FPGA實驗平臺的信息傳遞機制研究與實現(xiàn).pdf

1、硬件實驗是計算機或其他專業(yè)硬件課程的必備教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力、工程實踐能力以及開發(fā)創(chuàng)新能力不可缺少的手段。隨著電子設(shè)計自動化(EDA，ElectronicDesignAutomatic)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的高校將FPGA技術(shù)應(yīng)用到計算機硬件實驗教學(xué)中，并進行了一系列基于FPGA的硬件實踐教學(xué)的改革探索，使得硬件實驗系統(tǒng)平臺逐步地向多課程統(tǒng)一化、開放、創(chuàng)新以及高效的方向發(fā)展。以此為方向，對計算機硬件實驗系統(tǒng)中計算機與FPGA

2、內(nèi)實驗電路的信息傳遞機制進行了研究。
　　 利用JTAG技術(shù)既可以讀取待測試電路內(nèi)部節(jié)點信息，也可以對待測試電路內(nèi)部節(jié)點施加數(shù)據(jù)激勵的特性，將其作為信息傳遞手段實現(xiàn)計算機與FPGA內(nèi)部實驗電路以及運行控制器之間的數(shù)據(jù)通信。根據(jù)IEEE1149.1標準設(shè)計了JTAG邊界掃描結(jié)構(gòu)，并加入了多條JTAG掃描鏈，以實現(xiàn)對實驗電路狀態(tài)和運行控制器狀態(tài)的讀取和修改。為使實驗系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及使用便利性，選擇USB接口作為計算機的

3、通訊接口與FPGA進行通信，為此設(shè)計以STM32F103單片機作為主控芯片的USB和JTAG協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，用以連接計算機和FPGA中的自定義JTAG邊界掃描結(jié)構(gòu)。根據(jù)JTAG接口和同步串行通信接口在數(shù)據(jù)傳輸時序上的相似性，利用STM32F103單片機的兩個同步串行通信接口的組合設(shè)計實現(xiàn)了JTAG接口數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)計了JU-POD驅(qū)動以實現(xiàn)計算機中實驗系統(tǒng)軟件對USB-JTAG協(xié)議轉(zhuǎn)換器的操作。設(shè)計了具有運行控制沖突檢測機制的實驗系

4、統(tǒng)軟件以防止對實驗電路的錯誤運行控制，并根據(jù)JTAGTAP狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，設(shè)計了計算機與USB-JTAG協(xié)議轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。
　　 根據(jù)上述設(shè)計方法，以計算機組成原理課程實踐教學(xué)中應(yīng)用的一個普通部件實驗電路和微程序控制的16位微處理器JUC1作為目標實驗電路，在AlteraDE2-115教育開發(fā)板上對本文設(shè)計的實驗原型系統(tǒng)進行了實現(xiàn)和驗證。
　　 基于JTAG的計算機與FPGA之間的信息傳遞技術(shù)在實現(xiàn)時只