CN108287514A - 一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，所述编程器包括编程器主体和芯片编程制具，其中，所述芯片编程制具包括一个或多个编程功能模块，所述编程功能模块包括一个编程插座或夹具和一个LED，所述编程插座或夹具用来放置芯片；所述芯片编程制具的底部有插针；所述芯片编程制具通过插针和所述编程器主体相连接。本发明的有益效果为，芯片编程速度大大提高，特别对于大容量的芯片；可同时编程一个或多个同种型号的芯片；由于内部只采用一个嵌入式控制器，成本大大降低；可根据实际工艺灵活配置，由于编程器主体和编程制具分开，可以根据实际工艺需求灵活更换编程制具，不同的编程制具可以适用于不同的芯片类型。

Description

一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器

技术领域

本发明涉及编程器设技术领域，特别是涉及一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器。

背景技术

芯片烧录是通过芯片特定的编程接口(如JTAG，USB，I2C等等)和芯片固有的编程协议，将程序固件(firmware)或数据(configuration data)可以被固化到电子产品的非易失性存储器(如FLASH，EEPROM等等)中去。通过芯片烧录，电子产品才能按照程序预定的逻辑进行运转，因此芯片烧录是电子产品生产工艺中非常重要的一环。在电子产品生产中，非常重要的一个指标是产能(Production capacity)。所谓的产能就是在单位时间内生产的产品的数量，它由生产工艺各个环节的时间决定。因此作为电子产品中非常重要的一环，芯片烧录时间(特别是大容量芯片的烧录时间)直接影响着电子产品的产能。综上所述，提高芯片烧录速度，降低芯片烧录时间具有非常重要的意义。

用于芯片烧录的设备称为编程器。最早一代的编程器，只能烧录一个芯片，并且支持的芯片种类有限，同时价格非常高昂；在新一代的编程器中，可以同时烧录多个芯片，但是由于编程底座和编程器是一体的，因此支持的芯片种类依然有限，对于芯片的编程速度，特别是大存储容量的芯片的编程速度依然是不太理想，同时编程器的价格依然昂贵。针对此类产品进行分析，发现内部均由几个控制器组成，每个控制器负责一个芯片的烧录，有的产品在控制器与芯片编程底座之间还采用可编程器件(如CPLD,FPGA)。这都是造成产品成本高，从而导致价格高昂的原因。

通过分析现有产品，发现大存储容量的芯片的编程速度不理想的原因有两个。

第一个原因是对于各种型号的芯片，编程的时钟频率是一样的，并且是一个比较低的频率，这点通过示波器捕捉编程器输出的时钟信号可以确定。但是通过仔细研究各个芯片的手册，发现其编程读写周期范围是不一样的。举个例子，对于24C01芯片，通过下表我们可以看到，当供电电压为1.8～2.5V时，芯片所能承受的最高编程时钟频率是100KHz，当供电电压为4.5～5.5V时，芯片所能承受的最高编程时钟频率是400KHz；而对于24C512芯片，我们可以看到，当供电电压为1.7V时，芯片所能承受的最高编程时钟频率是400KHz，当供电电压为2.5～5.0V时，芯片所能承受的最高编程时钟频率是1000KHz。通过研究各个芯片手册我们可以得出结论，在一个系列里面的芯片，越高端的型号，它所能承受的极限编程速度就越高。这也是为什么当前的产品采用一个比较低的编程时钟频率的原因，那是为了要兼容那些低端的型号。但是这么做，付出的代价就是对高端的芯片进行编程时，并没有充分利用其编程的性能，从而导致花费的时间太长。通过上述描述我们不难看出，即使编程器以400KHz的频率进行编程，对于24C512依然还有很大的提升空间(2.5倍的速度)。上述的对比只是一个缩影，实际上对于其他不同种类的芯片(比如采用SPI接口或者串口的芯片)，都有存在类似的差异性。如果没有找出对于各个芯片最佳的编程参数(电压，频率等等)，就无法充分挖掘其编程方面的性能，从而花费过多的时间。

