导航计算机系统中CPLD配置软件串口更新研究

摘要：针对嵌入式导航计算机系统中CPLD器件软件更新需求，提出了通过串行方式基于DSP的CPLD软件更新方案，通过DSP的I／O口模拟CPLD的JTAG时序逻辑，将由串口接收到的CPLD配置信息文件，移入到其内部逻辑中，从而实现软件更新。分析研究了实现该方案需解决的硬件和软件中的关键问题，设计实现了提出的CPLD器件软件更新方案，并在实际的导航计算机系统中进行了验证和应用。
关键词：JTAG；CPLD；DSP；UART；导航计算机

0 引言
在现代导航计算机系统朝着微型化发展的过程中，采用高性能数字信号处理器和可编程逻辑器件方案实现的导航计算机系统有着很高的性能优势。在本课题组研制的基于浮点型DSP和复杂可编程逻辑器件(CPLD)结构的嵌入式微型导航计算机系统中，DSP负责导航解算任务，CPLD用来辅助DSP对外围通信接口芯片进行控制，以减少DSP的控制任务，使其更专注于导航任务的解算。采用CPLD可以提高导航计算机控制和配置的灵活性，便于系统的升级和更新，使接口配置更灵活，适合于不同的传感器和便于应用于采用多传感器信息融合的组合导航系统中，充分发挥DSP的计算能力，提高导航性能。此嵌入式导航计算机系统中CPLD采用的是Xilinx公司的XC95144，该器件支持在系统编程(In System Programming)和扩展的IEEEStd 1149．1 JTAG边界扫描测试规范。JTAG标准作为一个测试规范，已被多数可编程逻辑器件采用。对于该芯片的一般编程方法是，通过Xilinx公司提供的下载线缆将PC机并口转接至其JTAG端口，使用PC机下载软件实现对其软件更新。由于JTAG口的信号特点，下载线缆不能太长，否则会导致信号失真；此外，在系统投入使用后，如果需要对软件进行更新升级，采用这种线缆方式必须将系统的外壳打开，不便于系统的维护更新。本文通过对JTAG接口特性的研究，提出了一种采用UART串行通信进行软件更新的方案，对基于DSP接口控制的CPLD器件实现了软件更新，使采用JTAG口进行编程的PLD器件可以实现远端更新和升级。

1 JTAG接口原理
JTAG是IEEE的联合测试行动小组(Joint TestAction Group)提出的测试标准，此标准最初是用来解决因芯片集成度和板级器件密度越来越高带来的测试问题。现在这一标准已被大多数器件厂商采用并设计到芯片电路中，用以支持其器件在系统调试或编程功能。对于本文所用的CPLD器件，其JTAG接口的结构如图1所示。