CN112346757A - Cpld远程升级方法及系统 - Google Patents

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李星钢
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Shenzhen Pango Microsystems Co Ltd
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    • G06F8/65—Updates

Abstract

本发明提供了一种CPLD远程升级方法，所述方法应用于MCU模块和待升级CPLD，所述MCU模块通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信，所述方法包括：步骤S1、配置系统参数至所述CPLD；步骤S2、读取所述CPLD的系统参数，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述MCU模块；步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD。本发明通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信，读取CPLD的系统参数并写入所述MCU模块；以及读取所述MCU模块的应用数据流并写入所述CPLD。本发明通过MCU的GPIO模拟JTAG端口连接到CPLD，升级过程中使CPLD的GPIO状态保持在升级位流前的状态。

Description

CPLD远程升级方法及系统
【技术领域】
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种CPLD远程升级方法及系统。
【背景技术】
CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)作为一种用户可自行构造逻辑功能的大规模数字集成电路，广泛应用于工业控制、通信设备、消费电子等多个领域。而CPLD的固件版本往往并非一成不变的，当用户要求新增功能或者出现了一些bug(缺陷)时就需要进行CPLD升级。
为了适应通信设备可维护性的要求，CPLD的升级目前主要通过远程升级的方式；但是，在升级过程中大多数通信设备的应用场景需要CPLD的GPIO保持在升级前的状态，以防止升级后通信设备工作异常。一般升级方式只能进行位流升级，但在升级过程中CPLD的GPIO状态不能保持在升级位流前的状态，这就容易导致CPLD的GPIO状态异常，进而导致通信设备重启或工作异常。
【发明内容】
本发明的目的在于提供了一种GPIO保持升级位流前的状态的CPLD远程升级方法。
为达到上述目的，本发明提供一种CPLD远程升级方法，所述方法应用于MCU模块和待升级CPLD，所述MCU模块通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信，所述方法包括：
步骤S1、配置系统参数至所述CPLD；
步骤S2、读取所述CPLD的系统参数，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述MCU模块；
步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD。
优选的，所述步骤S1还包括备份黄金数据流至所述MCU模块的缓存空间。
优选的，所述步骤S1、配置系统参数至所述CPLD，包括：
S11、将黄金数据流写入所述CPLD；
S12、JTAG编程特征控制位并开启主自加载模式；
S13、复位并自黄金数据流开始运行；
S14、将当前系统参数写入所述CPLD的EFlash。
优选的，步骤S2之前还包括，步骤S20、判断是否触发升级，若是则执行步骤S2。
优选的，所述步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD，包括：
步骤S31、按页读取所述SPI FLASH中的应用数据流至所述MCU模块的缓存空间；
步骤S32、通过所述GPIO模拟JTAG端口将读取到所述缓存空间的应用数据流烧写到所述CPLD的CRAM；同时，所述CPLD进行边界扫描并通过ISC升级应用数据流。
优选的，所述方法还包括，
步骤S33、判断升级是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S4；
步骤S4、加载黄金数据流至所述CPLD的CRAM；判断双启动是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S3。
本发明还提供了一种CPLD远程升级系统，包括MCU模块和待升级的CPLD；所述MCU模块包括SPI FLASH、以及MCU；所述SPI FLASH用于存储应用数据流和黄金数据流；所述MCU包括SPI FLASH数据读取单元、GPIO模拟JTAG端口、以及缓存空间；所述MCU通过所述SPIFLASH数据读取单元与所述SPI FLASH通信，以读取存储的应用数据流和黄金数据流；所述MCU通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信；所述远程升级系统还包括，应用于所述远程升级系统的前述CPLD远程升级方法。
优选的，所述CPLD包括EFlash、CRAM；所述EFlash通过主自加载配置接口与所述CRAM连接。
