In Embedded-Systemen müssen Daten wie Programmcode und Kalibrierungsdaten permanent gespeichert werden, damit diese auch nach Ausschalten des Systems noch verfügbar sind. Um dies zu gewährleisten sind zahlreiche Geräte und Technologien verfügbar, zum Beispiel PROMs, EPROMs, EEPROMs und Flash-Speicher. Direkt nach der Herstellung ist das Speicherelement leer. Daher muss es programmiert werden, bevor das System, in dem es installiert ist, verwendet werden kann.
Obwohl die heutige Generation von Microkontrollern typischerweise mit Flash-Speichern ausgestattet ist und kleine Speicherblöcke, deren Hauptcode einmal installiert wurde, umprogrammieren kann, wird für die Programmierung „leerer” Bauteile ein externes Programmiergerät benötigt.
Weitere integrierte Schaltkreise, bekannt unter anderem als PAL, PLA, PLD, CPLD, GAL, FPGA, sind programmierbare Logikbausteine, bei denen die kombinierbare Logikschaltung eher durch die eingegebenen Daten definiert wird als durch Softwarebefehle. Die Ausstattung, mit der dies erreicht werden kann, hat viele Namen – zum Beispiel „Bauteil-Programmiergerät”, „Chip-Programmiergerät”, „Schaltungs-Programmiergerät”, „IC-Programmiergerät” oder „EPROM Brenner”. Trotz der vielen Namen handelt es sich einfach um eine Hardware zur Übertragung von Daten auf programmierbare ICs.
Bild 1: Ein Universal-Programmiergerät für FPGAs. (Quelle: Lattice Semiconductor)
Es gibt vier allgemeine Geräte-Programmierungstypen:
1) Gang-Programmiergeräte: für die Programmierung mehrerer Schaltungen in Massenproduktion.
2) Universal-Programmiergeräte: für die Entwicklung und Kleinserienproduktion.3) Pocket-Programmiergeräte: tragbare Programmiergeräte zur Entwicklung und Vor-Ort-Service.
4) Spezialprogrammiergeräte: ausschließlich für bestimmte Schaltungstypen wie zum Beispiel EPROM Programmiergeräte.In diesem Artikel werden wir besonders auf die Universal-Programmiergeräte eingehen, mit denen verschiedene Gerätetypen programmiert werden können. Dies ist sehr nützlich, denn über die Jahrzehnte (die ersten EPROMs kamen 1971 auf den Markt) erschienen viele verschiedene programmierbare Geräte und zahlreiche Programmierungsarten.
Alle Programmierungsmethoden haben denselben Grundablauf: Das zu programmierende Bauteil wird an das Programmiergerät angeschlossen – entweder, indem es in einen Sockel des Programmiergeräts gesteckt wird oder das Programmiergerät über einen Adapter an die Platine angeschlossen wird, auf der sich das Bauteil befindet. Sobald dieser Schritt geschehen ist, werden die Daten auf das Bauteil übertragen. Dies funktioniert, indem Signale mittels einer Pin-Driver-Schaltung an die Verbindungspins gesendet werden.
Dieser Grundablauf variiert je nach Bauteil jedoch stark. Erstens gibt es keine Standardpinbelegung für die Programmierungspins. Zweitens erfordern manche Bauteile seriellen, manche parallelen Dateneingang. Die Bauteile haben unterschiedliche Versorgungsspannungen und Programmierungsspannungen.
Das heißt, dass jeder I/O Pin eines Universal-Programmiergeräts Spannungen von 0 bis 25 V anlegen können muss, über Taktfolgen von bis zu 40 MHz und logische Eingänge mit anpassbaren Schwellenwerten verfügen muss. Und natürlich ist die stets wachsende Anzahl verschiedener Gehäuse nicht zu vergessen! Diese sind gewöhnlich mit Sockeladaptern (siehe unten) ausgestattet.
Bild 2: Sockeladapter eines Universal-Programmiergeräts. (Quelle: Lattice Semiconductor)
Was die Software betrifft, so gibt es verschiedene Dateiformate für binäre Daten (das Motorola s-record, das Intel HEX format und weitere), die das Universal-Programmiergerät ebenfalls beherrschen muss. Viele Hersteller produzieren Universal-Programmiergeräte für alle Bauteile ihrer Produktlinie. Designer können ebenfalls Universal-Programmierer beziehen, die für Bauteile verschiedener Hersteller geeignet sind. Ein solches Gerät soll sich laut Angaben für 92.000 Bauteile von 332 IC-Herstellern eignen!
Da derartig viele Kombinationen möglich sind, ist ein Universal-Programmiergerät ein unverzichtbares Werkzeug für jedes Labor, das mit verschiedenen Speichertechnologien arbeitet. Einen Teil des Universal-Progammiergerätsortiments von Arrow Electronics finden Sie auf http://components.arrow.com.