基于串行总线和FPGA的FLASH烧写方法研究与实现

ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＷＯＲＬＤ・探索与观察　ｍ　基于串行总线￣Ｉ：Ｉ　ＦＰＧＡ的ＦＬＡＳＨ烧写方法研究与实现　中国航空工业空空导弹研究院　丁　宁　樊宏伦　【摘要】当￣；ＴＦＰＧＡ的程序多保存在外部ＦＬＡｓＨ中，在上电时将外部ＦＬＡｓＨ中的程序加载到ＦＰＧＡ中，对ＦＬＡＳＨ中程序的操作需要用到专用　的软件和专用的下栽器，本文旨在开发一种无需专用下载器和专用软件，仅需串口即可实现ＦＬＡｓＨ烧写的方法　【关键词】串口通信；ＦＰＧＡ；ＦＬＡＳＨ＇￣写　１引言　随　各个导弹型　的发展，各个组件中ＦＰＧＡ之间的烧写接【１、　烧写软件、烧写程序各　相　，在全弹状态下，不同组件的研发郜¨　到　个试验地点进行程序版本修改或升级时　往需要携带沉重的烧’　硬备平Ｉｊ　门的Ｆ载器与＿卜载线缆，同时部分组件需要对整流罩或部　分弹体壳体盖板进仃拆卸，增加操作风险，ｔ’分不便。因此，开发　－彝｝只需要统一贯标口，光需专用烧写设备的适用于全弹的烧　平　｛‘分必要。本文￣：ＦＰＧＡ　｝ｔ编￣／ＦＬＡＳＨ控制代码，通过串【＿］总线实　现ＦＬＡＳＨ的烧写校验ｌ口Ｊ读功能。而ＦＬＡＳＨ通常｝　￣ＩＩＦＰＧＡ进行连接，　此　ＦＬＡｓＨ烧写时，需要ＦＰＧＡ具备对ＦＬＡＳＨ的控制逻辑来保证对　ＦＬＡＳＨ的控制，通常的做法是通过ＦＰＧＡＪ　家配套的下载器和计算机　软件拄￣ＪＦＰＧＡ中内置编程ｆｊｌ擎来实现ＦＬＡＳＨ的擦除烧写阐读校验的　功能，优点是配套软硬件均是现成且成熟，无需用户进行编程，缺点　是必须将产品ＦＰＧＡ上指定的ＦＬＡＳＨ烧写管脚引ｌ乜全弹，且必须尉厂‘　家配套的专用下载器￣ｌｌｉ－ｔ一算机程序进行烧写。　２系统原理　／　—　ｌ———　＾—　—一　枉缸撼‘算机ｌＨ　　一书ｎ每专蟹ｌ『扼蛀与哥ｊ女毓卜　．——－　氟｛。　辫　　蜒　Ｌ兰！【　ｉ　霉　习　－　ｆ　广——］．—　———　——————／　Ｌ：：．：：：擎　｜　艇嚣勰＾　ｊ、　ｈ地Ｈ鞋　１　ｊ　ｆ　厂　—・一　黪。　图１串行总线ＦＰＧＡ烧写原理图　如Ｅ图系统框　所　：由计算机中烧ｒ与控制软件发送串【Ｊ指令，　ＦＰＧＡ收到串口指令后执行相应程序完成埘ＦＬＡＳＨ的撩除、烧与、川　读、校验等功能。冈ＦＰＧＡ　Ｔ｝】串口命令解析功能和ＦＩ　ＡＳＨ操作功能十｝　ｊ关代码均在“配置文件．ｂｉｔ”（图中位置２）【ｌｆ】保存，为防＿Ｌ【：ＦＰＧＡ￣ｉ！ｔ，，Ｊ　“配置文件＿ｂ　进行操作时造成配置文件损坏，导致下次上电过程ｔ｛　序加载失败，ＦＰＧＡ尤法正常工作，变成“砖”，采用如下方法保　证ＦＰＧＡ在“配置文件Ｉｂ　被损坏情况下能够恢复。　利用ＦＰＧＡ的ＦａｌｌＢａｃｋ厦配置功能实现从ＦＬＡＳＨ两个不同的化　置：位置１和位置２对程序进行加载，其中他置ｌ是装成纰件时预　的程序，里面含有ＦＰＧＡ『｛己置数据的加载逻辑，在全弹状态下小可　更改。正常情况下，上电Ｆａ１ｌＢａｃｋ管脚为高电平，相应ＦＬＡＳＨ地址　最高化为‘１’，ＦＰＧＡ从ＦＬＡＳＨ位置２“配置文件－ｂ　中读取配置　数据，当位置２配置数据在加载更新过程中因掉电被损坏时，ＦＰＧＡ　数据读取失败，调』乃ＦａｌｌＢａｃｋ重配置功能，ＦａｌｌＢａｃｋ管脚为低电　平，相应ＦＬＡＳＨ地址最低位为‘０’，从位置１“驻留配置．ｂｉｔ”中　渎取配置数据，之后可根据串口命令对位置２数据进行配置更新，　更新Ｊ　确后，下次Ｉ：电ＦＰＧＡ将从位置２进行读取，即实现ＦＰＧＡ配　置数据的更新。　本烧　方法从功能』－分为！