利用互联网的远程在系统编程

    摘要：介绍了利用互联网技术及其TCP/IP协议研制开发的远程在系统编程工具。使用该工具可对用PLD器件设计的电子系统、设备、消费产品进行远程监控、调试或升级。该工具可供电子产品的研制生产使用，也可供开设远程数字逻辑电路课程、数字系统设计课程的学校使用。

    关键词：PLD 远程isp 互联网 TCP/IP

1 问题的提出

自二十世纪80年代以来，可编程逻辑器件（PLD）技术发展非常迅速。由于PLD是作为一种通用器件生产的，而它的逻辑功能是由用户通过对器件编程实现的，随着PLD的集成度越来越高，速度越来越快，设计越来越方便灵活，因而日益成为专用集成电路ASIC设计的主流方法。特别是二十世纪90年代新一代在系统编程技术isp的推出，取消了专用编程设备，器件本身也不必从系统电路板上取下，便可以使用硬件描述语言和电路图方法在系统内编程。这一创举使现代电子系统设计的方法前进了一大步，设计周期大大缩短，效率大为提高，并且十分有利于产品的升级和更新换代。

一个数字系统的自动设计流程，可以分为四个阶段。首先是对系统的功能进行，利用原理图或硬件描述语言表达设计者的意图；第二是步利4用仿真工具对设计者的想法进行测试仿真，以便发现设计中的缺陷和错误；第三步是将前两步生成的文件进行编译并和具体器件相适配，生成具体芯片的融丝图文件；最后一步就是将融丝图文件通过编程电缆下载到包含有PLD的设备中，从而实现一个物理的数字系统，如图1（a）所示。在这中个阶段中，前三步都可对在计算机上使用不同软件工具实现，而最后一步必须和具体的设备进行连接，这这意味着需要设计者新临现场操作。设想如果产品发往外地，或是远涉重洋出口海外，就需要生成一个庞大的全球性售后服务网络对产品跟踪或更新，这对中小企业来说根本不可想象。如何解决这个问题呢？我们想到了无所不能的互联网。既然中小企业的原材料供应、成品销售等可以受益于互联网，那么他们的技术性有服务为什么不可以通过互联网进行呢? 为此，我们利用互联网及其TCP/IP协议开发研制了一个远程在系统编程工具，使工程技术人员足不出户就可以对他们利用PLD研制生产的远在千里之外的电子系统、电子设备进行升级和维护，如图1（b）所示。

2 系统结构

本工具采用了客户服务器模式，由两个部分组成。一个在用户计算机上执行，称之为用户端；另一个在设计者计算机上运行，称之为设计端。软件编制使用C++语言，在C Builder环境下设计。程序中使用C Builder中提供的网络通信控件，实现客户和服务器之间通信。本工具程序框图如见图2。

首先由用户端将设备和计算机通过下载电缆（使用并行口）连接在一起，并启动计算机运行用户端程序。用户要做的就是这些，这些操作不需要任何专业知识。用户端程序也不需要什么配置，只要它自动扫描并发现接有设备端口，并对之操作即可。

用户端程序一旦运行，设计端程序就可以启动。设计端首先输入用户端的IP地址，输入不同的IP地址，就可以对不同的用户端设备进行操作。然后调入设计好的融丝图文件，对文件的格式进行检查，显示文件中的信息。文件中的信息指示该文件对哪些芯片编程，以及它们在设备中的排列顺序。

检查正确后，就可以进行网络连接，并把文件内容发送给用户端。在用户端将融丝图下载到PLD芯片的过程中，用户端应用程序回送下载进度给设计端，设计端就可以显示下载进度。如果一切正常，下载完毕后就关闭连接，结束通信。

3 技术实现

3.1 设计端

设计端界面为一窗体，窗体上有一个命令菜单、一个编程控制（输入或显示打开的文件路径和文件名）、一个组合框（让用户选择下载模式）、两个显示下载进度和文件信息的备注控件，还有一个用于通信的客户端套接字控件。

