CN107479918A - 一种可重构的mcu烧录的fpga模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可重构的MCU烧录的FPGA模型,所述模型包括两个部分,第一部分为FPGA设计,其主要核心技术点在于实现OTP/MTP/FLASH存储器的烧录特性、完成时钟与LDO电压基准的校准行为;第二部分为烧录转接小板的设计,其主要核心技术点在于配合FPGA对多样化MCU烧录接口、烧录电压进行兼容;本发明对FPGA进行灵活配置,完成MCU烧录的FPGA模型,实现了MCU烧录功能的验证,还可使用该模型实现多种型号目标芯片的灵活切换,并为烧录器自动化测试平台提供基础,使烧录器在单片FPGA上测试所有MCU烧录时序,并为实现多款型号烧录时序回归测试与遍历测试提供可能。
Description
技术领域
本发明属于芯片烧录技术领域,特别涉及应用于MCU烧录的FPGA模型。
背景技术
在众多国内IC设计原厂中,FPGA模型只用于MCU数字功能验证,缺少烧录模块的模型搭建,无法验证MCU烧录功能。不仅如此,在低成本MCU中,程序区多采用OTP类型的存储,其只能烧录1次的特性,使烧录器时序开发测试时需要频繁更换目标芯片。且在后续诸多型号MCU对烧录器时序进行升级时,各型号烧录接口不统一,造成测试过程中接线困难、无法自动测试与回归测试、无法一次性遍历型号测试等诸多问题。
如专利申请201510386056.X公开了一种快速可重构的MCU仿真方法,其特征在于该方法采用被动配置接口作为FPGA的配置模式,USB口作为上位机编译调试器与下位机仿真器主板的通信接口,FIFO总线接口作为上位机编译调试器与FPGA和配置控制器的总线复用接口,CPLD器件作为配置控制器,配置步骤包括:接收命令行参数、读取RBF文件版本、读取仿真器版本判断型号是否一致、版本是否一致。本发明通过对上位机配置方式等的改进,实现了快速重构,这样用户在使用IDE调试程序时,每次在打开IDE和切换型号的过程中,都不用等待仿真器设备就绪,有效的提高了用户的工作效率。然而该方法实现快速重构后,仍然存在后续诸多型号MCU对烧录器时序进行升级时,各型号烧录接口不统一,造成测试过程中接线困难、无法自动测试与回归测试、无法一次性遍历型号测试等诸多问题。
发明内容
基于此,因此本发明的首要目地是提供一种可重构的MCU烧录的FPGA模型,该模型可实现快速重构,支持烧录器自动化测试,具备OTP/MTP/FLASH等存储器特性和烧录模块时钟校准、LDO电压基准校准特性。
本发明的另一个目地在于提供一种可重构的MCU烧录的FPGA模型,该模型接口统一,以兼容多样化MCU烧录接口,具备可自检烧录结果的功能。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于所述模型包括两个部分,第一部分为FPGA设计,其主要核心技术点在于实现OTP/MTP/FLASH存储器的烧录特性、完成时钟与LDO电压基准的校准行为;第二部分为烧录转接小板的设计,其主要核心技术点在于配合FPGA对多样化MCU烧录接口、烧录电压进行兼容;其中,FPGA中,FPGA内嵌RAM IP作为MCU数据区与程序区,在ROM写信号PWE使能时,使用4个寄存器对PWE延时1-4个时钟周期,前两个时钟周期用于读取该地址地址的原始数据,后两个时钟周期则用于写入处理后的最终写入数据;MCU在烧录模式进行时钟校准时,通过配置不同的校准值,改变主时钟频率,将主时钟固定分频后输出给烧录器检测时钟频率,在校准过程中选择最接近理论频率时的校准值记录并写入;烧录转接小板包括有电阻分压网络、比较器、电阻限流电路、电平转换电路及DAC,烧录器的VPP接于电阻分压网络,电阻分压网络连接于比较器,比较器接于电阻限流电路,电阻限流电路接于FPGA,电平转换电路及DAC均接于烧录器和FPGA之间。
进一步,所述FPGA内嵌PLL产生电路所需时钟。FPGA内嵌PLL输出时钟精确,使用简单,且节省外部振荡电路。
进一步,所述FPGA内嵌RAM IP作为MCU数据区与程序区,并做IP接口处理,与存储器厂商提供的IP接口兼容,并实现OTP/MTP/FLASH等存储器的烧录特性模拟。
更进一步,写信号PWE使能后,驱动FPGA RAM IP读信号rom_rden,读取该地址原始数据rom_dout,再与将要写入的数据PDIN相与,最后将相与后数据PDIN_写入存储区。若原始数据为1时,相与后写入数据为PDIN数据;若原始数据为0,则写入数据始终为0,完成OTP只能写0不能写1的行为模拟。
