1.     背景

       最近有一个需求：项目用的IGBT驱动板上有一片CPLD，在现场做试验时需要改参数，不得不从功率柜上拆下来，使用JTAG重新烧写程序，但由于结构复杂，一拆一装需要6,7个小时，实在让人无法忍受，因此，需要研究一种CPLD在线配置的方法。

2.     问题

       CPLD在线配置需要一个MCU和CPLD连接，MCU自身通过驱动板上的光纤接口和上位机连接，上位机通过一定的协议将配置文件发送给MCU，MCU再通过一定的时序去配置CPLD，但是问题是不知道CPLD的配置时序和数据格式，查遍Altera的资料，最后发现只能通过Jam STAPL这个东西来配置（某个论坛上有人说开发出来了一个U盘大小的配置工具，只要插到要配置的板件上就可以进行配置，不知道他用的方法是什么，应该和本文的方法大不相同，看了下面就会知道）

3.     Jam STAPL介绍

       Jam STAPL全称是The Jam Standard Test and Programming Language，由Altera的工程师发明，主要用于可编程器件的在线编程和测试，在1999年称为JEDEC标准JESD-71，很多可编程器件厂商、编程器厂商和测试工具厂商都支持这个标准。

       Jam STAPL解决了一个问题：在配置可编程器件时，不同厂商的器件，相同厂商的不同器件都会有配置文件格式或者配置方法的差异，如果对每一种器件出一套方案，显然费时费力，而JAM STAPL的出现则屏蔽了这些差异，实现第三方工具的统一和兼容。

4.     Jam STAPL工作原理

       Jam STAPL包括两部分：Jam Composer和Jam Player；Jam Composer由可编程器件厂商提供，用来生成.jam文件，jam文件包含了对某个可编程器件进行配置的数据和算法；Jam Player读取jam文件的内容，将jam文件的指示转化为对JTAG接口的操作，可以完成对器件的测试和编程功能。

5.     Jam文件

       Jam文件有两种格式，一种是ASCII格式的，里面按照JESD-71A标准规定的语法编写，Altera推荐在上位机测试环境下使用这种格式；另一种是Jam byte-Code文件（.jbc），是二进制的，它是Jam文件经过编译之后的可执行文件，可以把Jam Player看做是一个虚拟机，它从jbc文件中获取指令和数据来执行jbc文件的操作，Altera推荐嵌入式环境下使用jbc文件，因为这样需要的资源比较少。

6.     Jam STAPL Byte-Code Player的移植

       本评测中要移植Jam Player到嵌入式微处理器中，所以使用jbc格式，Jam STAPLByte-Code Player的源代码可以在Altera官网下载到，但是里面是基于Windows或Linux桌面机的，但是移植到嵌入式微处理器中也很简单。

6.1接口函数移植

jbi_jtag_io()

jbi_export()

jbi_delay()

jbi_vector_map()

jbi_vector_io()

       本评测中的应用只是要实现CPLD的配置，只要实现前3个函数就行了

jbi_jtag_io()

移植起来很简单，只要根据参数翻转IO即可，但是要先将IO配置为相应的模式

jbi_export()

这个函数用来打印一些执行过程中要打印的内容，实际上分为几个函数：

voidjbi_message()

voidjbi_export_integer()

voidjbi_export_boolean_array()

移植比jbi_jtag_io()还要简单，只要把printf函数换为自己的printf就行了，如：

voidjbi_message(char *message_text)

{

       xprintf("%s", message_text);

}

6.2 内存管理配置

       源代码中有两个函数void *jbi_malloc()和void jbi_free()用来管理内存分配，内存管理可以有两种方式，动态和静态，动态的就是直接调用malloc函数，静态的需要用户事先声明一个内存空间，所有的内存分配将在这段内存空间中进行，函数还具有记录内存使用情况的代码，这个功能很有用，可以知道最大内存使用情况来评估处理器是否可以满足使用，另外这部分代码也很有参考价值。

       内存管理的函数不用移植，默认按动态方式管理，如果需要使用静态内存管理的方式，需要增加宏定义：

#defineUSE_STATIC_MEMORY   360

这个宏定义将分配360KB的内存用于静态内存管理，另外加上一条宏定义来使能内存使用记录：

#defineMEM_TRACKER

注：执行命令时发现，每次执行完命令，内存好像都没有释放（使用静态内存管理），所以在移植时加入了强制释放内存的语句

6.3 jbc文件存储方式

       源代码基于桌面机，jbc文件是以文件的形式存储的，使用时需要读取到RAM中，如果嵌入式应用中也使用这种方式就不必修改什么，本评测中直接把jbc文件放在了ROM中，因此需要一些改动。

