[发明专利]基于UART的面向计算机系统实践教学的程序在线下载系统和方法

说明书

本发明公开了基于UART的面向计算机系统实践教学的程序在线下载系统和方法，本发明将程序的机器码转换为适于UART下载的.txt文本形式的ASCII字符流；获取ASCII字符流的信息，并据此控制ASCII字符流的下载过程；将ASCII字符流中的程序和数据通过UART分别写入到CPU的程序ROM和数据RAM；下载完毕后，置位下载完成信号，并通过UART向串口调试助手返回下载成功的消息。本发明将程序机器码转换成可下载的ASCII字符流，以便使用第三方串口调试助手实现程序下载，提高易用性；为基于FPGA自行设计CPU实现了程序在线下载系统和方法，大幅提高计算机系统实践教学实验效率；移植时，与基于JTAG的程序下载方案相比，本发明的系统和方法仅需对存储器接口做少许修改，更简单易用，可移植性更强。

技术领域

本发明适用于计算机系统实践教学系列课程的汇编程序实验，属于计算机教学实验仪器技术领域，尤其涉及基于UART的面向计算机系统实践教学的程序在线下载系统和方法。

背景技术

目前计算机系统实践教学实验系统和方法主要分为两类：一类依靠计算机软件对真实的硬件实验平台进行模拟和仿真，另一类则让实验参与者到实验室中使用真实的硬件实验平台进行实验。与软件模拟仿真相比，使用真实硬件实验平台具有反馈及时、体验真切、效果优良的优势。特别地，FPGA由于具有可重构、灵活性高等优点，近年来在计算机系统实践教学当中崭露头角。

鉴于FPGA的优点，目前已有一系列的计算机系统实践教学课程在基于FPGA的硬件实验平台上开展开来，如数字电路课程实验、计算机组成原理课程设计、微型机接口技术课程实验等。其中，部分课程实验或课程设计要求实验参与者在基于FPGA实现的CPU上进行汇编程序设计。实验参与者在使用汇编语言编程时，无论CPU设计是否被修改，都需要将汇编程序连同整个CPU设计在IDE中进行综合、实现并生成比特流文件，整个过程耗时严重，实验效率低下。因此，急需解决“计算机系统实验教学课程中，程序无法在线下载”的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供基于UART的面向计算机系统实践教学的程序在线下载系统和方法，能够将用户程序机器码转换为特定格式的ASCII字符流，并在串口调试助手中将ASCII字符流通过程序下载IP核下载到CPU的程序ROM和数据RAM中，实现程序的在线下载。

为达到上述目的，本发明提供基于UART的面向计算机系统实践教学的程序在线下载系统，包括汇编器、COE翻译器、UARTCoe工具、串口调试助手以及硬件实验平台五个组成部分。

汇编器根据CPU的指令集架构，将用户编写的.asm汇编程序汇编形成可执行文件。

COE翻译器读取并解析可执行文件，提取可执行文件中的代码段和数据段，并将其转换为.coe文件。所述的.coe文件为Xilinx公司设计的用于初始化Block RAM存储器的具有特定格式的文件。

UARTCoe工具读取并解析.coe文件，生成ASCII字符流，形成适于下载的具有特定格式的.txt文件。

串口调试工具为支持十六进制编码下载ASCII字符流的任意第三方工具。

硬件实验平台采用以Xilinx Artix-7系列FPGA为主芯片的低功耗FPGA开发板卡,该硬件实验平台还包含存储芯片和UART、拨码开关、LED等基本外设部件。

基于UART的面向计算机系统实践教学的程序在线下载方法，包括如下步骤：

(1)用户根据CPU的指令集架构，使用相应的汇编器，将所编写的.asm汇编程序汇编形成可执行文件；

(2)COE翻译器将可执行文件翻译成遵循.coe文件格式的机器码；

(3)UARTCoe工具统计.coe机器码的字节数，并将该机器码转换为适于UART下载的.txt文本形式的ASCII字符流；