进一步,在时钟校准模型中,采用DDS原理在烧录模块电路中分频时钟输出做频率控制,使时钟在一定频率范围内可调,以实现MCU时钟校准行为模拟。
进一步,增加LDO电压基准接口,使烧录转接小板上DAC在一定电压范围内输出电压可调,以实现LDO电压基准校准行为模拟。
进一步,电阻分压网络与比较器实现VPP模拟电压到数字的转换,在VPP大于8.0V时表示达到芯片烧录电压阈值,VPP_O输出1;在VPP小于8.0V时表示芯片未达到烧录电压阈值,VPP_O输出0。VPP_O(5V)、PCL(3.3V/5V)、VDD(3.3V/5V)三个信号后加入电阻限流电路,使其输出到FPGA电压均为3.3V,实现接口电压兼容。PDA则通过电平转换电路控制数据方向与电平的转换。DAC器件则完成指定范围电压输出,完成电压基础VS的校准模型。最后只要在FPGA设计时将所有型号MCU烧录相关引脚映射到同一FPGA引脚输出,通过烧录转接小板连接烧录器与FPGA,则每次重构MCU烧录模型时接口均统一。
FPGA需要外接烧录转接小板才能实现完整MCU烧录模型。烧录模型中,烧录转接小板主要完成烧录器与FPGA之间接口信号的转换、3.3V/5V电源的兼容、LDO电压基准的输出等。
进一步,时钟校准模型中,将校准值作为频率控制字,使用高频时钟作为累加器时钟,通过频率控制字的写入,输出可调的时钟,完成时钟校准模型的搭建。
进一步,LDO校准模型中,在烧录模式校准LDO时配置不同校准值,并输出LDO基准,烧录器通过检测LDO电压值,得到最接近理论电压时的校准值。
更进一步,FPGA需要在设计顶层做DAC接口,通过校准值控制DAC器件输出LDO电压值,供烧录器检测,实现LDO校准模型搭建。
进一步,烧录模型搭建中,增加烧录状态自检功能,以实现烧录状态的指示与烧录结果的检测。
更进一步,烧录结果的判断,需要烧录指定程序与数据。因此MCU的烧录文件需分为两部分,第一部分为程序区,在程序开始运行时给出状态指示,开始后读取数据区数据并判断是否与理论值一致,判断成功或失败后均给出状态指示;第二部分为数据区,对ROM写入固定数据,供第一部分程序读取并判断。在烧录完成后,对MCU模型重新上电,使MCU运行程序,FPGA烧录自检模块检测程序运行并输出驱动烧录转接小板LED指示结果。
本发明实现的可重构的MCU烧录的FPGA模型,利用快速重构技术与软硬件架构,可对FPGA进行灵活配置,完成MCU烧录的FPGA模型,不仅在IC前期设计中实现MCU烧录功能的验证,还可在后期烧录器时序设计与升级测试中,使用该模型实现多种型号目标芯片的灵活切换,并为烧录器自动化测试平台提供基础,使烧录器在单片FPGA上测试所有MCU烧录时序,并为实现多款型号烧录时序回归测试与遍历测试提供可能。
附图说明
图1是本发明所实施自动化测试平台的框架图。
图2是本发明所实施OTP烧录特性实现电路的电路图。
图3是本发明所实施频率可调的动态时钟输出的示意图。
图4是本发明所实施MCU待烧录程序流程图。
图5是本发明所实施FPGA烧录自检模块流程图。
图6是本发明所实施烧录转接小板电路框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1所示,为本发明所实现的可重构的MCU烧录的FPGA模型应用的结构框图,图1所示为上位机通过芯片模型API和烧录器API接口配置测试的目标芯片模型与测试用例,然后即可自动完成相关的烧录测试。
MCU烧录的FPGA模型分为两个部分,第一部分为FPGA设计,其主要核心技术点在于实现OTP/MTP/FLASH存储器的烧录特性、完成时钟与LDO电压基准的校准行为;第二部分为烧录转接小板的设计,其主要核心技术点在于配合FPGA对多样化MCU烧录接口、烧录电压进行兼容。
FPGA设计包括ROM模型设计、校准模型设计、烧录状态自检设计三个部分。
(1)ROM模型设计
MTP/FLASH类型存储器与FPGA RAM IP一致,均可重复烧录,因此做好接口处理后可直接进行等效替换。在OTP存储器中,其只能写0不能写1的特性,使得在做该类存储模型时需要做特殊处理实现其行为特性的模拟。
