摘? 要: 介紹了利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其TCP/IP協(xié)議研制開發(fā)的遠(yuǎn)程在系統(tǒng)編程工具,。使用該工具可對用PLD器件設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)、設(shè)備、消費(fèi)產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,、調(diào)試或升級,。該工具可供電子產(chǎn)品的研制生產(chǎn)商使用,，也可供開設(shè)遠(yuǎn)程數(shù)字邏輯電路課程,、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的學(xué)校使用,。
關(guān)鍵詞: PLD? 遠(yuǎn)程isp? 互聯(lián)網(wǎng)? TCP/IP
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1 問題的提出
自二十世紀(jì)80年代以來,，可編程邏輯器件(PLD)技術(shù)發(fā)展非常迅速,。由于PLD是作為一種通用器件生產(chǎn)的，而它的邏輯功能是由用戶通過對器件編程實(shí)現(xiàn)的,，隨著PLD的集成度越來越高,，速度越來越快,，設(shè)計(jì)越來越方便靈活，因而日益成為專用集成電路ASIC設(shè)計(jì)的主流方法,。特別是二十世紀(jì)90年代新一代在系統(tǒng)編程技術(shù)isp的推出,，取消了專用編程設(shè)備，器件本身也不必從系統(tǒng)電路板上取下,，便可以使用硬件描述語言和電路圖方法在系統(tǒng)內(nèi)編程,。這一創(chuàng)舉使現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法前進(jìn)了一大步，設(shè)計(jì)周期大大縮短,，效率大為提高,，并且十分有利于產(chǎn)品的升級和更新?lián)Q代。
一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的自動(dòng)設(shè)計(jì)流程,，可以分為四個(gè)階段,。首先是對系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，利用原理圖或硬件描述語言表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖;第二是步利用仿真工具對設(shè)計(jì)者的想法進(jìn)行測試仿真,，以便發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷和錯(cuò)誤;第三步是將前兩步生成的文件進(jìn)行編譯并和具體器件相適配,，生成具體芯片的融絲圖文件;最后一步就是將融絲圖文件通過編程電纜下載到包含有PLD的設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)物理的數(shù)字系統(tǒng),，如圖1(a)所示,。在這四個(gè)階段中，前三步都可以在計(jì)算機(jī)上使用不同軟件工具實(shí)現(xiàn),，而最后一步必須和具體的設(shè)備進(jìn)行連接,，這意味著需要設(shè)計(jì)者親臨現(xiàn)場操作。設(shè)想如果產(chǎn)品發(fā)往外地,，或是遠(yuǎn)涉重洋出口海外,，就需要生成一個(gè)龐大的全球性售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)對產(chǎn)品跟蹤或更新，這對中小企業(yè)來說根本不可想象,。如何解決這個(gè)問題呢?我們想到了無所不能的互聯(lián)網(wǎng),。既然中小企業(yè)的原材料供應(yīng)、成品銷售等可以受益于互聯(lián)網(wǎng),，那么他們的技術(shù)性服務(wù)為什么不可以通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行呢?為此,，我們利用互聯(lián)網(wǎng)及其TCP/IP協(xié)議開發(fā)研制了一個(gè)遠(yuǎn)程在系統(tǒng)編程工具，使工程技術(shù)人員足不出戶就可以對他們利用PLD研制生產(chǎn)的遠(yuǎn)在千里之外的電子系統(tǒng),、電子設(shè)備進(jìn)行升級和維護(hù),，如圖1(b)所示。
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2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本工具采用了客戶服務(wù)器模式,，由兩個(gè)部分組成,。一個(gè)在用戶計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，稱之為用戶端;另一個(gè)在設(shè)計(jì)者計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，稱之為設(shè)計(jì)端,。軟件編制使用C++語言,，在C Builder環(huán)境下設(shè)計(jì)。程序中使用C Builder中提供的網(wǎng)絡(luò)通信控件,，實(shí)現(xiàn)客戶和服務(wù)器之間的通信,。本工具程序框圖見圖2。
