[發明專利]基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載系統和方法

有效

• 申請號: 202010152599.6
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111431973B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 楊全勝;江仲鳴;劉中元;朱泳波;陸志成;許恒煜;楊英豪
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L67/00
• 分類號: H04L67/00;G06F8/41;G06F40/58
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

1.基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載系統，其特征在于：所述系統包括匯編器、COE翻譯器、UARTCoe工具、串口調試助手以及硬件實驗平臺五個組成部分；所述的匯編器根據CPU的指令集架構，將用戶編寫的.asm匯編程序匯編形成可執行文件；所述的COE翻譯器讀取并解析可執行文件，提取可執行文件中的代碼段和數據段，并將其轉換為.coe文件；所述的.coe文件為Xilinx公司設計的用于初始化Block?RAM存儲器的具有特定格式的文件；所述的UARTCoe工具讀取并解析.coe文件，生成ASCII字符流，形成適于下載的具有特定格式的.txt文件；所述的串口調試助手為支持十六進制編碼下載ASCII字符流的任意第三方工具；所述的硬件實驗平臺采用以Xilinx?Artix-7系列FPGA為主芯片的低功耗FPGA開發板卡，該硬件實驗平臺還包含存儲芯片和UART、撥碼開關、LED。

2.根據權利要求1所述的基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載系統，其特征在于：適用于具有以下特征的計算機系統：

（1）在基于FPGA的硬件實驗平臺或開發板上，使用FPGA可編程邏輯資源，實現自行設計的CPU；

（2）基于FPGA內部的Block?RAM存儲器或Block?Memory存儲器實現CPU的程序ROM或數據RAM。

3.基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）用戶根據CPU的指令集架構，使用相應的匯編器，將所編寫的.asm匯編程序匯編形成可執行文件；

（2）使用COE翻譯器將可執行文件翻譯成遵循.coe文件格式的機器碼；

（3）使用UARTCoe工具統計.coe機器碼的字節數，并將該機器碼轉換為適于UART下載的.txt文本形式的ASCII字符流；

（4）使用串口調試助手以十六進制編碼讀取ASCII字符流，并通過UART接口，將其下載到位于硬件實驗平臺上的CPU；

（5）使用程序下載IP核解析ASCII字符流，將ASCII字符流中的代碼段寫入到CPU的程序ROM，將ASCII字符流中的數據段寫入到CPU的數據RAM；

（6）程序下載完畢后，使用程序下載IP核將程序下載完成信號設置為有效，并通過UART串行通信接口，在串口調試助手中向用戶返回程序下載成功的消息；

（7）用戶通過復位按鈕，復位CPU，所下載的程序開始運行。

4.根據權利要求3所述的基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載方法，其特征在于：所述的匯編器和串口調試助手由用戶或第三方人員設計與實現；所述的匯編器讀取CPU的指令集格式表，對匯編程序的各條匯編指令進行解析和翻譯，生成二進制機器碼，并按照可執行文件的格式，將機器碼寫入文件，形成可執行文件；所述的串口調試助手以用戶設定的串口參數，調用系統庫函數打開UART串口，并調用系統庫函數，將用戶的輸入數據通過UART串口發送給下位機，并調用系統庫函數，通過UART串口接收下位機信息，并將其顯示在軟件界面上。

5.根據權利要求3所述的基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載方法，其特征在于：所述的COE翻譯器按照步驟（1）中生成的可執行文件的格式，解析可執行文件的各個格式字段，從可執行文件中提取出程序的程序段代碼數據和數據段代碼數據，并根據CPU的特性以及.coe文件的格式，將所提取的程序段代碼數據和數據段代碼程序寫入到.coe文件的特定地址。

6.根據權利要求3所述的基于UART的面向計算機系統實踐教學的程序在線下載方法，其特征在于：所述的UARTCoe工具按照步驟（2）中生成的.coe文件的格式，解析.coe文件，統計.coe文件的字節數，形成數據包頭部；所述的UARTCoe工具讀取.coe文件的內容，形成數據包的有效數據載荷，最終將所形成的數據包寫入到.txt文件中。