本發(fā)明屬于通信應用技術領域，涉及一種應用于反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)的通信方法，主要是針對反熔絲FPGA、反熔絲PROM等反熔絲器件的編程及測試平臺的軟硬件通信方法。

背景技術：

隨著計算機應用技術和軟硬件通信技術的飛速發(fā)展，各種通信協(xié)議成為連接上位機軟件和下位機硬件的重要橋梁。通信協(xié)議種類繁多，有網(wǎng)絡通信協(xié)議、串口通信協(xié)議等。各應用領域都推出多種通用型的標準通信協(xié)議，網(wǎng)絡協(xié)議如TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議、GPRS無線傳輸協(xié)議；串口通信協(xié)議如RS232協(xié)議、RS485協(xié)議、I2C協(xié)議、SPI協(xié)議、CAN總線協(xié)議等等。上位機軟件和下位機硬件之間可以通過這些通信協(xié)議規(guī)則傳遞信息，準確的傳輸數(shù)據(jù)。然而這些協(xié)議只提供傳輸數(shù)據(jù)的基本方法，并沒有命令和數(shù)據(jù)解析的完整解決方案。

反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)中上位機軟件和下位機硬件通信時，常常是一種流式的傳輸方式，如USB的傳輸，串口的傳輸。但是這些傳輸方式只提供一個傳輸?shù)耐ǖ?，并沒有提供設備間交互的功能，不能滿足我們對反熔絲器件編程及測試的需求。實際應用中，需要在傳輸層上構建應用層協(xié)議，實現(xiàn)反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)的軟硬件通信。對低復雜度應用系統(tǒng)而言，若采用通用的常規(guī)復雜通信協(xié)議，往往設計復雜、成本高、效率低。針對以上問題，有必要提出一種面向低復雜度應用系統(tǒng)的新的應用層協(xié)議。

本發(fā)明提供一種半定制型應用層通信協(xié)議及軟硬件通信方法。該應用層協(xié)議簡潔、可擴展性強、不受物理層通信協(xié)議限制，采用該協(xié)議的軟硬件通信應用系統(tǒng)設計簡單、資源耗費少、成本低、效率高，能實現(xiàn)以反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)為典型代表的低復雜度應用系統(tǒng)中上位機軟件和下位機硬件之間命令和數(shù)據(jù)的交互傳輸。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)的應用層通信協(xié)議及軟硬件通信方法，使得上位機軟件和下位機硬件實現(xiàn)功能交互，實現(xiàn)計算機對反熔絲器件的編程及測試。

本發(fā)明采用以下技術方案解決上述技術問題：

創(chuàng)建一種面向低復雜度應用系統(tǒng)的易于構建和解析、擴展性強的應用層通信協(xié)議結構。該協(xié)議結構被用于以反熔絲FPGA、反熔絲PROM為典型代表的反熔絲器件的編程及測試系統(tǒng)的軟硬件交互過程中。

本發(fā)明的反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)包括：待編程及測試器件、協(xié)議處理模塊、上位機軟件、下位機硬件。

該系統(tǒng)主要是完成對反熔絲FPGA、反熔絲PROM等反熔絲器件的編程及測試，下位機硬件通?？捎晌⒖刂破骰騀PGA實現(xiàn)。系統(tǒng)中上位機軟件向下位機硬件發(fā)送編程及測試命令，下位機硬件執(zhí)行對器件編程及測試的命令并返回編程及測試的結果。系統(tǒng)中上位機軟件和下位機硬件有各自的協(xié)議處理模塊，每幀通信協(xié)議在通信前應被定義，協(xié)議處理模塊完成對每幀協(xié)議的構建和解析。上位機通過協(xié)議處理模塊構建每一幀通信協(xié)議向下位機硬件發(fā)送編程及測試命令和數(shù)據(jù)；下位機硬件通過協(xié)議處理模塊解析收到的信息，得到編程及測試命令、對象編碼及數(shù)據(jù)，對器件進行編程及測試，并返回執(zhí)行結果。

本發(fā)明的應用層通信協(xié)議的傳輸幀構成有：協(xié)議頭、對象編碼、數(shù)據(jù)、協(xié)議尾。

協(xié)議頭意味著一幀的開頭，協(xié)議尾意味著一幀的結尾，協(xié)議頭和協(xié)議尾組合形成編程及測試命令、編程及測試的成功與否。協(xié)議頭和協(xié)議尾的組合具有多樣性，常規(guī)命令只需分析協(xié)議頭，自定義命令需同時分析協(xié)議頭和協(xié)議尾；對象編碼對應著編程及測試命令的不同對象和硬件參數(shù)，使得命令既可以同時被多個器件執(zhí)行，也可以只被一個器件執(zhí)行；數(shù)據(jù)為一幀信息的可選項，若命令中用到數(shù)據(jù)則在信息中添加數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)的校驗碼，只傳輸命令時無數(shù)據(jù)項。在編程及測試過程中反饋的數(shù)據(jù)長度不定，協(xié)議頭和協(xié)議尾確保通信過程中對數(shù)據(jù)區(qū)域的判斷，對象編碼確保正確的器件及硬件參數(shù)按照編程及測試命令執(zhí)行。

