2022-2023学年高二物理竞赛课件：电路在系统可编程技术和边界扫描技术

电路在系统可编程技术和边界扫描技术 电路在系统可编程技术和边界扫描技术 1) 在系统可编程技术 在系统可编程(In-System Programmabile, 简称ISP)技术是 20 世纪 80 年代末Lattice公司首先提出的一种先进的编程技术。 所谓“在系统编程”是指对器件、电路板或整个电子系统的逻辑功能可随时进行修改或重构。这种重构或修改可以在产品设计、制造过程中的每个环节，甚至在交付用户之后进行。支持ISP技术的可编程逻辑器件称为在系统可编程逻辑器件(ispPLD)。 ispPLD不需要使用编程器，只需要通过计算机接口和编程电缆，直接在目标系统或印刷线路板上进行编程。ispPLD可以先装配，后编程。因此ISP技术有利于提高系统的可靠性， 便于系统板的调试和维修。 第9章 存储器和可编程逻辑器件 设计输入 设计者将所设计的系统或电路以开发软件要求的某种形式表示出来，并送入计算机的过程称为设计输入。它通常有原理图输入、硬件描述语言输入和波形输入等多种方式。 原理图输入是一种最直接的输入方式，它大多数用于对系统或电路结构很熟悉的场合，但系统较大时，这种方法的相对输入效率较低。 硬件描述语言是用文本方式描述设计，它分为普通的硬件描述语言和行为描述语言。普通硬件描述语言有ABEL-HDL、 CUPL等，它们支持逻辑方程、真值表、状态机等逻辑表达方式。行为描述语言是指高层硬件描述语言VHDL和Verilog， 它们有许多突出的优点：如语言的公开可利用性，便于组织大规模系统的设计，具有很强的逻辑描述和仿真功能，而且输入效率高, 在不同的设计输入库之间转换也非常方便。 第9章 存储器和可编程逻辑器件 3) 设计处理 从设计输入完成以后到编程文件产生的整个编译，适配过程通常称为设计处理或设计实现。它是器件设计中的核心环节， 是由计算机自动完成的，设计者只能通过设置参数来控制其处理过程。在编译过程中，编译软件对设计输入文件进行逻辑化简、综合和优化，并适当地选用一个或多个器件自动进行适配和布局、布线，最后产生编程用的编程文件。  编程文件是可供器件编程使用的数据文件。对于阵列型PLD来说，是产生熔丝图文件即JEDEC(简称JED)文件，它是电子器件工程联合会制定的标准格式；对于FPGA来说，是生成位流数据文件(Bitstream Generation)。 第9章 存储器和可编程逻辑器件 4) 设计校验 设计校验过程包括功能仿真和时序仿真，这两项工作是在设计输入和设计处理过程中同时进行的。 功能仿真是在设计输入完成以后的逻辑功能检证，又称前仿真。它没有延时信息，对于初步功能检测非常方便。时序仿真在选择好器件并完成布局、 布线之后进行，又称后仿真或定时仿真。时序仿真可以用来分析系统中各部分的时序关系以及仿真设计性能。 第9章 存储器和可编程逻辑器件 1.2.3 字符代码 表 1-5 ASCII码 第9章 存储器和可编程逻辑器件 ASCII码采用七位二进制数编码，因此可以表示128个字符。从表中可见，数字0~9，相应用0110000~0111001来表示，B8通常用作奇偶检验位，但在机器中表示时，常使其为 0，因此0~9的ASCII码为 30H~39H，大写字母A~Z的ASCII码为41H~5AH等。 第9章 存储器和可编程逻辑器件 5) 器件编程 编程是指将编程数据放到具体的PLD中去。 对阵列型PLD来说，是将JED文件“下载(Down Load)”到PLD中去；对FPGA来说，是将位流数据文件“配置”到器件中去。 器件编程需要满足一定的条件，如编程电压、编程时序和编程算法等。普通的PLD和一次性编程的FPGA需要专用的编程器完成器件的编程工作。基于SRAM的FPGA可以由EPROM或微处理器进行配置。ISP在系统编程器件则不需要专门的编程器， 只要一根下载编程电缆就可以了。 第9章 存储器和可编程逻辑器件 ISP技术是一种串行编程技术，其编程接口非常简单。例如，Lattice公司的ispLSI、 ispGAL和ispGDS等ISP器件，它们只有五根信号线： 模式控制输入MODE、 串行数据输入SDI、 串行数据输出SDO、串行时钟输入SCLK和在系统编程使能输入ispEN。PC机可以通过这五根信号线完成编程数据传递和编程操作。其中编程使能信号ispEN=1时，ISP器件为正常工作状态；ispEN=0 时，所有IOC的输出