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首先由用戶端將設(shè)備和計(jì)算機(jī)通過下載電纜(使用并行口)連接在一起,，并啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行用戶端程序,。用戶要做的就是這些，這些操作不需要任何專業(yè)知識(shí),。用戶端程序也不需要什么配置,，只要它自動(dòng)掃描并發(fā)現(xiàn)接有設(shè)備的端口，并對之操作即可,。
用戶端程序一旦運(yùn)行,，設(shè)計(jì)端程序就可以啟動(dòng)。設(shè)計(jì)端首先輸入用戶端的IP地址,，輸入不同的IP地址,，就可以對不同的用戶端設(shè)備進(jìn)行操作。然后調(diào)入設(shè)計(jì)好的融絲圖文件,，對文件的格式進(jìn)行檢查,，顯示文件中的信息。文件中的信息指示該文件對哪些芯片編程,，以及它們在設(shè)備中的排列順序,。
檢查正確后，就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接,，并把文件內(nèi)容發(fā)送給用戶端,。在用戶端將融絲圖下載到PLD芯片的過程中，用戶端應(yīng)用程序回送下載進(jìn)度給設(shè)計(jì)端,，設(shè)計(jì)端就可以顯示下載進(jìn)度,。如果一切正常，下載完畢后就關(guān)閉連接,，結(jié)束通信,。
3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)
3.1 設(shè)計(jì)端
設(shè)計(jì)端界面為一窗體，窗體上有一個(gè)命令菜單,、一個(gè)編輯控制(輸入或顯示打開的文件路徑和文件名)、一個(gè)組合框(讓用戶選擇下載模式),、兩個(gè)顯示下載進(jìn)度和文件信息的備注控件,，還有一個(gè)用于通信的客戶端套接字控件。
設(shè)置IP地址，點(diǎn)擊“命令/設(shè)置”時(shí)會(huì)顯示一個(gè)模式對話框,。用戶可以在 “IP地址”編輯控制中輸入用戶端的IP地址,，按“確定”該值將賦給客戶端套接字控件的屬性“Address”，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí),，將與擁有該IP地址的主機(jī)通信,。在 “端口”編輯控制中輸入用戶端下載服務(wù)的TCP端口號(hào)，按“確定”將該值賦給套接字控件的屬性“Port”,，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí),，將與指定主機(jī)的服務(wù)端口通信。
下載文件,，直接在編輯控制中輸入文件名或點(diǎn)擊“打開文件”,，通過對話框得到下載文件的路徑。每次選擇一個(gè)isp文件,， 所謂isp文件,，是將標(biāo)準(zhǔn)的融絲圖JED文件采用一定的壓縮算法生成的。它比標(biāo)準(zhǔn)的JED文件要小,，這樣下載時(shí)速度要快些,。為了能夠下載成功，要對文件格式和內(nèi)容進(jìn)行檢查,。檢查依據(jù)的是isp文件的頭格式,，包括文件類型、芯片鏈中芯片的個(gè)數(shù),、擦除脈沖寬度,、編程脈沖寬度、編程行數(shù),、每行長度,、芯片ID列表等。文件的第一個(gè)字節(jié)只要是(0xF8,， 0x0B,， 0x0F，0x0A)中的一個(gè),，則該文件就是isp文件,，不同數(shù)值分別代表不同類型的芯片和壓縮類型。
下載模式,，文件選定后,，必須選擇下載模式。共設(shè)四種模式:編程并校驗(yàn),、僅校驗(yàn),、僅校驗(yàn)UES,、校驗(yàn)并顯示UES。其中UES是指存放在芯片中的用戶自定義信息,，根據(jù)需要可以是設(shè)備的序列號(hào)或設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)等信息,，而與芯片的功能沒有關(guān)系。
編程并校驗(yàn),，是指將文件內(nèi)容下載到芯片中,，并在下載過程中從芯片讀出下載內(nèi)容，檢驗(yàn)是否下載正確,。
僅校驗(yàn),，是指讀出芯片中的內(nèi)容，并與文件內(nèi)容進(jìn)行比較,，檢驗(yàn)兩者是否一致,。
僅校驗(yàn)UES，是指檢驗(yàn)文件中的UES信息與芯片中的是否一致,。
校驗(yàn)并顯示UES,，是指把文件中的UES信息與芯片中的UES內(nèi)容進(jìn)行比較，檢驗(yàn)兩者是否一致,。若一致,，則顯示UES內(nèi)容，否則提示校驗(yàn)錯(cuò)誤,。