系統(tǒng)中上位軟件和下位機硬件按照本通信協(xié)議生成、傳輸并處理編程及測試命令、數(shù)據(jù)和執(zhí)行結果。包括如下步驟：

步驟一：統(tǒng)計不同的編程及測試命令，確定協(xié)議頭和協(xié)議尾位寬，為各種命令和編程及測試結果設置協(xié)議頭和協(xié)議尾；統(tǒng)計每種命令類型的器件執(zhí)行對象和硬件參數(shù)個數(shù)，確定對象編碼位寬，為每個對象和其參數(shù)設置對象編碼；設計上位機軟件和下位機硬件的協(xié)議處理模塊，用來構建和解析每一幀通信協(xié)議；

步驟二：根據(jù)不同的編程及測試命令，確定數(shù)據(jù)位寬，上位機軟件的通信協(xié)議處理模塊構建一幀信息發(fā)送到下位機硬件；

步驟三：下位機硬件接收到信息，下位機的通信協(xié)議處理模塊解析一幀信息，提取信息中的對象編碼、命令、數(shù)據(jù)；

步驟四：下位機硬件執(zhí)行編程及測試命令，對符合對象編碼的器件進行編程及測試。下位機的通信協(xié)議處理模塊根據(jù)編程及測試結果構建一幀信息發(fā)送到上位機；

步驟五：上位機軟件接收到信息，上位機軟件的通信協(xié)議處理模塊解析一幀信息，得到編程及測試結果；

步驟六：上位機軟件分析編程及測試結果，重復步驟二到步驟五。

本發(fā)明有以下特點：

結構簡單，易于自動構建和解析，實現(xiàn)了編程及測試系統(tǒng)設備間的命令交互，能夠針對正確的器件進行編程或測試，傳輸穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。易于實現(xiàn)，資源耗費少，成本低，滿足編程及測試系統(tǒng)的通信；

通用性強，對于新的命令不必修改協(xié)議格式，只需添加新命令(修改協(xié)議頭或協(xié)議尾)；不依賴于特定的物理層傳輸協(xié)議，對于新的器件及新參數(shù)不必修改物理層通信協(xié)議及物理層通信模塊，只需增加對象編碼；

擴展性好，協(xié)議不限定協(xié)議頭、協(xié)議尾、對象編碼、數(shù)據(jù)的位寬。當命令、器件增加時，根據(jù)需求設置合適的位寬用來滿足協(xié)議的構建，數(shù)據(jù)的校驗碼確保了任意長度數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。每種命令可以同時對多個器件對象編程及測試，也可以只針對一個器件對象。對已經(jīng)完成的協(xié)議處理模塊來說，只需增加命令定義，構建和解析流程不需要變化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實例或本發(fā)明技術中的技術方案，下面將對實例或本發(fā)明技術中所需要使用的附圖作簡單地介紹。下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的應用層通信協(xié)議的幀結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的應用層通信協(xié)議的幀示例示意圖。

圖3為反熔絲PROM器件編程及測試系統(tǒng)應用實例的通信幀示意圖。

圖4為反熔絲FPGA器件編程及測試系統(tǒng)應用實例的通信幀示意圖。

圖5為本發(fā)明的反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)的構成示意圖。

圖6為本發(fā)明的通信傳輸過程的示意圖。

圖7為反熔絲FPGA測試過程的示意圖。

圖8為反熔絲FPGA硬件編程過程的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實例中的附圖，對本發(fā)明實例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實例是本發(fā)明一部分實例，而不是全部的實例。基于本發(fā)明中的實例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明的應用層通信協(xié)議的幀結構示意圖。

本應用層通信協(xié)議為面向低復雜度應用系統(tǒng)的應用層協(xié)議，實現(xiàn)上位機軟件對反熔絲FPGA、反熔絲PROM等反熔絲器件的編程及測試。本通信協(xié)議為半定制的通信協(xié)議，可添加自定義命令、器件。本通信協(xié)議的一幀有如下幾個部分：

