摘要：介绍一种利用微控制器动态配置cpld器件的方法。将配置文件存放在存储器中，配置文件中的控制代码驱动在微处理器中运行的配置引擎；将配置文件中的配置信息通过jtag口移入cpld，实现器件的动态配置；通过更换存储器中配置文件，达到同一器件实现不同功能的目的。这种方法为嵌入式系统升通读重构提供了一种新的思路，将来一定会得到广泛应用。

关键词：isp 在系统可编程技术 动态配置 cpld

引言

随着应用的不断深入，嵌入式系统升级的问题摆在了人们面前。在这种背景下isp技术应运而生。

在系统可编程isp（in ststem programmability）技术是指能对器件、电路甚至整个系统进行现场升级和功能重构的技术。这种重构可以在实验开发过程中、制造过程中，甚至是在交付用户使用之后进行；而整个在系统可编程设计的最后一个步骤，也是最关键的步骤，也是最关键的步骤，就是器件的配置。配置过程加载设计规定的编程数据到器件中，以定义器件内部功能块及其互连，从而实现器件功能的重构升级。

当然isp配置方式是多种多样的，其中计算机加下载线就是最常见的配置器件的方法；但是这个方法需要计算机配合，对嵌入式系统来说不太实用，因此需要一个更加方便灵活的配置方案。lattice公司cpld器件不仅具有isp功能，同时融合引脚锁定功能和jtag技术，使得抛弃计算机而使用微控制器在系统配置、修改、升级cpld器件成为可能。特别是引脚锁定功能，实现了真正意义上的“动态”配置。采用引脚锁定技术，将配置前引脚状态锁定，配置完成以后各个引脚仍能保持配置前状态。本文介绍一个用微控制器在系统配置lattice mach4000系列cpld器件的方案。

图1

1 原理

isp器件要实现配置，除了isp器件的硬件系统中要提供正确的isp接口以外，还需要有配置文件和配置工具。

（1）配置接口

lattice公司为器件提供了isp接口和jtag接口。

isp接口是lattice公司自行开发设计的，具有如下引脚定义：

sdi——数据输入和状态机控制；

mode——和sdi一起控制状态机；

mode——和sdi一起控制状态机；

sclk——时钟输入；

sdo——数据输出，可选引脚；

ispen——工作模式和配置模式选择，同时还有一个isp状态机，包含3个状态，由mode和sdi控制状态机所处技术，在shift状态通过sdi移入命令，在execute状态执行命令。

联合测试行动小组jtag（joint test action group）在20世纪80年代中期制定了边界扫描技术，在1990年被修改后成为ieee的一个标准——ieee1149.1-1990。这个标准即为jtag。边界扫描技术最初发展盐业，是为了测试电路各个ic器件之间的互边是否正确。随着isp发展，许多生产厂商利用jtag规定的四条引脚的测试存取口作为isp的开发平台，使得isp也变得有标准可循，给用户带来了极大方便，于是jtag在其权限内把isp性能扩充到了ieee1149.1中。发展到现在可以这样说，ieee1149.1标准为我们提供了一条简单的串行接口，将那些具有jtag接口的器件串接在一打扫描链中。通过这个接口既能实现isp又能实现测试。

ieee1149.1标准对边界扫描结构的定义包括4个基本单元：4个引脚的测试存取口tap（test access port）、数据寄存器、指令寄存器和tap控制器。tap引脚定义如下：tck为测试时钟输入，tdi为测试数据输入，tdo为测试数据输出，tms为测试模式选择。数据寄存器包含两种bypass寄存器和bsr（boundary scan register）寄存器，其中bsr由bsc（boundary scan cell）串联而成，正是通过bsc才把来自于tap的数据移入isp芯片内部逻辑。另外tap控制器作为一个有限状态机，共有16个状态。它控制着测试存取口、指令寄存器和数据寄存器。tap控制器如图1所示。

通过tck、tms控制tap控制器的状态。当tap控制器处于shift-ir状态时，tdi口进入的指令被移进指令寄存器；当tap控制器入于update-ir状态时，指令寄存器的指令有效。根据这个原理，通过控制此状态机，将配置信息移入器件内。另外，ta