導航計算機系統中CPLD配置軟件串口更新研究

摘要：針對嵌入式導航計算機系統中CPLD器件軟件更新需求，提出了通過串行方式基于DSP的CPLD軟件更新方案，通過DSP的I／O口模擬CPLD的JTAG時序邏輯，將由串口接收到的CPLD配置信息文件，移入到其內部邏輯中，從而實現軟件更新。分析研究了實現該方案需解決的硬件和軟件中的關鍵問題，設計實現了提出的CPLD器件軟件更新方案，并在實際的導航計算機系統中進行了驗證和應用。
關鍵詞：JTAG；CPLD；DSP；UART；導航計算機

0 引言
在現代導航計算機系統朝著微型化發展的過程中，采用高性能數字信號處理器和可編程邏輯器件方案實現的導航計算機系統有著很高的性能優勢。在本課題組研制的基于浮點型DSP和復雜可編程邏輯器件(CPLD)結構的嵌入式微型導航計算機系統中，DSP負責導航解算任務，CPLD用來輔助DSP對外圍通信接口芯片進行控制，以減少DSP的控制任務，使其更專注于導航任務的解算。采用CPLD可以提高導航計算機控制和配置的靈活性，便于系統的升級和更新，使接口配置更靈活，適合于不同的傳感器和便于應用于采用多傳感器信息融合的組合導航系統中，充分發揮DSP的計算能力，提高導航性能。此嵌入式導航計算機系統中CPLD采用的是Xilinx公司的XC95144，該器件支持在系統編程(In System Programming)和擴展的IEEEStd 1149．1 JTAG邊界掃描測試規范。JTAG標準作為一個測試規范，已被多數可編程邏輯器件采用。對于該芯片的一般編程方法是，通過Xilinx公司提供的下載線纜將PC機并口轉接至其JTAG端口，使用PC機下載軟件實現對其軟件更新。由于JTAG口的信號特點，下載線纜不能太長，否則會導致信號失真；此外，在系統投入使用后，如果需要對軟件進行更新升級，采用這種線纜方式必須將系統的外殼打開，不便于系統的維護更新。本文通過對JTAG接口特性的研究，提出了一種采用UART串行通信進行軟件更新的方案，對基于DSP接口控制的CPLD器件實現了軟件更新，使采用JTAG口進行編程的PLD器件可以實現遠端更新和升級。

1 JTAG接口原理
JTAG是IEEE的聯合測試行動小組(Joint TestAction Group)提出的測試標準，此標準最初是用來解決因芯片集成度和板級器件密度越來越高帶來的測試問題。現在這一標準已被大多數器件廠商采用并設計到芯片電路中，用以支持其器件在系統調試或編程功能。對于本文所用的CPLD器件，其JTAG接口的結構如圖1所示。