设置IP地址，点击“命令/设置”时会显示一个模式对话框。用户可以在“IP地址”编辑控制中输入用户端的IP地址，按“确定”该值将赋给客户端套接字控件的属性“Address”，进行网络连接时，将与拥有该IP地址的主机。在“端口”编辑控制中输入用户端下载服务的TCP端口号，按“确定”将该值赋给套接字控件的属性“Port”，进行网络连接时，将与指定主机的服务端口通信。

下载文件，直接在编辑控制中输入文件名或点击“打开文件”，通过对话框得到下载文件的路径。每次选择一个isp文件，所谓isp文件，是将标准的融丝图JED文件采用一定的压缩算法生成的。它比标准的JED文件要小，这样下载时速度要快些。为了能够下载成功，要对文件格式和内容进行检查。检查依据的是isp文件的头格式，包括文件类型、芯片链中芯片的个数、擦除脉冲宽度、编程脉冲宽度、编程行数、每行长度、芯片ID列表等。文件的第一个字节只要是（0xF8,0x0 B,0x0F,0x0A）中的一个，则该文件就是isp文件，不同数值分别代表不同类型的芯片和压缩类型。

下载模式，文件选定后，必须选择下载模式。共设四种模式：编程并校验、仅校验、仅校验UES、校验并显示UES。其中UES是指存放在芯片中的用户自定义信息，根据需要可以是设备的序列号或设备的唯一标识等信息，而与芯片的功能没有关系。

编程并校验，是指将文件内容下载到芯片中，并在下载过程中从芯片读出下载内容，检验是否下载正确。

仅校验，是指读出芯片中的内容，并与文件内容进行比较，校验两者是否一致。

校验并显示UES，是指把文件中的UES信息与芯片中的UES内容进行比较，检验两者是否一致。若一致，则显示UES内容，否则提示校验错误。

下载模式选定后，就可以进行网络连接了。选择菜单“命令\u36830连接”，调用网络连接的代码。一旦连接成功，系统会发 连接成功“CONNECTED”消息。收到此消息后，程序会在此连接上发送一个双字。若该值为1，则表示将发送一个文件，否则表示双方可以用键盘进行对话。如果没有选择下载文件，将自动进入对高血压状态。若是对话状态，双方可在窗体右边的备注控件中输入对话内容，按回车键就会发送输入内容。若是下载状态，紧接着会发送一个双字，表示下载模式。然后会再发送一个双字，表示文件的长度，最后发送整个文件内容。

用户端收到全部内容后，开始下载。下载过程中用户端把下载进度发送给设计端，设计端收到后，将显示收到的内容。这样，设计者就会看到下载进度。

下载结束后，自动进入对话状态。如果用户端有人，双方可以进行简短对话，讨论一些技术问题。

    运行“命令\u26029断开”，则关断网络连接，结束本次下载过程。新的下载过程只要重新运行“命令\u36830连接”即可。

3.2 用户端

用户端窗体上有一个进度条（显示下载进度）和两个备注控件（显示当前用户的工作状态，以及交谈时的输入输出）。用户端需要完成的功能比设计端复杂。主要有数据的接收、设备的自动识别、具体的下载过程等。

程序运行后，在收到窗体创建消息时，将激活服务器套接字，并和TCP端口绑定，等待设计端进程的连接。

只要运行设计端“命令\u36830连接”，就会在用户端产生网络连接的消息。连接成功后，与设计端对应，收到的第一个双字，代表本次连接是下载状态还是对话状态。若是1，则为下载，否则进入对话状态。若是对话状态，直接在备注控件中输入对话内容，按回车键即可。可方的谈话会在另一个备注控件中显示出来。

若是下载文件（这是最常用的状态），紧接着会收到一个双字，代表下载模式（具体含义见前）。然后会再收到一个双字，代表将要下载的文件长度。若该值小于等于零，或等于0Xffffffff(计算机中的-1)，则提示发送方有错，并关闭本次连接，否则将会接收全部文件内容。文件的结束是靠文件长度与收到字节数进行比较，相等表示全部收到。全部收到后，即进行下载。