表1 24C01读写周期范围表

表2 24C512读写周期范围表

第二个原因是由芯片编程的流程决定，导致了在编程过程中出现了大量无意义的等待时间。对于芯片的编程，特别是大容量的芯片，往往采用页(PAGE) 或者块(BLOCK)的形式来进行的。以24C512为例，它的容量为512K字节，每次可以写一页，该页大小为128字节。通过图1可以得知，每写完128字节，必须等待10毫秒(tWR)，让芯片完成写操作，方可进行下一页的编程。那么整个24C512编程所需要的等待时间为10毫秒x(512x 1024)/128＝40960毫秒，也就是40.96秒。现有的产品为了提高速度，采取了多个嵌入式控制器，每个控制器和芯片一对一编程的方式。但是这种方式依然无法规避这个问题，因为每个嵌入式控制对芯片每写完一页，就必须等待10毫秒。

发明内容

本发明根据上述现有产品的不足，结合在电子产品生产线专用编程器的研发经验，以及现有产品在生产线现场的使用反馈，提出了一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，所述编程器包括编程器主体和芯片编程制具，

其中，所述芯片编程制具包括一个或多个编程功能模块，所述编程功能模块包括一个编程插座或夹具和一个LED，所述编程插座或夹具用来放置芯片，所述LED灯用来指示芯片编程的结果；所述芯片编程制具的底部有插针，各个功能模块所需的信号都连接到插针上；所述芯片编程制具通过插针和所述编程器主体相连接；

所述编程器主体包括外壳和内部结构，所述外壳上设置有电源指示灯、通讯接口和芯片编程启动/停止按钮，

所述内部结构包括嵌入式控制器、芯片编程信号转换电路和信号插座。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，

1、芯片编程速度大大提高，特别对于大容量的芯片；

2、可同时编程一个或多个同种型号的芯片；

3、由于内部只采用一个嵌入式控制器，成本大大降低；

4、可根据实际工艺灵活配置，由于编程器主体和编程制具分开，可以根据实际工艺需求灵活更换编程制具，不同的编程制具可以适用于不同的芯片类型。

附图说明

图1所示为现有技术中24C512写周期时序图；

图2所示为本申请的编程器的外观示意图；

图3所示为本申请中的芯片编程制具的正面示意图；

图4所示为本申请中的芯片编程制具的背面示意图；

图5所示为本申请中的芯片编程制具的侧面示意图；

图6所示为本申请中的编程器主体内部结构示意图；

图7所示为本申请中芯片编程整体流程图；

图8所示为本申请中单个芯片编程流程图；

图9所示为本申请中多个芯片编程流程图(时间片轮转法)；

图10所示为本申请中使用的时间片轮转法示意图；

图11所示为本申请中嵌入式控制器的电路原理图；

图12所示为本申请中芯片烧录信号转换电路第一原理图；

图13所示为本申请中芯片烧录信号转换电路第二原理图；

图14所示为本申请中电源模块电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明结合在电子产品生产线专用编程器的研发经验，以及现有产品在生产线现场的使用反馈，研发设计了一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器的设计方案。该方案可以使得编程器的芯片编程速度大大提高，同时可以支持多种芯片型号的编程，在同一批次编程数量灵活可变。例如第一批次，编程的是I2C接口的相同的某种型号的芯片，数量可以支持从一个到多个芯片的同时烧录；第二批次，编程的是SPI接口的另一种型号的相同的芯片，即可对一个芯片进行单独烧录，也可对多个芯片进行同时烧录。