協(xié)議頭，協(xié)議尾：每一幀通信協(xié)議從協(xié)議頭開始，到協(xié)議尾結束，協(xié)議頭和協(xié)議尾共同組合形成編程及測試所需命令。協(xié)議頭和協(xié)議尾的位寬根據(jù)命令總數(shù)決定，由具有特殊意義的字符串組成。命令分為常用命令和自定義命令，常用命令為器件通用的命令，自定義命令為特定器件的專用命令；

對象編碼：用對象編碼分配不同的待編程及測試對象及硬件參數(shù)，使得下位機硬件可以正確的區(qū)分相同命令的不同硬件執(zhí)行對象及硬件參數(shù)。對象編碼的位寬根據(jù)硬件執(zhí)行對象和硬件參數(shù)個數(shù)決定，由多位十進制編碼組成。一幀協(xié)議中命令同時對多個器件編程及測試、同時修改多個硬件參數(shù)時，多個器件和參數(shù)共享同一對象編碼，這使得相同的硬件及硬件參數(shù)更容易的加入到編程及測試系統(tǒng)中；

數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)內(nèi)容為編程及測試所需數(shù)據(jù)及編程及測試的反饋數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度可變，結尾處為數(shù)據(jù)校驗碼，校驗的方式有常見的(CRC校驗、奇偶校驗等)和自定義校驗。若一幀協(xié)議只傳輸命令或只傳輸不包含數(shù)據(jù)的反饋結果時無數(shù)據(jù)內(nèi)容。

協(xié)議頭、協(xié)議尾、對象編碼需在編程及測試系統(tǒng)中協(xié)議模塊完成前確定，使得上位機軟件和下位機硬件可以通過協(xié)議處理模塊正確構建和解析每一幀通信協(xié)議，實現(xiàn)對器件的編程及測試。協(xié)議處理模塊根據(jù)編程及測試系統(tǒng)的傳輸過程中的需要自行添加數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中由協(xié)議尾確定數(shù)據(jù)的結束位置，計算校驗碼進行對比確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。

圖2為本發(fā)明的應用層通信協(xié)議的幀示例示意圖。

一幀協(xié)議中協(xié)議頭和協(xié)議尾的組合方式有如下幾種：

只有協(xié)議頭：這樣的一幀協(xié)議傳輸常用命令，多用來設置和檢查編程及測試系統(tǒng)的下位機硬件的狀態(tài)，由上位機軟件發(fā)送到下位機硬件；

只有協(xié)議尾：這樣的一幀協(xié)議多用來傳輸編程及測試的反饋結果，由下位機硬件發(fā)送到上位機軟件；

同時由協(xié)議頭和協(xié)議尾：這樣的一幀協(xié)議傳輸自定義命令，多用來設置編程及測試對象的參數(shù)和實現(xiàn)對器件的編程、測試，由上位機軟件發(fā)送到下位機硬件。

在反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)中幀的典型示例如下：

協(xié)議幀示例1：rb01；

協(xié)議功能：讀取對象編碼為‘01’的器件的多路編程電壓值；

協(xié)議分析：該協(xié)議只有協(xié)議頭，不包含數(shù)據(jù)，‘rb’為協(xié)議頭，‘01’為對象編碼。該協(xié)議由上位機軟件發(fā)送到下位機硬件，檢查器件的編程電壓狀態(tài)?！畆b’為常用命令，命令功能是對編程及測試器件的狀態(tài)進行測試。

協(xié)議幀示例2：00012k,5C～；

協(xié)議功能：器件中對象編碼為‘0001’的反熔絲經(jīng)過5次測試，平均阻值為2K；

協(xié)議分析：該協(xié)議只有協(xié)議尾，包含數(shù)據(jù)，‘～’為協(xié)議尾，‘0001’為對象編碼，‘2K，5’為數(shù)據(jù)，‘C’為數(shù)據(jù)自定義校驗碼。該協(xié)議由下位機硬件發(fā)送到上位機軟件，反饋一個反熔絲的編程結果?！癁槌Ｓ妹?，命令功能是反饋編程成功。

協(xié)議：#0002*…*f；

協(xié)議功能：對器件中對象編碼為‘0002’的反熔絲編程，編程位流數(shù)據(jù)為(*…*)，數(shù)據(jù)中包含CRC校驗碼；

協(xié)議分析：該協(xié)議包含協(xié)議頭和協(xié)議尾，包含數(shù)據(jù)，‘#’為協(xié)議頭，‘0002’為對象編碼，‘*…*’為數(shù)據(jù)和校驗碼，‘f’為協(xié)議尾。該協(xié)議由上位機軟件發(fā)送到下位機硬件，實現(xiàn)對器件的編程?！?f’為自定義命令，命令功能是根據(jù)編程位流數(shù)據(jù)對編程及測試器件編程。

