專利名稱：一種用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法，屬于集成電路設(shè)計領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著專用集成電路設(shè)計技術(shù)的不斷成熟，該領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生越來越多的專用芯片， 其中各種各樣的片上系統(tǒng)也將會不斷的出現(xiàn)，而程序存儲器是構(gòu)成片上系統(tǒng)的主要模塊之 一，如何對程序存儲器進行數(shù)據(jù)讀寫成為了片上系統(tǒng)設(shè)計所需要考慮的主要問題之一。目 前，對程序存儲器數(shù)據(jù)讀寫的方法主要有以下三種專用編程器數(shù)據(jù)讀寫，板級數(shù)據(jù)讀寫和 在線串行數(shù)據(jù)讀寫。專用編程器數(shù)據(jù)讀寫是指把程序存儲器的數(shù)據(jù)讀寫接口引到片上系統(tǒng)的IO引腳 上，然后使用專用編程器產(chǎn)生程序存儲器所需要的數(shù)據(jù)讀寫控制信號和地址/數(shù)據(jù)信號， 通過片上系統(tǒng)上有關(guān)程序存儲器的IO數(shù)據(jù)讀寫接口完成程序的燒寫下載。這種方法完成 一次程序的燒寫需要對芯片進行插拔一次，這樣對芯片的損傷是比較大的，容易降低芯片 的使用壽命，而且程序調(diào)試起來也是比較麻煩；另一方面該方法也占用了片上系統(tǒng)的大量 IO引腳數(shù)量，增加了芯片的裸片面積，流片費用也將相應(yīng)的會比較高。板級數(shù)據(jù)讀寫是通過在PCB板上制作一個數(shù)據(jù)讀寫過渡接口，編程器通過轉(zhuǎn)接板 對片上系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)讀寫。這種方法雖然降低了芯片因插拔而損壞的可能性，但是芯片的 IO引腳數(shù)量并沒有降低；另一方面，板級數(shù)據(jù)讀寫增加了 PCB板的復(fù)雜度，同時采用轉(zhuǎn)接板 的方式降低了對程序存儲器數(shù)據(jù)讀寫的可靠性。在線串行數(shù)據(jù)讀寫是編程器通過串口(如SPI 口)與芯片進行通信，實現(xiàn)對程序 存儲器的讀寫。這種方法需要在芯片內(nèi)部嵌入專門的解析邏輯，用于產(chǎn)生程序存儲器對應(yīng) 的讀寫控制信號和地址/數(shù)據(jù)信號。這種方法克服了前面兩種方法的缺點，但是不同公司， 不同工藝的程序存儲器的讀寫時序是不一樣的，這樣芯片內(nèi)部的解析邏輯也會不一樣，需 要針對不同的程序存儲器進行解析邏輯設(shè)計。專利號為200610166949. 4，名稱為 < 主機板在線編程系統(tǒng)及方法 > 的專利支持板 級數(shù)據(jù)讀寫方法和在線串行數(shù)據(jù)讀寫方法。該專利沒有采用轉(zhuǎn)接板的方式，而是把編程器 直接做在PCB板上，這種方式雖然克服了存在數(shù)據(jù)不可靠性的問題，但仍然沒有解決專用 編程器數(shù)據(jù)讀寫方法和板級數(shù)據(jù)讀寫方法存在的其它問題。該專利中支持串行數(shù)據(jù)讀寫方 法的芯片仍需要在芯片中嵌入專門的解析邏輯。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù) 據(jù)讀寫的方法，本方法通過解析邏輯的模塊設(shè)計方法，使得模塊劃分清晰、實現(xiàn)簡單、可靠性高， 易于在不同的片上系統(tǒng)中移植，便于片上系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試，可縮短片上系統(tǒng)的開發(fā)周期。本方法是采用可綜合的硬件描述語言編寫出一個ISP模塊，嵌入到片上系統(tǒng)中，用于實現(xiàn)片上系統(tǒng)內(nèi)部程序存儲器的讀寫。