD配置信息文件，移入到其內(nèi)部邏輯中，從而實(shí)現(xiàn)軟件更新。分析研究了實(shí)現(xiàn)該方案需解決的硬件和軟件中的關(guān)鍵問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了提出的CPLD器件軟件更新方案，并在實(shí)際的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行了驗(yàn)證和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：JTAG；CPLD；DSP；UART；導(dǎo)航計(jì)算機(jī)

0 引言
在現(xiàn)代導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)朝著微型化發(fā)展的過(guò)程中，采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯器件方案實(shí)現(xiàn)的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有著很高的性能優(yōu)勢(shì)。在本課題組研制的基于浮點(diǎn)型DSP和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)結(jié)構(gòu)的嵌入式微型導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，DSP負(fù)責(zé)導(dǎo)航解算任務(wù)，CPLD用來(lái)輔助DSP對(duì)外圍通信接口芯片進(jìn)行控制，以減少DSP的控制任務(wù)，使其更專注于導(dǎo)航任務(wù)的解算。采用CPLD可以提高導(dǎo)航計(jì)算機(jī)控制和配置的靈活性，便于系統(tǒng)的升級(jí)和更新，使接口配置更靈活，適合于不同的傳感器和便于應(yīng)用于采用多傳感器信息融合的組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，充分發(fā)揮DSP的計(jì)算能力，提高導(dǎo)航性能。此嵌入式導(dǎo)航計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中CPLD采用的是Xilinx公司的XC95144，該器件支持在系統(tǒng)編程(In System Programming)和擴(kuò)展的IEEEStd 1149．1 JTAG邊界掃描測(cè)試規(guī)范。JTAG標(biāo)準(zhǔn)作為一個(gè)測(cè)試規(guī)范，已被多數(shù)可編程邏輯器件采用。對(duì)于該芯片的一般編程方法是，通過(guò)Xilinx公司提供的下載線纜將PC機(jī)并口轉(zhuǎn)接至其JTAG端口，使用PC機(jī)下載軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)其軟件更新。由于JTAG口的信號(hào)特點(diǎn)，下載線纜不能太長(zhǎng)，否則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真；此外，在系統(tǒng)投入使用后，如果需要對(duì)軟件進(jìn)行更新升級(jí)，采用這種線纜方式必須將系統(tǒng)的外殼打開(kāi)，不便于系統(tǒng)的維護(hù)更新。本文通過(guò)對(duì)JTAG接口特性的研究，提出了一種采用UART串行通信進(jìn)行軟件更新的方案，對(duì)基于DSP接口控制的CPLD器件實(shí)現(xiàn)了軟件更新，使采用JTAG口進(jìn)行編程的PLD器件可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端更新和升級(jí)。

1 JTAG接口原理
JTAG是IEEE的聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組(Joint TestAction Group)提出的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)最初是用來(lái)解決因芯片集成度和板級(jí)器件密度越來(lái)越高帶來(lái)的測(cè)試問(wèn)題?，F(xiàn)在這一標(biāo)準(zhǔn)已被大多數(shù)器件廠商采用并設(shè)計(jì)到芯片電路中，用以支持其器件在系統(tǒng)調(diào)試或編程功能。對(duì)于本文所用的CPLD器件，其JTAG接口的結(jié)構(gòu)如圖1所示。