本发明实施例中的编程器包括编程器主体(下半部)和芯片编程制具(上半部)，如图2所示。

其中，芯片编程制具(上半部)：主要由一个或多个编程功能模块组成，每个编程功能模块由一个编程插座或夹具和一个LED灯组成，编程插座和夹具用来放置芯片，LED灯用来指示芯片编程的结果，如图3所示，芯片编程制具的底部有插针，各个功能模块所需的信号都连接到插针上，制具通过插针和编程器主体相连接，如图4、5所示；根据不同的工艺要求(芯片型号、芯片个数) 可以更换不同的制具。

编程器主体(下半部)：主要由外壳和内部结构组成。

外壳：主要由电源指示灯，通讯接口(USB、串口、以太网口)和芯片编程启动/停止按钮组成，如图2所示。

内部结构：主要由嵌入式控制器、芯片编程信号转换电路和信号插座组成，如图6所示。

嵌入式控制器:通过通讯接口获取芯片的品牌和型号，根据存储在自身的专家知识库，生成一套最佳的编程方案。

编程方案包括编程参数和编程方法。从存储在自身的专家知识库中读取该芯片型号的所有编程参数，编程参数包括但不限于编程接口、编程电压、芯片的存储容量，最小/大编程单位，芯片可承受的编程信号的频率范围、信号高低电平最小保持时间、编程等待时间，校验方式等等；编程方法包括该芯片支持的操作，如整体擦除、页擦除、读单个字节、读多个字节、写单个字节、按页写等等。编程器根据待编程的芯片个数(单个或者多个)来选择编程逻辑，如图7所示，并将相关的信号(如供电电源、地、编程数据信号、编程时钟信号等等)输出至芯片烧录信号转换电路。存储在嵌入式控制器的专家知识库可以通过通讯接口进行更新，以适用于新出现的芯片型号。

其中嵌入式控制器的电路原理图如图11所示。

需要说明的是，本发明针对单个芯片的编程，采用常规的编程方式，如图8 所示；针对多个芯片的编程，采用时间片轮转法来缩短编程时间，如图9所示。具体的做法为：嵌入式控制器输出信号，控制切换电路连接到编程制具上的第一个编程功能模块，并进行第一页(page)的编程，当第一页编程结束后，在进行编程等待的时候(tWR)控制切换电路连接到编程制具上的第二个编程功能模块并进行第一页(page)的编程。当完成最后一个编程功能模块第一页的编程后，又切换到第一个功能模块进行第二页的编程。该操作一直持续到最后一个功能模块的最后一页编程结束，流程图详见图9，7.嵌入式控制器根据每个芯片的编程结果(成功或失败)，输出信号至制具上的各个LED灯，如果编程成功则显示绿色，编程失败则显示红色。通过这种方式，在等待上一个功能模块的10 毫秒编程等待时间结束的时候，并行在进行下一个功能模块的编程工作，实际上10毫秒并没有被浪费掉，大大提高了编程效率。以同时对4个24C512芯片编程为例，采用4个嵌入式控制器进行一对一编程，每个芯片需要花费的时间约为10秒(时钟频率为400KHz)，编程等待时间40.96秒，因此总时间为10+40.96 秒＝50.96秒。而采用时间片轮转法，通过一个嵌入式控制器对4个芯片进行编程的话，因为编程等待时间并没有被浪费，因此总时间为4x 10秒＝40秒。

芯片编程信号转换电路：将嵌入式控制器输出的芯片编程相关信号发送至编程制具上的任意一个芯片编程功能块，同时将嵌入式控制器输出控制各个芯片编程功能块上的LED灯信号发送至各个芯片编程功能块。同时对多个芯片进行编程的时候，由嵌入式控制器输出信号，通过该信号转换电路，将相关的编程信号依次切换到各个芯片编程功能块。

其中，芯片编程信号转换电路的原理图如图12所示，电路以5个CD4501 (8通道多路转换器)为基础，其中3个CD4501分别将来自单片机的IO信号 (模拟芯片编程的DAT和CLK时序)、GND信号按照要求切换到8个芯片夹具的任意一个。另外用两个CD4501来实现不同电压值的VCC到8个芯片夹具任意一个的切换，其中VCC信号支持1.8V/2.7V/3V/3.3V/5V的切换，以满足不同芯片对不同编程电压的需求。