一種ISP模塊，包含控制器模塊、狀態(tài)寄存器模塊、SPI模塊、數(shù)據(jù)通路模塊、計時 器模塊、地址生成器模塊和控制信號生成器模塊，其特征在于控制器模塊分別與SPI模塊、 狀態(tài)寄存器模塊、數(shù)據(jù)通路模塊、計時器模塊、地址生成器模塊和控制信號生成器模塊相連 接；計時器模塊與控制信號生成器模塊相連接，控制信號生成器模塊與地址生成器模塊相 連接；把ISP模塊嵌入到片上系統(tǒng)中，并與程序存儲器相連，實現(xiàn)片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀 寫。編程器通過SPI總線，采用“操作碼”、“操作碼+數(shù)據(jù)”、“操作碼+首地址”、“操作 碼+首地址+數(shù)據(jù)”四種二進制序列格式與ISP模塊進行通信，控制器模塊解析操作碼執(zhí)行 對應(yīng)的操作?！安僮鞔a”的二進制序列格式可以讀取狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)，實現(xiàn)程序存儲器數(shù)據(jù) 讀寫狀態(tài)的查詢；“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式可以對狀態(tài)寄存器寫入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)程 序存儲器的數(shù)據(jù)讀寫使能控制；“操作碼+首地址+數(shù)據(jù)“的二進制序列格式實現(xiàn)對程序存 儲器的數(shù)據(jù)燒寫；“操作碼+首地址”的二進制序列格式實現(xiàn)對程序存儲器的數(shù)據(jù)讀取。一種將上述ISP模塊用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法，步驟如下(1)用硬件描述語言編寫出ISP模塊，然后把ISP模塊嵌入到片上系統(tǒng)中，并與程 序存儲器相連；(2)通過SPI總線，把編程器與ISP模塊連接在一起；(3)編程器傳輸“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)狀態(tài)寄存器 的數(shù)據(jù)寫入，使能ISP模塊對程序存儲器進行數(shù)據(jù)燒寫；(4)編程器傳輸“操作碼+首地址+數(shù)據(jù)“的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)對 程序存儲器的數(shù)據(jù)燒寫；(5)編程器傳輸“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)狀態(tài)寄存器 的數(shù)據(jù)寫入，使能ISP模塊對程序存儲器進行數(shù)據(jù)讀??；(6)編程器傳輸“操作碼+首地址”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)對程序存儲 器的數(shù)據(jù)讀取，然后把讀取出來的數(shù)據(jù)與步驟(5)中燒寫進程序存儲器的數(shù)據(jù)進行對比， 完成數(shù)據(jù)的校驗。上述ISP是英文In-System Programming的縮寫，漢語意為在系統(tǒng)可編程。ISP模塊與編程器的通信是通過SPI模塊的SPI總線，實現(xiàn)的功能有實現(xiàn)對程序 存儲器數(shù)據(jù)讀寫狀態(tài)的查詢和數(shù)據(jù)讀寫使能的控制；實現(xiàn)對程序存儲器數(shù)據(jù)的燒寫；實現(xiàn) 對程序存儲器數(shù)據(jù)的讀取，進行數(shù)據(jù)燒寫后的校驗。下面介紹一下ISP模塊中各個子模塊 的功能。(I)SPI模塊實現(xiàn)二進制序列的串并轉(zhuǎn)換。SPI模塊通過SCK，MOSI，MIS0，SPIRST 四根信號線與外部的編程器進行交互。作為輸入，SPI接口在SCK上升沿的觸發(fā)下，把編程 器傳輸過來的二進制序列從MOSI讀入，轉(zhuǎn)換成并行二進制序列，并交付給控制器解析。作 為輸出，SPI接口把控制器交付過來的并行二進制序列轉(zhuǎn)換成串行二進制序列，并在SCK下 降沿觸發(fā)下從MISO輸出給編程器。編程器每發(fā)送一條操作碼之前，需要復(fù)位信號SPIRST 信號一個從高到低的電平變化。(2)控制器模塊ISP模塊的核心，控制著ISP模塊的工作時序。該模塊采用狀態(tài) 機方式設(shè)計?？刂破鞲鶕?jù)二進制序列中的操作碼進入到不同的工作狀態(tài)執(zhí)行對應(yīng)的操作。