1. 添加jbc_program.c文件，里面包含jbc文件的数据jbi_data[]。

2. 在jbi_execute()函数调用时，用指针jbi_data和文件大小代替原来的参数file_buffer和file_length

       由于源代码中使用jbc数据指针的函数都是用的unsignedchar*类型，jbi_data在rom中，用的是const unsigned char*，编译器会报错，所以将相关的函数声明和定义中的参数修改了一下。

进行到这里，差不多要结束了，最后外部只需要调用一个函数：

int jam_player(int argc, char **argv)

这个函数尽量保持和Windows版本的main函数的格式一致

7 在Nucleo-STM32F767ZI-144上运行

       移植到Nucleo-STM32F767ZI-144开发板上，连接超级终端，就可以输入命令了，几乎和Windows一样

下面是配置EP2C144C5 FPGA的过程：

可以看到，STAPL Byte-Code Player会打印出来jbc文件的信息，包括支持的操作和选项

注：输入的命令是“jam_player–v –aCONFIGURE led.jbc”，其中jam_player和led.jbc可以随便指定，因为这两个参数程序中不判断，只是为了和原来的指令格式保持一致

内存使用

配置完之后会打印出内存占用情况，可以看到，仅仅是一个配置FPGA的SRAM就使用了315K的内存，其实最开始是想要烧写FPGA的配置芯片的，但是那个jbc文件是这个的3倍，并且还经过压缩了，运行时直接就不行了，打印出来的内存占用已经超过了500K，而STM32F767ZI的片上RAM有512KB，还是不能胜任，看来必须使用SDRAM才行。

配置速度

       根据打印信息可以看到，配置用了2s，感觉和在QuartusII中使用STAPL Byte-Code Player相差不多，这也说明了M7速度惊人。

8 总结

       移植完之后发现这种方法根本行不通，对处理器要求太高，不说成本，光是芯片体积也不合使用，不过倒是有解决办法，可以通过Nucleo-STM32F767ZI-144用串口连接一个低端的MCU，将IO的模拟指令通过串口发送给MCU，由MCU来模拟操作，但是这样的话，配置速度将会成百倍的降低，配置CPLD可能还可以，对容量较大的FPGA来说就有点无法接受了。

附录1-MCU和可编程器件连接

注：在配置完之后，要将MCU的IO设为input floating模式，这样不会跟JTAG仿真器冲突。

附录2-Quartus II中jbc文件的生成和配置注意事项

       通过JTAG配置FPGA时有两种情况，一种是只配置SRAM，掉电之后就没有了，另外一种是将配置文件烧写到配置芯片中，掉电保存；如果要用jbc文件来执行配置，这两种情况生成jbc的方法也会不一样。

配置SRAM

       这种情况只通过sof文件来生成jbc文件，步骤如下：

1. 在programer窗口addfile，选择.sof文件，注意将Program/Config和Verify打勾

2. 点击菜单File->Create JAM JBC SVF orISC file…

3. 在弹出的对话框的File Format一栏选择Jam STAPL Byte-Code 2.0，点击OK即可生成。

       这样生成的jbc文件可以执行CONFIGURE操作，不能执行PROGRAM操作。

烧写配置芯片

       这种情况也是要通过sof文件来生成jbc文件，但是要增加一些步骤：

1. QuartusII的主界面点击File->Convert ProgrammingFiles…

2. 在弹出对话框中的Programing File Type一栏选择JTAG Indirect Configuration File（.jic）

3. ConfigurationDevice选择EPS1

4. File name里面指定要生成的文件名字

5. 在Input Files to Convert中点击Flash Loader，在右侧点击Add Device，选择要配置的FPGA器件；点击OK，回到Input Files to Convert再点击SOF Data，点击右侧的Add File…，选择.sof文件，回到Input Files to Convert，点击Generate生成jic文件

6. 在Programmer界面，先Delete掉其他的文件，点击Add File，将刚生成的jic文件添加进去，将Program/Config、Verify和BlankCheck都打勾

7. 点击菜单File->Create JAM JBC SVF orISC file…

8. 在弹出的对话框的File Format一栏选择Jam STAPL Byte-Code 2.0，点击OK即可生成。

       这样生成的jbc文件可以执行PROGRAM操作，但是也能执行CONFIGURE操作，这里就需要注意了，这里的CONFIGURE和前面那个不太一样，它并不是要将FPGA配置为所写的程序，而是将它配置为专门用来烧写配置芯片， 所以在STAPL Byte-Code Player中要先执行CONFIGURE指令，然后再执行PROGRAM指令，才可以成功烧写，如果直接执行PROGRAM指令（或Verify BlankCheck等），会报错（Unrecognized Device， ExitCode=6）。

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