使用DS89C450對Xilinx PROM的在系統編程設計

摘要：使用DS89C450型單片機的I／O口實現JTAG通信協議，再用部分I／O口構造片選邏輯，來對一個系統中多片Xilinx Platform Flash PROM進行在系統編程(ISP)，以此來更新對應的FPGA的配置數據。同時，DS89C450通過在應用編程(IAP)來更新用戶代碼。將硬件電路設計在背板上，實現插板式機箱結構，方便系統升級。
關鍵詞：DS89C450；JTAG；IAP；Xilinx Platform Flash PROM

引言
可編程邏輯器件(FPGA、CPLD等)廣泛用于現代電子設計中，在一個系統中往往會用1片以上的可編程邏輯器件。作為最大的供應商之一，Xilinx公司的器件獲得了廣泛的應用。基于查找表技術的FPGA在應用時需要外置一個非易失性存儲器來存儲配置數據。如何方便靈活地對一個系統中多片FPGA的配置數據進行升級是本文討論的問題。

1 系統概述
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型單片機是一款超高速的高性能單片機，其顯著特點是速度快，一個機器周期只需要一個時鐘周期；通過使能，可以激活其內部的1 KB數據存儲器，來作為數據緩存；同時它具有64KB的內部程序存儲器，支持ISP、IAP。
本設計主要實現的功能是：
①DS89C450的在應用編程(IAP)。通過使用IAP，單片機用戶代碼的更新和修改將十分方便。
②使能DS89C450內部1 KB數據存儲器，在對Platform Flash PROM編程時，作為數據緩存，這樣將無需在片外擴展數據存儲器，從而減小了電路板面積，同時提高了訪問速度，節省成本。
③用DS89C450的P1口的4根線模擬JTAG的時序邏輯，實現與Platform Flash PROM的通信；余下的4根線用來構造片選邏輯，將整個電路設計在背板上，將串口引出到設備面板來與上位機通信。
④采用匯編語言開發，使iMPACT下載和單片機下載互不沖突，方便實現插板式機箱結構。
該設計在設備調試、遠程維護、功能擴展和修改等方面將具有很高的靈活性，系統示意圖如圖1所示。

2 DS89C450 IAP的實現
DS89C450內部集成了64 KB的Flash程序存儲器，64 KB Flash分為2部分，低32 KB區(地址范圍0000H～7FFFH)和高32 KB區(地址范圍8000H～FFFFH)。只有高32 KB區才可以由IAP程序訪問，這個空間將存放用戶代碼。DS89C450內部有一個存儲器管理單元(MMU)，它實際上就是一個狀態機，獨立于處理器核心而存在，只需向相應的特殊功能寄存器中寫入命令、地址、數據等，將啟動MMU，實現對高32 KB區的擦除、編程、校驗以及系統復位。而在低32 KB區存的是IAP程序，IAP程序代碼是通過燒錄器燒寫進去的。
IAP程序將通過串口和上位機通信，在系統上電后，上位機發出是否要更新高32 KB區代碼的命令，若不更新，則IAP程序立即跳轉至8000H處取指令，執行高32 KB區的用戶代碼；若上位機發出了更新高32KB區代碼的命令，IAP程序將進入工作狀態，它將首先擦除高32 KB區，然后準備接收新的用戶代碼(即對Platform Flash PROM操作的代碼)，收到新代碼數據之后，將其寫入高32 KB區；新代碼文件全部寫入之后，由上位機發出校驗命令，IAP程序將高32 KB區按字節讀出，并計算出累加和，作為校驗和回送上位機。