编程电缆，下载过程与硬件密切相关，我们使用编程电缆（共8根线，使用其中的7根）与并行口连接。每个并行口有三个端口：数据、状态、控制端口，每个端口占一个字节。具体定义如下：

端口.位 PC并行口脚号 信号名 数据流向 芯片引脚

数据.0 2 out_SDI → SDI

数据.1 3 out_SCLK → SCLK

数据.2 4 out_MODE → MODE

数据.3 5 out_ISP → ispEN

数据.6 8 out_SENSE_CABLE_OUT

状态.6 10 in_SDO ← SDO

状态.5 12 in_CABLE_SENSE_IN

状态.3 15 in_VCC_OK ← VCC

20 GND --- GND

在电缆内部将并行口的8脚与12脚直接连接，用于检测电缆是否已插到并行口上。向数据端口的第6位写数据，再从状态端口第5位读入数据，比较两者是否一致，即可得知下载电缆是否连接。图3给出了编程电缆及接插件的端口定义。

    其它信号的含义及作用如下：

out_SDI 将isp数据从此脚串行输出到芯片上；

out_SCLK 控制下载过程的时钟信号；

out_MODE 将isp命令从此脚串行输出到芯片上；

out_ISP 控制芯片在正常工作模式和编程模式之间切换；

in_SDO 从芯片上串行读出isp数据；

in_VCC_OK 用于检测设备电源是否打开。

下载的流程图见图4。下载开始首先扫描三个并行口端口。利用信号in_CABLE_SENSE_IN和in_VCC_OK检测设备是否和计算机连接以及电源是否打开，两个信号同时有，则表示该端口连接有设备。如果找不到设备，就给出提示并口断这次下载过程。再检查文件的类型，看设计端发送来的文件是否为合法的isp文件。否则给出提示并中断这次下载过程。若合法，则着读出被编程芯片的编程、擦除时间以及编程行数等信息。其中编程和擦除时间的控制，是利用多媒体定时器实现的，可以实现准确的脉冲延迟，保证擦除、编程的可靠性。随后从芯片中读出该设备中含有的芯片ID列表（ID列表与芯片型号有关），并与设计端的值进行比较。若一致可以继续下载；否则给出提示并中断本次下载过程。因为芯片列表不一致，将导致设备根本不能工作。

下载时，通过out_SDI端将数据一个比特一个比特地串行输出到芯片中，并从SDO端读出刚写入芯片的数据，与文件中应写入的数据进行比较校验，以保证数据准确地写入到芯片中。

4 出错处理

错误的处理是软件设计中十分重要的一个方面，本软件同样充分考虑各种意外和错误，使得错误的影响得到很好控制。本软件中最主要的出错处理就是对网络错误的处理，如设计端用户输入的IP地址或端口号不正确等。

C Builder中的网络控件提供了出错的消息，对于因网络连接、连接中断或网络超时等引起的问题，该消息都会被触发。消息被触发时，在消息处理函数中将一些变量重新初始化，并判断网络连接。值得一提的是，因计算机IP地址的设置而产生的网络错误消息将不会发给控件，例如：计算机的子网掩码为255.255.255.0，本机地址为202.195.168.1，不设置网关。在这样的配置下，如果与IP地址为202.195.200.1的主机进行连接，将会产生网络错误“子网不可到达”，而控件却收不到这个消息。此时必须调用SetErrorProc，指定自己写义的网络意外处理过程来替代默认过程。新过程将捕获所有网络意外，从而避免该消息的遗漏。

另外对下载过程中出现的各种不正常情况都做了检测，例如：下载电缆没有连接、设备电源没有打开、器件列表不符和校验错误等。当检测到这些错误时，由于用户端无人值守，因此将错误信息回送设计端，并用适当的形式显示给设计者，以便设计人员做进一步处理。

5 应用范围及前景

该工具可供所有使用PLD器件进行设计和开发电子产品及系统设备的公司或厂家使用。对于他们拓展业务范围、提升产品价值、增加产品的信息技术含量、降低生产成本、争取更多用户、以信息化带动工业化等都具有深刻意义。