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1KB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：
?、貲S89C450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,。
?、谑鼓蹹S89C450內(nèi)部1KB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。
?、塾肈S89C450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。
?、懿捎脜R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),。
上述所有操作都是通過讀寫2個(gè)特殊功能寄存器來實(shí)現(xiàn)的，這2個(gè)寄存器是FCNTL(地址：D5H)和FDATA(地址：D6H),，圖2給出了編程的流程,。
3 DS89C450片上1 KB數(shù)據(jù)存儲器的使用
無論是在IAP程序更新高32 KB區(qū)的用戶代碼時(shí),，還是在刷新Platform Flash PROM內(nèi)的配置數(shù)據(jù)時(shí)，在DS89C450和上位機(jī)之間都會有大量的數(shù)據(jù)傳遞,。DS89C450內(nèi)部集成了1 KB的數(shù)據(jù)存儲器,，它將用作數(shù)據(jù)的緩存，因此不需要再擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲器,。同時(shí),，采用匯編語言開發(fā)，將有效提高資源的利用率,。這1 KB數(shù)據(jù)存儲器在默認(rèn)情況下是不可用的，需要設(shè)置相應(yīng)的特殊功能寄存器位來激活,。將DME0位(PMR．0)置1激活它,，激活之后采用MOVX指令訪問，相比訪問外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器速度更快,。
4 DS89C450與Xilinx Platform Flash PROM
結(jié)合Xilinx的器件,，先簡要介紹JTFAG接口的工作原理。
JTAG又稱為邊界掃描(boundary scan),，是符合IEEE STD 1149．1的通信標(biāo)準(zhǔn),，它含有一個(gè)TAP控制器，也就是一個(gè)狀態(tài)機(jī),。所有的指令,、數(shù)據(jù)的輸入以及數(shù)據(jù)的輸出都是在狀態(tài)機(jī)的控制下完成的，如圖3所示,。
JTAG接口一般用到了下面4根線：
TMS——模式選擇輸入,，在TCK的上升沿送入TAP控制器，用于狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,；
TDI——輸入引腳,，指令和數(shù)據(jù)通過它在TCK的上升沿送入TAP控制器；
TDO——輸出引腳,，數(shù)據(jù)在TCK的下降沿由此輸出,；
TCK——輸入時(shí)鐘，為TAP控制器的輸入和輸出提供時(shí)序控制,。
TAP控制器含有1個(gè)指令寄存器和若干數(shù)據(jù)寄存器(數(shù)據(jù)掃描鏈),，對于Xilinx的可編程邏輯器件，其指令寄存器一般為8位,。TAP控制器的工作流程是,，通過TMS引腳，使?fàn)顟B(tài)機(jī)按照圖3所示的轉(zhuǎn)換圖處于某一狀態(tài)下,，送入特定的指令,，TAP控制器對指令進(jìn)行譯碼,，譯碼結(jié)果將產(chǎn)生相關(guān)動作，例如選擇一條數(shù)據(jù)掃描鏈準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù),，或捕獲功能引腳信號到數(shù)據(jù)寄存器等,。
本設(shè)計(jì)中，硬件連接圖如圖4所示,，每個(gè)JTAG接口都與一片74AHCT245相連,，DS89C450的P1．0、P1．1,、P1．2,、P1．3分別對應(yīng)TMS、TD-I,、TDO,、TCK的功能；而P1．4,、P1．5,、P1．6、P1．7通過譯碼器74HC138構(gòu)造片選邏輯,。當(dāng)P1．7為低電平時(shí),，譯碼器74HC138所有的輸出引腳／Y0～／Y7均為高電平，所有74AHCT245的／0E腳均為高,，因此,，所有的JTAG接口均未選中，這時(shí),，它們都可以通過Xilinx Impact軟件進(jìn)行操作,。這個(gè)狀態(tài)作為系統(tǒng)上電之后的默認(rèn)狀態(tài)。圖4作為示意圖,，只畫出了2個(gè)JTAG接口,，而最多可以連接8個(gè)JTAG接口。
當(dāng)需要對某個(gè)JTAG連接的Platform Flash PROM編程時(shí),，上位機(jī)通過串口向DS89C450發(fā)出命令,，DS89C450收到正確的命令之后，打開譯碼器的G1門,，對8個(gè)JTAG接口進(jìn)行掃描,，將掃描到的IDCODE上報(bào)上位機(jī)，空的JTAG接口將掃描到全“1”碼,；然后,，上位機(jī)送出需更新代碼的板卡地址，DS89C450根據(jù)這個(gè)地址選擇指定的JTAG接口(即選擇了需要更新代碼的PlatformFlash PROM),，自動升級也就開始了,。升級結(jié)束,，關(guān)閉譯碼器的G1門，回到默認(rèn)狀態(tài),。
一般情況下,，具體到某一塊板卡，其上的JTAG插針,，是將Platform Flash PROM的JTAG和FPGA的JTAG串聯(lián)起來的菊花鏈結(jié)構(gòu),。例如，插針的TDI→(TDI,，TDO)→(TDI,，TDO)→插針的TDO，用括號內(nèi)的表示XCF01S或FPGA,。因此,，在圖4中的JTAG接口指的是JTAG插針，而非某個(gè)具體器件的JTAG口,。基于這一點(diǎn),，DS89C450要實(shí)現(xiàn)對Platform Flash PROM的操作,，需要將菊花鏈中的FPGA旁路(bypass)。
要對Platform Flash PROM的內(nèi)容進(jìn)行更新,，上位機(jī)需將新文件(bin格式)按照一定長度的字節(jié)數(shù)分批次送給DS89C450,，DS89C450將本次收到的定長數(shù)據(jù)寫入Platform Flash PROM，寫完之后,，準(zhǔn)備接收下一幀,，依此往復(fù)，直到將新文件處理完,。
對于XCF01S,，其扇區(qū)大小為256字節(jié)，下面以每次傳輸256個(gè)字節(jié)為例,，圖5給出了操作Platform Flash PROM的指令及編程流程,。表1為操作Platform FlashPROM的指令。
結(jié)語
本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是低成本,、高性能,、高靈活性。低成本體現(xiàn)在硬件上,，用到的器件少,，節(jié)省電路板空間；DS89C450是一款高性能的單片機(jī),，速度快,，工作穩(wěn)定,；高靈活性體現(xiàn)在2個(gè)更新——一是可通過IAP程序更新DS89C450內(nèi)部高32 KB區(qū)的用戶程序，二是可通過DS89CA50內(nèi)部高32 KB區(qū)的用戶程序來更新Platform Flash PROM內(nèi)的數(shù)據(jù),。同時(shí),，多片Platform Flash PROM的更新實(shí)現(xiàn)。這樣,，整個(gè)系統(tǒng)的更新維護(hù)將十分方便,。