FPGA实验平台的信息传递机制研究与实现

更新时间：2020-03-19 04:22:09 大小：21M 上传用户：六3无线电查看TA发布的资源 标签：fpga 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

硬件实验是计算机或其他专业硬件课程的必备教学环节，是培养学生实际动手能力、工程实践能力以及开发创新能力不可缺少的手段。随着电子设计自动化(EDA，ElectronicDesignAutomatic)技术的发展，越来越多的高校将FPGA技术应用到计算机硬件实验教学中，并进行了一系列基于FPGA的硬件实践教学的改革探索，使得硬件实验系统平台逐步地向多课程统一化、开放、创新以及高效的方向发展。以此为方向，对计算机硬件实验系统中计算机与FPGA内实验电路的信息传递机制进行了研究。

利用JTAG技术既可以读取待测试电路内部节点信息，也可以对待测试电路内部节点施加数据激励的特性，将其作为信息传递手段实现计算机与FPGA内部实验电路以及运行控制器之间的数据通信。根据IEEE1149.1标准设计了JTAG边界扫描结构，并加入了多条JTAG扫描链，以实现对实验电路状态和运行控制器状态的读取和修改。为使实验系统具有较高的数据传输速率以及使用便利性，选择USB接口作为计算机的通讯接口与FPGA进行通信，为此设计以STM32F103单片机作为主控芯片的USB和JTAG协议之间的协议转换器，用以连接计算机和FPGA中的自定义JTAG边界扫描结构。根据JTAG接口和同步串行通信接口在数据传输时序上的相似性，利用STM32F103单片机的两个同步串行通信接口的组合设计实现了JTAG接口数据传输。设计了JU-POD驱动以实现计算机中实验系统软件对USB-JTAG协议转换器的操作。设计了具有运行控制冲突检测机制的实验系统软件以防止对实验电路的错误运行控制，并根据JTAGTAP状态机的状态转移过程，设计了计算机与USB-JTAG协议转换器之间的数据通信协议。

根据上述设计方法，以计算机组成原理课程实践教学中应用的一个普通部件实验电路和微程序控制的16位微处理器JUC1作为目标实验电路，在AlteraDE2-115教育开发板上对本文设计的实验原型系统进行了实现和验证。

基于JTAG的计算机与FPGA之间的信息传递技术在实现时只占用极少量FPGA系统资源，不影响实验设计，不限于某一门课程，易于实现且能降低系统成本;并且使得实验系统对实验人员更加透明，即可以由实验人员根据实验或个...