-OTP特性的ROM实现电路如图2所示。在ROM写信号PWE使能时,使用4个寄存器对PWE延时1-4个时钟周期,前两个时钟周期用于读取该地址地址的原始数据,后两个时钟周期则用于写入处理后的最终写入数据。写信号PWE使能后,驱动FPGA RAM IP读信号rom_rden,读取该地址原始数据rom_dout,再与将要写入的数据PDIN相与,最后将相与后数据PDIN_写入存储区。若原始数据为1时,相与后写入数据为PDIN数据;若原始数据为0,则写入数据始终为0,完成OTP只能写0不能写1的行为模拟。
(2)校准模型设计
时钟校准模型:MCU在烧录模式进行时钟校准时,通过配置不同的校准值,改变主时钟频率,将主时钟固定分频后输出给烧录器检测时钟频率,在校准过程中选择最接近理论频率时的校准值记录并写入。
在时钟校准模型设计中,采用DDS原理,将校准值作为频率控制字,使用高频时钟作为累加器时钟,通过频率控制字的写入,输出与理论频率偏差±20%范围内可调的时钟,完成时钟校准模型的搭建。如图3所示。
LDO校准模型设计:LDO校准模型设计与时钟校准类似,在烧录模式校准LDO时配置不同校准值,并输出LDO基准,烧录器通过检测LDO电压值,得到最接近理论电压时的校准值。
FPGA不能实现模拟电压输出,因此需要借助外部DAC器件实现电压输出,FPGA需要在设计顶层做DAC接口,通过校准值控制DAC器件输出与理论电压偏差±5%范围内可调的LDO电压值,供烧录器检测,实现LDO校准模型搭建。
(3)烧录状态自检设计
烧录模型搭建中,增加烧录状态自检功能,以实现烧录状态的指示与烧录结果的检测。MCU中烧录状态有相关信号指示,只需将信号因此输出到烧录转接小板驱动LED指示即可,本模块重点阐述烧录结果的检测。
烧录结果的判断,需要烧录指定程序与数据。因此MCU的烧录文件需分为两部分,第一部分为程序区,在程序开始运行时给出状态指示,开始后读取数据区数据并判断是否与理论值一致,判断成功或失败后均给出状态指示;第二部分为数据区,对ROM写入固定数据,供第一部分程序读取并判断。MCU待烧录程序流程图4所示。
在烧录完成后,对MCU模型重新上电,使MCU运行程序,FPGA烧录自检模块检测程序运行并输出驱动烧录转接小板LED指示结果,烧录自检模块流程图如图5所示。
(4)烧录转接小板设计
烧录器烧录接口信号主要有OTP烧录电压VPP(8.0V),芯片电源VDD(3.3V/5V),烧录时钟PCL(3.3V/5V),烧录数据PDA(3.3V/5V)与LDO校准使用的VS端口,烧录转接小板主要实现烧录器与FPGA之间的接口信号处理与电源兼容,实现电路框图如图6所示。
烧录转接小板包括有电阻分压网络、比较器、电阻限流电路、电平转换电路及DAC,烧录器的VPP接于电阻分压网络,电阻分压网络连接于比较器,比较器接于电阻限流电路,电阻限流电路接于FPGA,电平转换电路及DAC均接于烧录器和FPGA之间。
电阻分压网络与比较器实现VPP模拟电压到数字的转换,在VPP大于8.0V时表示达到芯片烧录电压阈值,VPP_O输出1;在VPP小于8.0V时表示芯片未达到烧录电压阈值,VPP_O输出0。VPP_O(5V)、PCL(3.3V/5V)、VDD(3.3V/5V)三个信号后加入电阻限流电路,使其输出到FPGA电压均为3.3V,实现接口电压兼容。PDA则通过电平转换电路控制数据方向与电平的转换。DAC器件则完成指定范围电压输出,完成电压基础VS的校准模型。最后只要在FPGA设计时将所有型号MCU烧录相关引脚映射到同一FPGA引脚输出,通过烧录转接小板连接烧录器与FPGA,则每次重构MCU烧录模型时接口均统一。
因此,本发明实现的可重构的MCU烧录的FPGA模型,利用快速重构技术与软硬件架构,可对FPGA进行灵活配置,完成MCU烧录的FPGA模型,不仅在IC前期设计中实现MCU烧录功能的验证,还可在后期烧录器时序设计与升级测试中,使用该模型实现多种型号目标芯片的灵活切换,并为烧录器自动化测试平台提供基础,使烧录器在单片FPGA上测试所有MCU烧录时序,并为实现多款型号烧录时序回归测试与遍历测试提供可能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于所述模型包括两个部分,第一部分为FPGA,实现OTP/MTP/FLASH存储器的烧录特性、完成时钟与LDO电压基准的校准行为;第二部分为烧录转接小板,配合FPGA对多样化MCU烧录接口、烧录电压进行兼容;其中,FPGA中,FPGA内嵌RAM