本发明的有益效果在于：提供了一种CPLD远程升级方法，通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信，读取CPLD的系统参数并写入所述MCU模块；以及读取所述MCU模块的应用数据流并写入所述CPLD。本发明通过MCU的GPIO模拟JTAG端口连接到CPLD，升级过程中使CPLD的GPIO状态保持在升级位流前的状态。
【附图说明】
图1为本发明实施例CPLD远程升级方法的流程图；
图2为本发明实施例CPLD远程升级方法的步骤S3的流程图；
图3为本发明实施例CPLD远程升级系统的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
请一并参考图1和图2，本发明实施例提供一种CPLD远程升级方法，所述方法应用于MCU模块和待升级CPLD，所述MCU(微处理器)模块通过GPIO(General-Purpose I/O port，通用输入输出接口)模拟JTAG(Joint Test ActionGroup，联合测试工作组)端口与所述CPLD通信。本发明通过MCU的GPIO模拟JTAG端口连接到CPLD，在远程升级过程中使CPLD的GPIO状态保持在升级位流前的状态。
请一并参考图1，所述CPLD远程升级方法包括：
初始阶段
步骤S1、配置系统参数至所述CPLD。即，通过GPIO模拟JTAG端口将系统参数写入所述CPLD。
所述步骤S1中还包括，备份黄金数据流至所述MCU模块的缓存空间。所述备份黄金数据流至所述MCU模块的缓存空间，具体为，将预先存储在所述MCU模块SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)FLASH中的黄金数据流按页读取到所述MCU模块的缓存空间。
所述步骤S1、配置系统参数至所述CPLD，包括：
S11、将黄金数据流写入所述CPLD。通过GPIO模拟JTAG接口和JTAG编程主自加载数据流写入黄金数据流至所述CPLD的CRAM。
S12、JTAG编程特征控制位并开启主自加载模式。通过GPIO模拟JTAG接口和JTAG编程特征控制位并开启主自加载模式，所述特征控制位为(系统)参数。
S13、复位并自黄金数据流开始运行。通过GPIO模拟JTAG接口和JTAG RESET(复位)，所述CPLD从黄金数据流开始运行。
S14、将当前系统参数写入所述CPLD的EFlash。通过GPIO模拟JTAG接口和JTAG编程用户Flsah，写入系统参数至所述CPLD的EFlash(嵌入式闪存)。
触发阶段
步骤S2、读取所述CPLD的系统参数，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述MCU模块。所述MCU模块通过所述GPIO模拟JTAG端口读取配置在所述CPLD的系统参数，用于判断已升级的数据流版本以及其他系统参数。
优选的，步骤S2之前还包括，步骤S20判断是否触发升级，若是则执行步骤S2。其中，所述触发升级通过所述MCU模块的按键触发，当所述MCU模块的按键按下(触发升级)，则执行步骤S2；当所述MCU模块的按键未按下，未触发升级，循环检测直至按键按下执行步骤S2。
升级阶段
如图2所示，步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD。具体的，按页读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD。
所述步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD，包括：
步骤S31、按页读取所述SPI FLASH中的应用数据流至所述MCU模块的缓存空间。
步骤S32、通过所述GPIO模拟JTAG端口将读取到所述缓存空间的应用数据流烧写到所述CPLD的CRAM；同时，所述CPLD进行边界扫描并通过ISC升级应用数据流。
所述进行边界扫描并通过ISC升级应用数据流包括，通过JTAG编程边界扫描，互联测试确定IO口状态；通过JTAG编程进入ISC模式，写入ISC_ENABLE(ISC使能)指令锁定IO口；通过JTAG编程进入ISC配置，升级应用数据流(写入应用数据流)。在升级应用数据流之前还包括，进入Run Test Idel状态。
其中，所述边界扫描包括，通过JTAG编程写入SAMPLE(采样/预装)指令，读取当前IO口状态，写入当前IO口状态，写入EXTEST(外部测试)指令，进入Run Test Idel状态。
升级阶段还进一步包括步骤S33、判断升级是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S4。具体的，通过读状态寄存器判断升级是否成功；所述判断升级是否成功，为判断init_complete是否拉高，若拉高即升级成功。读状态寄存器即所述MCU读取CPLD的状态寄存器。
所述退出ISC模式、释放IO口包括，通过JTAG编程退出ISC模式，写入ISC_DISABLE指令释放IO口；通过JTAG编程写入EXTEST指令；通过JTAG编程写入IDCODE(标识)指令，完成在线升级。
当判断升级成功(通过CPLD的init_complete引脚拉高)，通过JTAG编程退出ISC模式，写入ISC_DISABLE指令释放IO口，进入Run Test Idel状态；通过JTAG编程写入EXTEST指令，进入Run Test Idel状态；通过JTAG编程写入IDCODE指令，进入Run Test Idel状态，完成在线升级。其中，Run Test Idel为JTAG的一个指令状态-等待测试状态。
双启动阶段
步骤S4、加载黄金数据流至所述CPLD的CRAM；判断双启动是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S3。具体的，通过读状态寄存器判断双启动是否成功，同样的，判断init_complete是否拉高。