(3)狀態(tài)寄存器模塊該模塊用于控制ISP模塊是否可以對程序存儲器進行數(shù)據(jù) 燒寫或數(shù)據(jù)讀取，同時編程器可以通過該模塊查尋ISP模塊處于寫數(shù)據(jù)或讀數(shù)據(jù)的狀態(tài)。(4)計時器模塊根據(jù)控制器模塊的使能信號，開啟關(guān)閉計時器，輔助控制信號生 成器產(chǎn)生控制信號的時間。(5)數(shù)據(jù)通路模塊提供讀寫程序存儲器數(shù)據(jù)的傳輸通路。(6)地址生成器模塊根據(jù)控制器提供的地址，產(chǎn)生讀/寫程序存儲器的首地址， 并完成地址自動加一，指向程序存儲器的下一個位置。(7)控制信號生成器模塊在控制器模塊的使能下，產(chǎn)生讀/寫程序存儲器的控制信號。本方法模塊結(jié)構(gòu)劃分清晰、實現(xiàn)簡單、可靠性高各個子模塊的硬件描述語言編寫 簡單，容易在不同的片上系統(tǒng)上移植。不同的程序存儲器，需要不同的控制信號和控制信號 時序，只需要修改計時器模塊和控制信號生成器模塊，產(chǎn)生對應(yīng)程序存儲器的讀寫控制信 號和控制信號時序，就可以實現(xiàn)對不同程序存儲器的讀寫。由于模塊是采用硬件描述語言 實現(xiàn)的，所以模塊適合于不同的集成電路制造工藝。本方法只需要編程器通過SPI總線就 可完成對片上系統(tǒng)編程，因此可以減少片上系統(tǒng)編程接口的IO管腳數(shù)量，同時不會對PCB 板的設(shè)計帶來多大的復(fù)雜度。另外，編程時，不需要從板上取下芯片，可以避免因此造成對 芯片損壞的可能性，同時本方法方便對片上系統(tǒng)的程序調(diào)試，可以縮短片上系統(tǒng)的開發(fā)周 期。


圖1為ISP模塊的結(jié)構(gòu)框圖。其中1、控制器模塊，2、SPI模塊，3、狀態(tài)寄存器模塊，4、計時器模塊，5、控制信號 生成器模塊，6、地址生成器模塊，7、數(shù)據(jù)通路模塊。圖2為用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法的程序框圖。其中(1)_(6)為其各 個步驟。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步說明，但不限于此。實施例1 一種ISP模塊，如圖1所示，包含控制器模塊1、狀態(tài)寄存器模塊3、SPI模塊2、數(shù) 據(jù)通路模塊7、計時器模塊4、地址生成器模塊6和控制信號生成器模塊5，其特征在于控制 器模塊1分別與SPI模塊2、狀態(tài)寄存器模塊3、數(shù)據(jù)通路模塊7、計時器模塊4、地址生成器 模塊6和控制信號生成器模塊5相連接；計時器模塊4與控制信號生成器模塊5相連接，控 制信號生成器模塊5與地址生成器6模塊相連接；把ISP模塊嵌入到片上系統(tǒng)中，并與程序 存儲器相連，實現(xiàn)片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫。實施例2 一種將上述ISP模塊用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法，如圖2所示，步驟如 下(1)用硬件描述語言編寫出ISP模塊，然后把ISP模塊嵌入到片上系統(tǒng)中，并與程