部分：串口协议设计、Ｆｌａｓｈ烧写软　件编写及实观、ＦＰＧＡ程序编写及实现，下面分别对这儿部分进仃　介绍。　３串口协议设计　从实际　求来讲，书Ｉ　Ｉ协议要对包括擦除ＦＬＡＳＨ、烧写　ＦＬＡＳＨ、卡殳验ＦＬＡＳＨ、回谈ＦＬＡＳＨ四种操作进行没汁，协议约定　一个数据包长度为３８字节（其・Ｉ】３７字节．３８字节为ＣＲＣ校验），帧　格式组成如农ｌ，五种操作如卜：　表１协议帧格式　帧　命令　传输内容　校验　３字住　１字　３２　ｅ≠　２字节　１）擦除ＦＬＡＳＨ流程：Ｆｌａｓｈ烧写软件向ＦＰＧＡ发送擦除命令　ＯｘＯｌ，ＦＰＧＡ收到擦除命令后进仃擦除操作，每擦除８Ｋ向计算机返　回擦除进度，命令字返回ＯｘＯｌ表尔正在擦除，返１．１０ｘｌ１表示或超过　１０秒未返刚任何结果表示擦除故障，需计算机重新发送擦除指令。　返回０ｘ０２表示擦除完成。　２）烧　ＦＬＡＳＨ流程：Ｆｌａｓｈ烧写软件向ＦＰＧＡ发送烧写命令　Ｏｘ０３，ＦＰＧＡ收到烧　命令后返ｌ＂ｌ０ｘ０３命令，表　已经做好烧写前　准备，返网　他或超过】秒无响应ｌ二报烧写故障，需计算机重新发　送烧　命令，计算机接收到ＦＰＧＡ的Ｏｘ０３命令字后发送Ｏｘ０３，数　据部分写入程序版本号和文件长度，ＦＰＧＡ收到后返回命令Ｏｘ０３　表示已经做好烧写前准备，返　其他或超过ｌ杪允响　上报烧写故　障，需计算机＿叵新发送烧写命令，计算机接收到ＦＰＧＡ的Ｏｘ０３命令　字后，烧　式开始，发送０ｘ０３，数据部分写入　霞文件数据，　ＦＰＧＡ返（．Ｄｘ０３和烧写完成的帧数，直到烧写结束，ＦＰＧＡ返回０ｘ０４　结束烧写流氍，若烧写过程中Ｈｊ错，返回Ｏｘｌ３，结束烧写流程，需　重新发起烧　流程。　３）校验ＦＬＡＳＨ流程：Ｆｌａｓｈ烧写软件向ＦＰＧＡ技送校验命令　Ｏｘ０５，ＦＰＧＡ￣（到校验命令后返Ｊ￣＇ｔ０ｘ０５命令，之后每究成８Ｋ字节数　据的校验返川一次校验进度，　Ｉ，计算机接收到０ｘ０６命令后读取该帧　数槲的数据他，得到校验和，干ｕ自己计算的校验和进行比对，得Ｌ｛｛　校验结果。若计算机ｑ￣４Ｏｘｌ５或１秒内未收到ＦＰＧＡ数掘帧表示校验　失败，需重新发送校验命令。　４）【ｕｊ读ＦＬＡＳＨ流程：Ｆｌａｓｈ烧写软件向ＦＰＧＡ发送校验命令　Ｏｘ０７，ＦＰＧＡ收到校验命令后返Ｉｕｌ０ｘ０７命令和版奉号和字节长，之　后计算机发送０ｘ０８￣ｌ上‘次接收到的帧　‘数，ＦＰＧＡ拿自己的帧计　数和收到的榭比，如　吲则将当前计数修改为收到的帧计数，之后　将组好的数　ｆ帧传回计算机，当　￣ｆｌｊ０ｘ０９表示数据伞部传输完成。　４　Ｆｌａｓｈ烧写软件编写及实现　Ｆｌａｓｈ烧　软件主要［ｊ１串口参数配置功能，串¨命令发送与接收功　能，烧写及叫读文件存取和校验功能，操作记录显示及保存功能。　１）串【　Ｉ参数配置功能：设置帧长，帧格式，波特率等。　屯子世界　・３３・　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＷＯＲＬＤ・ｊＩｉ　费与　粤　察　２）串口命令发送与接收功能：具有擦除、烧写、校验、回读　等命令，能够分别设置上述四个命令的发送接收逻辑、时序，能够　使能管脚和输出使能管脚。　表２　ＦＬＡＳＨ命令　指令（Ｃｏｍｍａｎｄ）　读存储单元数据　写存储单元数据　存储单元镇定　存储单元解锁　存储单元擦除　读状态寄存器　操作完成　命令字（Ｃｏｄｅ）　０ｘＯ１　０妫２　Ｏｘ０３　Ｏｘ０４　０ｘ０５　０ｘＯ７　０ｘＤ０　功能描述　批量读取ＶＬＡＳＨｑ￣数据　批量数据写入ＦＬＡＳＨ　镄定存储单元，镀定后无法写入　生成带校验和的数据帧。　３）烧写及回读文件存取和校验功能：能够从计算机中读取待　烧写文件并进行校验，将数据文件拆分并放到对应帧中，以便通过　串口命令进行发送：同时可以对收到回读串口数据帧进行解析，将　数据组合为文件保存到　‘算机上，并完成校验。　