所述步骤S4、加载黄金数据流至所述CPLD的CRAM，包括：
步骤S41、通过JTAG编程写入RESET(复位)指令，加载所述CPLD的EFlash中的黄金数据流至所述CRAM。所述EFlash中的黄金数据流，读取自所述MCU模块并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入。
步骤S42、通过JTAG编程发送CFGI(配置)指令，等待复位生效，复位生效后判断双启动是否成功。
本发明通过MCU的GPIO模拟JTAG端口连接到CPLD的JTAG专用管脚，利用JTAG端口配置CPLD工作在ISC模式下，升级过程中使CPLD的GPIO状态保持在升级位流前的状态。
请参考图3，本发明实施例提供一种CPLD远程升级系统，包括作为主控设备的MCU模块100和待升级的CPLD(CPLD芯片)210。
所述MCU模块100包括时钟复位110、SPI FLASH 120、以及作为配置控制器的MCU130。所述SPI FLASH 120用于存储应用数据流和黄金数据流。所述MCU 130包括SPI FLASH数据读取单元131、GPIO模拟JTAG端口132、以及缓存空间133。
所述MCU 130通过所述SPI FLASH数据读取单元131与所述SPI FLASH 120通信，以读取存储的应用数据流和黄金数据流。所述MCU 130通过GPIO模拟JTAG端口132与所述CPLD210通信，以实现对所述CPLD 210的升级控制。
所述CPLD 210设置在CPLD板卡(图中未示出)上。所述CPLD 210包括EFlash(嵌入式闪存)211、CRAM(配置随机存储器)212、以及SRAM(静态随机存储器)213。所述EF l ash211通过主自加载配置接口与所述CRAM 212连接。
本发明实施例中，所述MCU模块100即为MCU板卡。本发明利用MCU 130的GPIO模拟JTAG端口132并连接到CPLD 210的JTAG专用管脚，从而实现对CPLD 210的EFlash进行读/写控制。
本发明实施例的CPLD远程升级系统还包括应用于该系统的CPLD远程升级方法。所述CPLD远程升级方法包括：
初始阶段
步骤S1、配置系统参数至所述CPLD 210。即，通过GPIO模拟JTAG端口132将系统参数写入所述CPLD 210。
所述步骤S1中还包括，备份黄金数据流至所述MCU 130的缓存空间133。所述备份黄金数据流至所述MCU 130的缓存空间133，具体为，将预先存储在所述SPI FLASH 120中的黄金数据流通过SPI FLASH数据读取单元131按页读取到所述MCU 130的缓存空间133。
所述步骤S1、配置系统参数至所述CPLD 210，包括：
S11、将黄金数据流写入所述CPLD 210。通过GPIO模拟JTAG接口132和JTAG编程主自加载数据流写入黄金数据流至所述CPLD 210的CRAM 212。
S12、JTAG编程特征控制位并开启主自加载模式。通过GPIO模拟JTAG接口132和JTAG编程特征控制位并开启主自加载模式，所述特征控制位为(系统)参数。
S13、复位并自黄金数据流开始运行。通过GPIO模拟JTAG接口132和JTAG RESET(复位)，所述CPLD 210从黄金数据流开始运行。
S14、将当前系统参数写入所述CPLD 210的EFlash 211。通过GPIO模拟JTAG接口132和JTAG编程用户Flsah，写入系统参数至所述CPLD 210的EFlash211。
触发阶段
步骤S2、读取所述CPLD 210的系统参数，并通过所述GPIO模拟JTAG端口132写入所述MCU模块100。所述MCU模块100通过所述GPIO模拟JTAG端口132读取配置在所述CPLD 210的系统参数，用于判断已升级的数据流版本以及其他系统参数。
优选的，步骤S2之前还包括，步骤S20判断是否触发升级，若是则执行步骤S2。在远程升级系统运行中，所述触发升级通过所述MCU模块100的按键触发，当所述MCU模块100的按键按下(触发升级操作)，则执行步骤S2；当所述MCU模块100的按键未按下，未触发升级，循环检测直至按键按下执行步骤S2。
升级阶段
步骤S3、读取所述MCU模块100的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口132写入所述CPLD 210。具体的，按页读取所述MCU模块100的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口132写入所述CPLD 210。
所述步骤S3、读取所述MCU模块100的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口132写入所述CPLD 210，包括：
步骤S31、按页读取所述SPI FLASH 120中的应用数据流至所述MCU 130的缓存空间133。将预先存储在所述SPI FLASH 120中的应用数据流通过SPI FLASH数据读取单元131按页读取到所述MCU 130的缓存空间133。
步骤S32、通过所述GPIO模拟JTAG端口132将读取到所述缓存空间133的应用数据流烧写到所述CPLD 210的CRAM 212；同时，所述CPLD 210进行边界扫描并通过ISC升级应用数据流。
所述进行边界扫描并通过ISC升级应用数据流包括，通过JTAG编程边界扫描，互联测试确定IO口状态；通过JTAG编程进入ISC模式，写入ISC_ENABLE指令锁定IO口；通过JTAG编程进入ISC配置，升级应用数据流(写入应用数据流)。在升级应用数据流之前还包括，进入Run Test Idel状态。