下載模式選定后,，就可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接了。選擇菜單“命令連接”,，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)連接的代碼,。一旦連接成功，系統(tǒng)會(huì)發(fā)連接成功“CONNECTED”消息,。收到此消息后,，程序會(huì)在此連接上發(fā)送一個(gè)雙字。若該值為1,，則表示將發(fā)送一個(gè)文件,，否則表示雙方可以用鍵盤進(jìn)行對話。如果沒有選擇下載文件,，將自動(dòng)進(jìn)入對話狀態(tài),。若是對話狀態(tài)，雙方可在窗體右邊的備注控件中輸入對話內(nèi)容,，按回車鍵就會(huì)發(fā)送輸入內(nèi)容,。若是下載狀態(tài)，緊接著會(huì)發(fā)送一個(gè)雙字,，表示下載模式,。然后會(huì)再發(fā)送一個(gè)雙字,，表示文件的長度，最后發(fā)送整個(gè)文件內(nèi)容,。
用戶端收到全部內(nèi)容后，開始下載,。下載過程中用戶端把下載進(jìn)度發(fā)送給設(shè)計(jì)端,，設(shè)計(jì)端收到后，將顯示收到的內(nèi)容,。這樣,，設(shè)計(jì)者就會(huì)看到下載進(jìn)度。
下載結(jié)束后,，自動(dòng)進(jìn)入對話狀態(tài),。如果用戶端有人，雙方可以進(jìn)行簡短對話,，討論一些技術(shù)問題,。
運(yùn)行“命令斷開”，則關(guān)斷網(wǎng)絡(luò)連接,，結(jié)束本次下
載過程,。新的下載過程只要重新運(yùn)行“命令連接”即可。
3.2 用戶端
用戶端窗體上有一個(gè)進(jìn)度條(顯示下載進(jìn)度)和兩個(gè)備注控件(顯示當(dāng)前用戶的工作狀態(tài),，以及交談時(shí)的輸入輸出),。用戶端需要完成的功能比設(shè)計(jì)端復(fù)雜。主要有數(shù)據(jù)的接收,、設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別,、具體的下載過程等。
程序運(yùn)行后,，在收到窗體創(chuàng)建消息時(shí),，將激活服務(wù)器套接字，并和TCP端口綁定,，等待設(shè)計(jì)端進(jìn)程的連接,。
只要運(yùn)行設(shè)計(jì)端“命令連接”，就會(huì)在用戶端產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)連接的消息,。連接成功后,，與設(shè)計(jì)端對應(yīng)，收到的第一個(gè)雙字,，代表本次連接是下載狀態(tài)還是對話狀態(tài),。若是1，則為下載,，否則進(jìn)入對話狀態(tài),。若是對話狀態(tài),，直接在備注控件中輸入對話內(nèi)容，按回車鍵即可,。對方的談話會(huì)在另一個(gè)備注控件中顯示出來,。
若是下載文件(這是最常用的狀態(tài))，緊接著會(huì)收到一個(gè)雙字,，代表下載模式(具體含義見前),。然后會(huì)再收到一個(gè)雙字，代表將要下載的文件長度,。若該值小于等于零,，或等于0Xffffffff(計(jì)算機(jī)中的-1)，則提示發(fā)送方有錯(cuò),，并關(guān)閉本次連接,，否則將會(huì)接收全部文件內(nèi)容。文件的結(jié)束是靠文件長度與收到字節(jié)數(shù)進(jìn)行比較,，相等表示全部收到,。全部收到后，即進(jìn)行下載,。
編程電纜,，下載過程與硬件密切相關(guān)，我們使用編程電纜(共8根線,，使用其中的7根)與并行口連接,。每個(gè)并行口有三個(gè)端口:數(shù)據(jù)、狀態(tài),、控制端口,，每個(gè)端口占一個(gè)字節(jié)。具體定義如下:
在電纜內(nèi)部將并行口的8腳與12腳直接連接,，用于檢測電纜是否已插到并行口上,。向數(shù)據(jù)端口的第6位寫數(shù)據(jù)，再從狀態(tài)端口第5位讀入數(shù)據(jù),，比較兩者是否一致,，即可得知下載電纜是否連接。圖3給出了編程電纜及接插件的端口定義,。
其它信號(hào)的含義及作用如下:
out_SDI??? 將isp數(shù)據(jù)從此腳串行輸出到芯片上;
out_SCLK? 控制下載過程的時(shí)鐘信號(hào);
out_MODE 將isp命令從此腳串行輸出到芯片上;
out_ISP??? 控制芯片在正常工作模式和編程模式之間切換;
in_SDO??? 從芯片上串行讀出isp數(shù)據(jù);
in_VCC_OK 用于檢測設(shè)備電源是否打開,。
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下載的流程圖見圖4。下載開始首先掃描三個(gè)并行口端口,。利用信號(hào)in_CABLE_SENSE_IN和in_VCC_OK檢測設(shè)備是否和計(jì)算機(jī)連接以及電源是否打開,，兩個(gè)信號(hào)同時(shí)有，則表示該端口連接有設(shè)備,。如果找不到設(shè)備,，就給出提示并中斷這次下載過程,。再檢查文件的類型，看設(shè)計(jì)端發(fā)送來的文件是否為合法的isp文件,。否則給出提示并中斷這次下載過程,。若合法，則接著讀出被編程芯片的編程,、擦除時(shí)間以及編程行數(shù)等信息,。其中編程和擦除時(shí)間的控制，是利用多媒體定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的,，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的脈沖延遲，保證擦除,、編程的可靠性,。隨后從芯片中讀出該設(shè)備中含有的芯片ID列表(ID列表與芯片型號(hào)有關(guān))，并與設(shè)計(jì)端的值進(jìn)行比較,。若一致可以繼續(xù)下載;否則給出提示并中斷本次下載過程,。因?yàn)樾酒斜聿灰恢拢瑢?dǎo)致設(shè)備根本不能工作,。