圖3為反熔絲PROM器件編程及測試系統(tǒng)應用實例的通信幀示意圖。

反熔絲PROM器件編程及測試系統(tǒng)中共5條常用命令(此處列出3條)，9條自定義命令(此處列出5條)，15種存儲內(nèi)存類型。協(xié)議頭的位寬為2個字節(jié)，對象編碼的位寬為2個字節(jié)，數(shù)據(jù)的位寬根據(jù)具體情況自行改變，協(xié)議尾的位寬為1個字節(jié)。

3條常用命令如圖中所示：

讀取編程電壓：由協(xié)議頭‘rb’、對象編碼組成，該命令讀取不同類型的PROM的編程電壓；

設置編程電壓：由協(xié)議頭‘st’、對象編碼、數(shù)據(jù)組成，數(shù)據(jù)為待設置的編程電壓值，該命令設置不同類型的PROM的編程電壓；

信息反饋：由對象編碼、數(shù)據(jù)、協(xié)議尾‘～’或‘^’組成，數(shù)據(jù)為編程及測試過程數(shù)據(jù)，該命令反饋不同類型的PROM的編程及測試信息，當協(xié)議尾為‘～’時代表編程及測試成功，當協(xié)議尾為‘^’時代表編程及測試失敗。

5條自定義命令如圖中所示：

讀取芯片信息：由協(xié)議頭‘r’、對象編碼、協(xié)議尾‘x’組成，該命令讀取不同類型的PROM芯片信息；

PROM數(shù)據(jù)塊編程：由協(xié)議頭‘w’、對象編碼、數(shù)據(jù)、協(xié)議尾‘b’組成，數(shù)據(jù)為地址信息和待寫入數(shù)據(jù)，該命令向不同類型的PROM芯片地址塊中寫入數(shù)據(jù)；

PROM芯片查空：由協(xié)議頭‘c’、對象編碼、協(xié)議尾‘b’組成，該命令對不同類型的PROM芯片檢查是否未被寫入數(shù)據(jù)；

PROM數(shù)據(jù)塊讀?。河蓞f(xié)議頭‘r’、對象編碼、數(shù)據(jù)、協(xié)議尾‘b’組成，數(shù)據(jù)為地址信息，該命令從不同類型的PROM芯片地址塊中讀出數(shù)據(jù)；

PROM數(shù)據(jù)塊對比：由協(xié)議頭‘w’、對象編碼、數(shù)據(jù)、協(xié)議尾‘b’組成，數(shù)據(jù)為地址信息和待比較數(shù)據(jù)，該命令對不同類型的PROM芯片檢查地址塊中數(shù)據(jù)是否正確。

此處描述的實例是一部分實例，而不是全部的實例。根據(jù)需求增加新的協(xié)議頭、對象編碼、協(xié)議尾擴展協(xié)議，實現(xiàn)對不同型號的PROM器件的編程和各種測試。

圖4為反熔絲FPGA器件編程及測試系統(tǒng)應用實例的通信幀示意圖。

反熔絲FPGA器件編程及測試系統(tǒng)中共7條常用命令(此處列出3條)，20條自定義命令(此處列出9條)，8999個待編程反熔絲。由于自定義命令的增多及反熔絲數(shù)量大，協(xié)議頭和對象編碼位寬增加。協(xié)議頭的位寬為4個字節(jié)，對象編碼的位寬為4個字節(jié)，數(shù)據(jù)的位寬根據(jù)具體情況自行改變，協(xié)議尾的位寬為1個字節(jié)。

反熔絲FPGA器件編程及測試系統(tǒng)中常用命令和PROM器件編程及測試系統(tǒng)中常用命令功能相同，對象變?yōu)榉慈劢zFPGA硬件。自定義命令如圖中所示，實現(xiàn)對反熔絲FPGA芯片的查空測試、編程、讀取芯片ID測試、binning測試、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)回讀測試、數(shù)據(jù)按位對比測試、寄存器鏈測試、反熔絲狀態(tài)測試。

此處描述的實例是一部分實例，而不是全部的實例。根據(jù)需求增加新的協(xié)議頭、對象編碼、協(xié)議尾擴展協(xié)議，實現(xiàn)對不同型號的FPGA器件的編程和各種測試。

圖5為本發(fā)明的反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)的構成示意圖。

本編程及測試系統(tǒng)中設備通過物理層通信協(xié)議接收和發(fā)送信息，上位機軟件和下位機硬件有各自協(xié)議處理模塊負責應用層通信協(xié)議的構建和解析。本應用層通信協(xié)議不依賴于物理層通信協(xié)議，系統(tǒng)中設備可通過串口協(xié)議、I2C協(xié)議、SPI協(xié)議、CAN總線協(xié)議、USB協(xié)議等物理層通信協(xié)議傳輸每一幀信息。