其中，所述边界扫描包括，通过JTAG编程写入SAMPLE指令，读取当前IO口状态，写入当前IO口状态，写入EXTEST指令，进入Run Test Idel状态。
升级阶段还进一步包括步骤S33、判断升级是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S4。具体的，通过读状态寄存器判断升级是否成功；所述判断升级是否成功，为判断init_complete是否拉高，若拉高即升级成功。
所述退出ISC模式、释放IO口包括，通过JTAG编程退出ISC模式，写入ISC_DISABLE指令释放IO口；通过JTAG编程写入EXTEST指令；通过JTAG编程写入IDCODE指令，完成在线升级。
当判断升级成功(init_complete拉高)，通过JTAG编程退出ISC模式，写入ISC_DISABLE指令释放IO口，进入Run Test Idel状态；通过JTAG编程写入EXTEST指令，进入RunTest Idel状态；通过JTAG编程写入IDCODE指令，进入Run Test Idel状态，完成在线升级。
双启动阶段
步骤S4、加载黄金数据流至所述CPLD 210的CRAM 212；判断双启动是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S3。具体的，通过读状态寄存器判断双启动是否成功，同样的，判断init_complete是否拉高。
所述步骤S4、加载黄金数据流至所述CPLD 210的CRAM 212，包括：
步骤S41、通过JTAG编程写入RESET指令，加载所述EFlash 211中的黄金数据流至所述CRAM 212。所述EFlash 211中的黄金数据流，读取自所述MCU模块100并通过所述GPIO模拟JTAG端口132写入。
步骤S42、通过JTAG编程发送CFGI指令，等待复位生效，复位生效后判断双启动是否成功。
其中，应用数据流为待写入升级的数据流，黄金数据流为CPLD升级前的数据流。
本发明通过MCU的GPIO模拟JTAG端口连接到CPLD的JTAG专用管脚，利用JTAG端口配置CPLD工作在ISC模式下，升级过程中使CPLD的GPIO状态保持在升级位流前的状态。
本发明的远程升级系统，采用MCU作为配置控制器，通过MCU的GPIO模拟JTAG端口的方式，对CPLD进行寄存器的配置和读/写控制，可以自由搭建硬件系统，软件代码移植简单、可维护性强。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种CPLD远程升级方法，其特征在于，所述方法应用于MCU模块和待升级CPLD，所述MCU模块通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信，所述方法包括：
步骤S1、配置系统参数至所述CPLD；
步骤S2、读取所述CPLD的系统参数，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述MCU模块；
步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD。
2.根据权利要求1所述的CPLD远程升级方法，其特征在于，所述步骤S1还包括备份黄金数据流至所述MCU模块的缓存空间。
3.根据权利要求1所述的CPLD远程升级方法，其特征在于，所述步骤S1、配置系统参数至所述CPLD，包括：
S11、将黄金数据流写入所述CPLD；
S12、JTAG编程特征控制位并开启主自加载模式；
S13、复位并自黄金数据流开始运行；
S14、将当前系统参数写入所述CPLD的EFlash。
4.根据权利要求1所述的CPLD远程升级方法，其特征在于，步骤S2之前还包括，步骤S20、判断是否触发升级，若是则执行步骤S2。
5.根据权利要求2所述的CPLD远程升级方法，其特征在于，所述步骤S3、读取所述MCU模块的应用数据流，并通过所述GPIO模拟JTAG端口写入所述CPLD，包括：
步骤S31、按页读取所述SPI FLASH中的应用数据流至所述MCU模块的缓存空间；
步骤S32、通过所述GPIO模拟JTAG端口将读取到所述缓存空间的应用数据流烧写到所述CPLD的CRAM；同时，所述CPLD进行边界扫描并通过ISC升级应用数据流。
6.根据权利要求5所述的CPLD远程升级方法，其特征在于，所述方法还包括，
步骤S33、判断升级是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S4；
步骤S4、加载黄金数据流至所述CPLD的CRAM；判断双启动是否成功，若是则退出ISC模式、释放IO口；否则执行步骤S3。
7.一种CPLD远程升级系统，其特征在于，包括MCU模块和待升级的CPLD；
所述MCU模块包括SPI FLASH、以及MCU；所述SPI FLASH用于存储应用数据流和黄金数据流；所述MCU包括SPI FLASH数据读取单元、GPIO模拟JTAG端口、以及缓存空间；所述MCU通过所述SPI FLASH数据读取单元与所述SPI FLASH通信，以读取存储的应用数据流和黄金数据流；所述MCU通过GPIO模拟JTAG端口与所述CPLD通信；
所述远程升级系统还包括，应用于所述远程升级系统的权利要求1-6中任意权利要求中的CPLD远程升级方法。
8.根据权利要求7所述的CPLD远程升级系统，其特征在于，所述CPLD包括EFlash、CRAM；所述EFlash通过主自加载配置接口与所述CRAM连接。
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