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基于SOPC的通用型JTAG调试器的设计

电子科技大学 马俊 雷航?? 2008年12月26日 ?? 收藏0

  上述所介绍的IPcore使用Altera公司的开发工具Quartus II编译,最后下载到Altera FPGA中。本系统使用的CPGA芯片是Cyclone系列的EPlCl2。该芯片包含12 060个逻辑单元,具有239 616位RAM,片上集成2个锁相环,最大用户I/O引脚达到249个。

  该硬件结构很好地体现了SOPC的概念,所有的IPcore(包括Altera公司发布和自主开发的)集成在一片FPGA上。一个片上系统就基本包含了在线仿真器的绝大部分功能,任何硬件结构设计的变化都在该片FPGA上,这使得通用在线仿真器这个概念得以实现。对其他芯片在线仿真,只需更改ARM7TDMI JTAG IPcore模块,重新下载到FPGA中,便可以对另一种处理器芯片进行在线仿真。该IPcore用Verilog语言实现,保存为armjtag.v文件。通过Quartus II里的SOPC Builder可以将该文件生成组件,再将其加入Nios系统中。器件引脚分配好后,就在Quartus II里全编译,最后生成ice.pof文件。将该文件通过编程器烧写到配置芯片EPCS4里面。这样硬件系统就完成了。

  2.2 软件设计与实现

  本系统的软件部分包括2个模块:一是PC端的开发调试界面,二是调试器里面的控制程序。2个模块通过TCP/IP协议通信。

  PC端开发调试界面的主要功能是接收用户的调试命令,并显示调试结果。这是系统与用户进行交互的唯一方式。开发调试界面对上给用户提供统一的调试功能接口,对下给调试器提供统一的调试命令。本系统使用VisualC++开发。

  调试器里的控制程序主要功能是将上层用户调试命令转换成特定的JTAG指令序列,并控制IPcore将其发送出去,同时接收JTAG反馈信息并发送回用户界面。本系统使用Nios IDE来开发。在Nios IDE的工程属性中加入LwIP和μC/OS组件。主程序首先初始化μC/0S,初始化LwIP协议栈,再启动μC/OS。所有程序控制放在μC/OS的OSStart()任务里。该任务首先建立一个套接字,然后在死循环中等待数据到来。当收到来自PC端的调试命令后,从数据包中分离出命令字和参数,将命令字转换成IPcore需要的调试命令,通过Avalon总线将其发送到IPcore,并等待IPcore工作完成。最后将IPcore传回的数据打包发回PC端。

  目前提供的通用调试命令如表1所列。

通用调试命令

点击看原图

  在TCP/IP数据包中,有效数据为12字节。第1至4字节是命令代码,第5至8字节为命令参数1,第9到12字节为命令参数2。命令参数1和命令参数2是否有效取决于命令代码。主控制程序收到数据包后,将命令代码发往JTAG IPcore的指令端口地址,并根据命令代码向参数端口地址发送命令参数1。如果该命令代码需要命令参数2,则在下一个周期发送。

  在SOPC的硬件系统设计中,所有的外设都是统一编址。将JTAG IPcore的指令端口地址和参数端口地址分别设置成0x00910850和0x00910860,端口位宽为32位。因此在程序里,往IPcore发送指令只需要往地址0x00910850写32位数据;往IPcore发送参数只需要往地址Ox00910860写32位数据。反馈数据端口地址设置成Ox00910870,端口位宽为32位。因此在程序里,读取JTAG反馈数据只需读取地址0x00910870的32位数据。

  2.3 JTAG IPcore的实现

  JTAG IPcore是本调试器的核心,下面简单介绍一下该部分的实现。

  IPcore的接口如图3所示。

IPcore的接口图

点击看原图

  该IPcore的对外接口由两部分组成:一是与Avalon总线通信的接口部分,即图中的左边部分;二是与被调试CPU通信的接口部分,即图中的右边部分。另外,在整个实现中,定义了一些重要的寄存器。

  “reg[3000:O]tms,tdo"分别用来存放完成当前操作的tms序列和tdo序列。像访问存储器这样的操作需要很长的tms序列和tdo序列,因此用了3001位。IPcore每次从这2个寄存器读取1位后,就向对应的引脚发送数据。tdi寄存器只用了134位,因为不是每个tdi输入对JTAG调试都有用。parmreg寄存器用来存放总线上传来的参数。tdidata寄存器用来存放从tdi引脚读取的有效数据,将被发送到Avalon总线。tdicolJnter寄存器用来对tdi输入数据计数。

  Avalon总线上来的指令发送到ins[31:0]端口。在调试器主程序里判断指令,做出相应的动作。当IPcore读取到某个指令后,根据命令代码查找对应的TMS命令序列,找到以后将


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