5序存儲器相連；(2)通過SPI總線，把編程器與ISP模塊連接在一起；(3)編程器傳輸“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)狀態(tài)寄存器 的數(shù)據(jù)寫入，使能ISP模塊對程序存儲器進行數(shù)據(jù)燒寫；(4)編程器傳輸“操作碼+首地址+數(shù)據(jù)“的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)對 程序存儲器的數(shù)據(jù)燒寫；(5)編程器傳輸“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)狀態(tài)寄存器 的數(shù)據(jù)寫入，使能ISP模塊對程序存儲器進行數(shù)據(jù)讀??；(6)編程器傳輸“操作碼+首地址”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)對程序存儲 器的數(shù)據(jù)讀取，然后把讀取出來的數(shù)據(jù)與步驟(5)中燒寫進程序存儲器的數(shù)據(jù)進行對比， 完成數(shù)據(jù)的校驗。
權(quán)利要求
一種ISP模塊，包含控制器模塊、狀態(tài)寄存器模塊、SPI模塊、數(shù)據(jù)通路模塊、計時器模塊、地址生成器模塊和控制信號生成器模塊，其特征在于控制器模塊分別與SPI模塊、狀態(tài)寄存器模塊、數(shù)據(jù)通路模塊、計時器模塊、地址生成器模塊和控制信號生成器模塊相連接；計時器模塊與控制信號生成器模塊相連接，控制信號生成器模塊與地址生成器模塊相連接；把ISP模塊嵌入到片上系統(tǒng)中，并與程序存儲器相連，實現(xiàn)片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫。
2.一種將權(quán)利要求1所述ISP模塊用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法，步驟如下(1)用硬件描述語言編寫出ISP模塊，然后把ISP模塊嵌入到片上系統(tǒng)中，并與程序存 儲器相連；(2)通過SPI總線，把編程器與ISP模塊連接在一起；(3)編程器傳輸“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)狀態(tài)寄存器的數(shù) 據(jù)寫入，使能ISP模塊對程序存儲器進行數(shù)據(jù)燒寫；(4)編程器傳輸“操作碼+首地址+數(shù)據(jù)“的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)對程序 存儲器的數(shù)據(jù)燒寫；(5)編程器傳輸“操作碼+數(shù)據(jù)”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)狀態(tài)寄存器的數(shù) 據(jù)寫入，使能ISP模塊對程序存儲器進行數(shù)據(jù)讀取；(6)編程器傳輸“操作碼+首地址”的二進制序列格式給ISP模塊，實現(xiàn)對程序存儲器 的數(shù)據(jù)讀取，然后把讀取出來的數(shù)據(jù)與步驟(5)中燒寫進程序存儲器的數(shù)據(jù)進行對比，完 成數(shù)據(jù)的校驗。
全文摘要
一種用于片上系統(tǒng)在線串行數(shù)據(jù)讀寫的方法，屬集成電路技術(shù)領(lǐng)域。用可綜合的硬件描述語言編寫出一個ISP模塊，嵌入帶有程序存儲器的片上系統(tǒng)中，實現(xiàn)對程序存儲器的在線串行數(shù)據(jù)讀寫。ISP模塊包含控制器模塊，狀態(tài)寄存器模塊，SPI模塊，數(shù)據(jù)通路模塊，計時器模塊，地址生成器模塊和控制信號生成器模塊?？刂破髂K與SPI模塊、狀態(tài)寄存器模塊、數(shù)據(jù)通路模塊、計時器模塊、地址生成器模塊和控制信號生成器模塊相連接，計時器模塊與控制信號生成器模塊相連接，控制信號生成器模塊與地址生成器模塊相連接。本方法模塊劃分清晰、實現(xiàn)簡單、可靠性高，易于在不同的片上系統(tǒng)中移植，便于片上系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試，縮短片上系統(tǒng)的開發(fā)周期。
文檔編號G06F13/16GK101980179SQ20101052192
公開日2011年2月23日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者仝紅紅, 周莉, 徐祥桐, 楊剛強, 苗全, 袁東風(fēng), 黃權(quán) 申請人:山東大學(xué)