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下載時(shí),，通過out_SDI端將數(shù)據(jù)一個(gè)比特一個(gè)比特地串行輸出到芯片中，并從SDO端讀出剛寫入芯片的數(shù)據(jù),，與文件中應(yīng)寫入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較校驗(yàn),，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地寫入到芯片中。
4 出錯(cuò)處理
錯(cuò)誤的處理是軟件設(shè)計(jì)中十分重要的一個(gè)方面,，本軟件同樣充分考慮各種意外和錯(cuò)誤,，使得錯(cuò)誤的影響得到很好控制。本軟件中最主要的出錯(cuò)處理就是對網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤的處理,，如設(shè)計(jì)端用戶輸入的IP地址或端口號(hào)不正確等,。
C Builder中的網(wǎng)絡(luò)控件提供了出錯(cuò)的消息，對于因網(wǎng)絡(luò)連接,、連接中斷或網(wǎng)絡(luò)超時(shí)等引起的問題,，該消息都會(huì)被觸發(fā)。消息被觸發(fā)時(shí),，在消息處理函數(shù)中將一些變量重新初始化,，并關(guān)斷網(wǎng)絡(luò)連接。值得一提的是,，因計(jì)算機(jī)IP地址的設(shè)置而產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤消息將不會(huì)發(fā)給控件,，例如:計(jì)算機(jī)的子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，本機(jī)地址為202.195.168.1,，不設(shè)置網(wǎng)關(guān),。在這樣的配置下,，如果與IP地址為202.195.200.1的主機(jī)進(jìn)行連接，將會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤“子網(wǎng)不可到達(dá)”,，而控件卻收不到這個(gè)消息,。此時(shí)必須調(diào)用SetErrorProc，指定自己定義的網(wǎng)絡(luò)意外處理過程來替代默認(rèn)過程,。新過程將捕獲所有網(wǎng)絡(luò)意外,，從而避免該消息的遺漏。
另外對下載過程中出現(xiàn)的各種不正常情況都做了檢測,，例如:下載電纜沒有連接,、設(shè)備電源沒有打開、器件列表不符和校驗(yàn)錯(cuò)誤等,。當(dāng)檢測到這些錯(cuò)誤時(shí),，由于用戶端無人值守，因此將錯(cuò)誤信息回送設(shè)計(jì)端,，并用適當(dāng)?shù)男问斤@示給設(shè)計(jì)者,，以便設(shè)計(jì)人員做進(jìn)一步處理。
5 應(yīng)用范圍及前景
該工具可供所有使用PLD器件進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)電子產(chǎn)品及系統(tǒng)設(shè)備的公司或廠家使用,。對于他們拓展業(yè)務(wù)范圍,、提升產(chǎn)品價(jià)值、增加產(chǎn)品的信息技術(shù)含量,、降低生產(chǎn)成本,、爭取更多用戶、以信息化帶動(dòng)工業(yè)化等都具有深刻意義,。
該工具也可供開設(shè)數(shù)字邏輯電路和數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的相關(guān)學(xué)校使用,，為教師在局域網(wǎng)上指導(dǎo)和批改學(xué)生的實(shí)驗(yàn)提供了方便，并可以把學(xué)生從都做同樣的單一實(shí)驗(yàn)這種傳統(tǒng)模式中解放出來,，有利于針對不同學(xué)生給出不同要求,，同時(shí)也降低了教學(xué)成本。特別對遠(yuǎn)程教學(xué)而言,，該工具為一直困擾工科院校的網(wǎng)上教學(xué)等問題提供了一種具有開拓意義的方法,。隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們相信類似的應(yīng)用將成為互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域,。
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參考文獻(xiàn)
1 劉篤仁.在系統(tǒng)可編程技術(shù)及其器件原理與應(yīng)用.西安:電子科技大學(xué)出版社,， 1999.5
2 黃正瑾.在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用.南京:東南大學(xué)出版社， 1999.5