該系統(tǒng)主要是完成對反熔絲FPGA、反熔絲PROM等反熔絲器件的編程及測試，為低復雜度的應用系統(tǒng)，有如下幾個部分組成：

待編程及測試器件：多為反熔絲FPGA、反熔絲PROM等反熔絲器件，用戶通過對其編程實現(xiàn)邏輯或存儲數(shù)據(jù)，并對其進行編程前測試、編程測試、編程后測試；

上位機軟件：軟件界面是用戶與硬件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交流的窗口。上位機軟件實現(xiàn)向下位機硬件發(fā)送編程及測試命令、數(shù)據(jù)，編程及測試過程的控制和顯示；

下位機硬件：下位機硬件從上位機接收到編程及測試命令、數(shù)據(jù)，并把它們轉換為相應的時序信號直接控制待編程及測試器件，實現(xiàn)對器件的編程及測試；

協(xié)議處理模塊：上位機軟件和下位機硬件的通信由各自的協(xié)議處理模塊實現(xiàn)，協(xié)議處理模塊完成對每個通信幀的構建和解析。

圖6為本發(fā)明的通信傳輸過程的示意圖。

在本反熔絲器件編程及測試系統(tǒng)中，首先統(tǒng)計命令類型，為每種命令類型設置協(xié)議頭、協(xié)議尾及數(shù)據(jù)；然后統(tǒng)計每種命令類型的器件執(zhí)行對象和硬件參數(shù)，設置每一命令類型的對象編碼；最后編寫上位機軟件和下位機硬件的協(xié)議處理模塊，完成系統(tǒng)通信框架的搭建。

系統(tǒng)通信框架搭建完成后，開始設備之間的通信傳輸：

上位機軟件根據(jù)傳輸?shù)木幊碳皽y試命令、數(shù)據(jù)和對象編碼構建一幀信息，發(fā)送到下位機硬件；

下位機硬件從接收到的幀信息中解析得到編程及測試命令、數(shù)據(jù)和對象編碼，對符合對象編碼的器件進行編程或測試。下位機硬件根據(jù)編程及測試的反饋結果構建一幀信息發(fā)送到上位機軟件；

上位機軟件從接收到的幀信息中解析得到編程及測試結果，并顯示在軟件界面；

上位機軟件對編程及測試結果分析處理完成后，再進行后續(xù)的編程、測試過程。

圖7為反熔絲FPGA測試過程的示意圖。

執(zhí)行步驟一：上位機軟件的協(xié)議處理模塊構建一幀信息“rb0001”發(fā)送到下位機硬件；

執(zhí)行步驟二：下位機硬件接收到幀信息，經(jīng)協(xié)議處理模塊解析，得到讀取反熔絲FPGA的編程電壓的命令；

執(zhí)行步驟三：下位機硬件讀取反熔絲FPGA的編程電壓，經(jīng)通信協(xié)議處理模塊構建一幀信息“VPP：5～”發(fā)送到上位機軟件；

執(zhí)行步驟四：上位機軟件接收到信息，經(jīng)協(xié)議處理模塊解析，得到當前反熔絲的編程電壓VPP為5V。

圖8為反熔絲FPGA硬件編程過程的示意圖。

執(zhí)行步驟一：上位機軟件發(fā)送“#0001*…*f”到下位機硬件，‘*…*’為數(shù)據(jù)和校驗碼；

執(zhí)行步驟二：下位機硬件解析信息并檢查數(shù)據(jù)校驗正確，經(jīng)協(xié)議處理模塊解析，得到向反熔絲FPGA中‘0001’反熔絲編程的命令；

執(zhí)行步驟三：下位機硬件根據(jù)編程數(shù)據(jù)對反熔絲FPGA編程，若編程成功發(fā)送“00012k,5C～”到上位機軟件，若編程失敗發(fā)送“000110k,100X^”到上位機軟件；

執(zhí)行步驟四：上位機軟件解析信息，當編程成功時得到‘0001’反熔絲經(jīng)過5次測試平均阻值為2k，當編程失敗時得到‘0001’反熔絲經(jīng)過100次測試阻值為10k。

執(zhí)行步驟五：若編程失敗上位機軟件重新發(fā)送‘0001’反熔絲的編程命令，否則上位機軟件發(fā)送下一個反熔絲的編程命令。

最后應說明的是：以上實例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實例技術方案的精神和范圍。