IP作为MCU数据区与程序区,在ROM写信号PWE使能时,使用4个寄存器对PWE延时1-4个时钟周期,前两个时钟周期用于读取该地址地址的原始数据,后两个时钟周期则用于写入处理后的最终写入数据;MCU在烧录模式进行时钟校准时,通过配置不同的校准值,改变主时钟频率,将主时钟固定分频后输出给烧录器检测时钟频率,在校准过程中选择最接近理论频率时的校准值记录并写入;烧录转接小板包括有电阻分压网络、比较器、电阻限流电路、电平转换电路及DAC,烧录器的VPP接于电阻分压网络,电阻分压网络连接于比较器,比较器接于电阻限流电路,电阻限流电路接于FPGA,电平转换电路及DAC均接于烧录器和FPGA之间。
2.如权利要求1所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于所述FPGA内嵌PLL产生电路所需时钟。
3.如权利要求2所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于所述FPGA内嵌RAM IP作为MCU数据区与程序区,并做IP接口处理,与存储器厂商提供的IP接口兼容,并实现OTP/MTP/FLASH等存储器的烧录特性模拟。
4.如权利要求3所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于写信号PWE使能后,驱动FPGA RAM IP读信号rom_rden,读取该地址原始数据rom_dout,再与将要写入的数据PDIN相与,最后将相与后数据PDIN_写入存储区;若原始数据为1时,相与后写入数据为PDIN数据;若原始数据为0,则写入数据始终为0,完成OTP只能写0不能写1的行为模拟。
5.如权利要求1所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于在时钟校准模型中,采用DDS原理在烧录模块电路中分频时钟输出做频率控制,使时钟在一定频率范围内可调,以实现MCU时钟校准行为模拟。
6.如权利要求5所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于FPGA增加LDO电压基准接口,使烧录转接小板上DAC在一定电压范围内输出电压可调,以实现LDO电压基准校准行为模拟;FPGA需要在设计顶层做DAC接口,通过校准值控制DAC器件输出LDO电压值,供烧录器检测,实现LDO校准模型搭建。
7.如权利要求1所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于电阻分压网络与比较器实现VPP模拟电压到数字的转换,在VPP大于8.0V时表示达到芯片烧录电压阈值,VPP_O输出1;在VPP小于8.0V时表示芯片未达到烧录电压阈值,VPP_O输出0;VPP_O(5V)、PCL(3.3V/5V)、VDD(3.3V/5V)三个信号后加入电阻限流电路,使其输出到FPGA电压均为3.3V,实现接口电压兼容;PDA则通过电平转换电路控制数据方向与电平的转换;DAC器件则完成指定范围电压输出,完成电压基础VS的校准模型。
8.如权利要求5所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于时钟校准模型中,将校准值作为频率控制字,使用高频时钟作为累加器时钟,通过频率控制字的写入,输出可调的时钟,完成时钟校准模型的搭建。
9.如权利要求8所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于烧录模型搭建中,增加烧录状态自检功能,以实现烧录状态的指示与烧录结果的检测。
10.如权利要求9所述的可重构的MCU烧录的FPGA模型,其特征在于MCU的烧录文件需分为两部分,第一部分为程序区,在程序开始运行时给出状态指示,开始后读取数据区数据并判断是否与理论值一致,判断成功或失败后均给出状态指示;第二部分为数据区,对ROM写入固定数据,供第一部分程序读取并判断;在烧录完成后,对MCU模型重新上电,使MCU运行程序,FPGA烧录自检模块检测程序运行并输出驱动烧录转接小板LED指示结果。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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