电源模块：电源模块除了给嵌入式控制器供电以外，还负责转换不同电压值的编程电压到芯片编程夹具。

电路原理图如图13所示。当其中一个跳线DIP短接时，则输出相应的电压，如DIP1短接时，输出3V，DIP2短接时，输出2.7V；若要输出5V和3.3V电压，则DIP1/DIP2/DIP3都不接，由CD4501的控制端ABC直接选通。短接的跳线已经集成在芯片编程制具(上半部)，比如该型号芯片的最佳编程电压为3V，则在该芯片编程制具上已经集成了短接跳线，编程制具与下半部连接，则DIP1导通，电源模块输出3V电压。

电源指示灯：一个电源指示灯用来指示编程器供电状态，通电为红色或绿色常亮，反之为灭。

芯片编程启动/停止按钮：启动/停止编程动作。在初始状态下，按下按键嵌入式控制器开始对芯片进行编程；在编程状态下，按下按键嵌入式控制器停止对芯片进行编程。

信号插座：用来连接主体和编程制具。

通讯接口：编程器通过通讯接口接收待编程至芯片的固件；编程器通过通讯接口或编程开始/停止按钮启动芯片编程；USB，串口，以太网口。USB为该编程器的供电口，同时编程器可以通过USB、串口和以太网口接收芯片信息、待写入芯片的固件、开始\停止编程的指令；发送编程成功或者失败的反馈。

本发明专利具有的优点和积极效果是：

1、芯片编程速度大大提高，特别对于大容量的芯片；

2、可同时编程一个或多个同种型号的芯片；

3、由于内部只采用一个嵌入式控制器，成本大大降低；

4、可根据实际工艺灵活配置，由于编程器主体和编程制具分开，可以根据实际工艺需求灵活更换编程制具，不同的编程制具可以适用于不同的芯片类型。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述编程器包括编程器主体和芯片编程制具，

其中，所述芯片编程制具包括一个或多个编程功能模块，所述编程功能模块包括一个编程插座或夹具和一个LED，所述编程插座或夹具用来放置芯片，所述LED灯用来指示芯片编程的结果；所述芯片编程制具的底部有插针，各个功能模块所需的信号都连接到插针上；所述芯片编程制具通过插针和所述编程器主体相连接；

所述编程器主体包括外壳和内部结构，所述外壳上设置有电源指示灯、通讯接口和芯片编程启动/停止按钮，

所述内部结构包括嵌入式控制器、芯片编程信号转换电路和信号插座。

2.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述嵌入式控制器用于通过通讯接口获取芯片的品牌和型号，根据存储在自身的专家知识库，生成一套最佳的编程方案。

3.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述嵌入式控制器为1个。

4.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述芯片编程信号转换电路用于将嵌入式控制器输出的芯片编程相关信号发送至编程制具上的任意一个芯片编程功能块，同时将嵌入式控制器输出控制各个芯片编程功能块上的LED灯信号发送至各个芯片编程功能块。

5.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述电源模块用于为嵌入式控制器供电，还用于转换不同电压值的编程电压到芯片编程夹具。

6.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述指示灯用于电源指示灯，通电为红色常亮，反之为灭。

7.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述芯片编程启动/停止按钮用于启动/停止编程动；在初始状态下，按下按键嵌入式控制器开始对芯片进行编程；在编程状态下，按下按键嵌入式控制器停止对芯片进行编程。

8.根据权利要求1所述的基于专家系统和时间片轮转法的高速量产编程器，其特征在于，所述通讯接口包括USB、串口以及以太网口，所述USB用于编程器的供电口，另外，所述USB、串口和以太网口用于编程器接收芯片信息、待写入芯片的固件、开始\停止编程的指令，发送编程成功或者失败的反馈。