４）操作记录显示及存取功能：对操作信息、串口交互信息进　行显示并生成曰志；可填写烧写组件的组件号并生成文档，记录烧　写文件的校验和，版本号及烧写时长等信息：能够对之前的串口配　解镄存储单元，解镀后可进行写入和擦酴　清除存储单元中的数据　读取上述操作的结果　擦除或写ＦＬＡＳＨ完成命令　本文需完成的ＦＬＡＳＨ操作功能分为擦除、烧写、校验和回读，　置、收发功能配置以及界面设置等状态进行保存和读取。　需要用到的对ＦＬＡＳＨ的操作分为块解锁、块擦除、编程、清除状态　寄存器、读状态寄存器、读ＦＬＡＳＨ数据。根据相应ＦＬＡＳＨ手册进　行程序代码编写。　５　ＦＰＧＡ程序编写及实现　１）串口命令解析校验功能：　编写串口接收逻辑，能够按照串口协议和速率接收串口比特数　据，之后将比特数据组成字节，并对字节进行校验；编写接收数据　组帧及判别逻辑，将接收的字节进行组帧并校验，正确后对帧头和　指令进行识别，并执行对应的程序分支。　２）ＦＬＡＳＨ操作功能：　６结束语　本文设计了一种通过串行总线＊￣ＨＦＰＧＡ对ＦＰＡＧ配置ＦＬＡＳＨ进　行烧写、回读、校验的方法，文中使用的方法通俗易懂，便于掌　握，已经成功应用在某型号导弹某组件样机中，经过实际应用证　明，方法可靠有效。　ＦＬＡＳＨ包含管脚、存储单元、指令接口、状态寄存器等组成　部分：其中管脚分为地址管脚、数据管脚和控制管脚以及供电管脚　等：指令接口通过地址线和数据线读入指令并完成对应ＦＬＡＳＨ操　作：状态寄存器中存放有执行指令后的结果，通过状态寄存器可以　了解ＦＬＡＳＨ的工作状态，通常每进行一组命令后都需要查看状态寄　参考文献　【１１刘家兵，刘涛，王宗义，韩宏克．基于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的Ｆ１ａｓｈ烧写　７；￣ＢｏｏｔＬｏａｄ程序设计【『ｌ＿应用科技．２００８（８）：４８—５１．　【２】官琴，赖文娟，张筱波．一种基于ＴＭ￥３２０Ｃ６７１３串口烧写　ＦＬＡＳＨ实现自启动的方法【『１．兵Ｘ－自动化．２０１４（２）：９１—９２，９６．　【３ｌ夏爽．ＤｓＰ外部Ｆｌａｓｈ存储器的自烧写方式研究…．电脑编程技　巧与维护，２０１１（１８）：９９－１００．１２１．　存器以便确定下一步的工作。　本文需用到的指令如表２所示；ＦＬＡＳＨ对应的两个基本操作为　读和写，涉及的控制管脚为片选使能管脚、地址锁存使能管脚、写　（上接第３２页）　等体积的葡萄糖溶液（１．６７ｍＭ）加入到硝酸银溶液中，并将ＰＤＡ涂　覆的基质立即浸入溶液中　反应ｌ０分钟后，从溶液中取出底物，用去　一些缺点，并提出了自己的解决方案。这种ＰＤＡ聚合物聚合物干¨　ＭＥＭＳ技术设计的结合可以很好地解决前面提到的问题，而且产量　离子水冲洗，并用Ｎ　２干燥。最后，在特定位置涂覆碳墨。使用这个　计划，经过百次弯曲后，阻力没有产生显着的变化。　ｐ４ｆ　，甜　＇＿啪　０　００　Ｈｆ’口　・∞　非常高，标准化的过程，在商业应用中的前景非常，“泛。也可以　大大提高欠发达国家和地区的检测水平，提高生活质量。　参考文献　【１１王兰“生物芯片检测系统在基层幽门螺旋杆菌（ＨＰ）诊断中　Ｗ　翱　ｒ“●０　ｄ　０　§嘲　ｐａ＾　‘　的应用”，中外健康文摘，Ｖｏ１６，Ｎｏ　６．ＰＰ．４７．Ｆｅｂ２０（）９．　【２］ＭｅｅｒａＰｕｎｊｉｙａ，ｅｔａ１．“ＯｒｉｇａｍｉＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃＰａｐｅｒ—Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ—　Ｄｅｖｉｃｅｓ（ｏｍＰＡＤ）ｆｏｒＳｅｎｓｉｎｇａｎｄＤｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ．”ＩＥＥＥ，ＰＰ　３０７—３０９，２０１６．　【３］Ｇｌａｖｉｎ，ＧａｒｙＢ．，ａｎｄＳａｎｄｏｒＳｚａｂｏ“Ｄｏｐａｍｉｎｅｉｎｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌｄｉｓｅ　ａｓｅ．”Ｄｉｇｅｓｔｉｖｅｄｉｓｅａｓｅｓａｎｄｓｃｉｅｎｃｅｓ，ｖｏ１．３５，Ｉ１０．９，ＰＰ．１　１　５３－１　１　６１１　９９０．　，『４］Ｌｅｅ，Ｈ．；Ｄｅｌｌａｔｏｒｅ，Ｓ．Ｍ．；Ｍｉｌｌｅｒ，Ｗ　Ｍ；Ｍｅｓｓｅｒｓｍｉｔｈ．Ｐ　Ｂ．“Ｍｕｓｓｅｌ—ｉｎｓｐ　●●●—　ｈ口。ｒ＿　蛹　ｇ———　ａｘ　■■■■■　ｌ…日　ｏｆ＊ｃｔｌｖｌｔ　ｉｒｅｄｓｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙｆｏｒｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏａｔｉｎｇｓ“Ｓｃｉｅｎｃｅ２００７，３１　８，４２６，４３０．　『５］Ｌｅｅ，Ｈ．；ＤｅＵａｔｏｒｅ，Ｓ．Ｍ．；Ｍｉｌｌｅｒ，Ｗ．Ｍ．；Ｍｅｓｓｅｒｓｍｉｔｈ，Ｐ．Ｂ“Ｍｕｓｓｅｌ—ｉｍｐ　图５制备流程圈　ｉｒｅｄｓｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙｆｏｒｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏａｔｉｎｇｓ“Ｓｃｉｅｎｃｅ２００７，３１　８，４２６，４３０．　该程序的使用不仅在弯曲电线时不易脱落，而且由于其纳米　【６］ＬｅｉＺｈａｏ，ＤａｑｕｎＣｈｅｎ，ａｎｄＷｅｉｈｕａＨｕ“ＰａｔｔｅｍｉｎｇｏｆｌＶｌｅｔａｌＦｉｌｍｓｏｎ　ＡｒｂｉｔｒａｒｙＳｕｂｓｔｒａｔｅｓｂｙＵｓｉｎｇＰｏｌｙｄｏｐａｍｉｎｅａｓａＵＶ—Ｓｅｎ　ｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＬａｙｅｒｆ　ｏｒＥｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”Ｌａｎｇｍｕｉｒ，２０１６３２，５２８５，５２９０．　，结构的金属颗粒，导电率也大大提高，而制备工艺也标准化。该方　案将聚合物化学领域的最新科学研究成果与传统ＭＥＭＳ技术结合起　来，在调研了大量文献后确定了其高度的可行性。在商业应用中　将有一个光明的未来。　ｆ７］Ｆｏｒｍａｎｅｋ，Ｆ．；Ｔａｋｅｙａｓｕ，Ｎ．；Ｔａｎａｋａ，Ｔ．；Ｃｈｉｙｏｄａ，Ｋ．；ｌｓｈｉｋａｗａ，Ａ．；Ｋａ　ｗａｔａ，Ｓ．“Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓｐｌａｔｉｎｇｔｏｆａｂｒｉｃａｔｅｃｏｍｐｌｅｘｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍ　ｅｔａＵｉｃｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”Ａｐｐ１Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００６，８８，０８３１　１０．　．３．总结　总之，我对低成本的生物检测芯片进行了详细的分析，找出了　・３４・　ｌＩ詈子ｔ蟹Ｉ●