CN117527843A - 一种实现远程多路jtag协议传输的加载与调试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及FPGA调试技术领域，公开了一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置及方法，该装置，包括FPGA主控芯片、网络接口、JTAG输入电路、N组JTAG输出电路，网络接口的输入端用于与外部信号机电连接，JTAG输入电路的输出端和JTAG输出电路的输入端均与FPGA主控芯片电连接，JTAG输出电路的输出端用于与外部设备电连接；其中，N≥1且N为整数。本发明解决了现有技术存在的操作复杂、难以实现远程多路JTAG协议传输等问题。

Description

一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置及方法

技术领域

本发明涉及FPGA调试技术领域，具体是一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置及方法。

背景技术

JTAG是一种用于解决电子板制造问题的IEEE标准，也是一种可用作编程、调试和探测端口的协议，同时也对应着一种将PC和芯片连接起来的端口。JTAG接口中主要使用的引脚有四个，分别是模式选择信号(TMS)、时钟信号(TCK)、测试数据输入(TDI)、测试数据输出(TDO)。目前多数高级器件如ARM、DSP、FPGA等都支持JTAG协议，工程中也常采用JTAG接口加载或更新软件，通过JTAG时序将程序写入芯片中。

随着电子系统的功能逐渐丰富化和复杂化，设备中的FPGA软件需要经常调试、修改和更新。在大型阵列化分布的产品中，通常会采用多个模块控制阵面上不同的区域，每个模块上都有独立的FPGA芯片，再由一个主控模块对这些芯片进行控制。

现有技术中，每个包含FPGA芯片的模块都对应一个调试接口，在配置芯片时需要将模块的调试接口与加载装置连接起来，配置多个模块则要频繁插拔加载装置，或将所有调试接口都接入交换机中。前者费时费力，容易造成大量工作冗余，而后者由于繁杂的接线关系和操作，效率依然低下。申请号为202122646788.1的专利通过主控IC和多个隔离电路实现了基于RS485通信多路转一路的路由装置。

现有技术中，用控制IC和多路隔离电路可实现通信数据路由，芯片的加载配置也是一种协议的传输，同样可以采用数据路由的方式将调试协议从一路分配到多路。然而电子设备的安装位置一般都在人员不能轻易达到或行动受限的区域，囿于调试线的有效长度，在大型的工程中容易造成调试不便等问题。申请号为202020566271.4的专利通过交换机、网线和微控制器实现了FPGA远程加载调试。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置及方法，解决现有技术存在的操作复杂、难以实现远程多路JTAG协议传输等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，包括FPGA主控芯片、网络接口、JTAG输入电路、N组JTAG输出电路，网络接口的输入端用于与外部信号机电连接，JTAG输入电路的输出端和JTAG输出电路的输入端均与FPGA主控芯片电连接，JTAG输出电路的输出端用于与外部设备电连接；其中，N≥1且N为整数。

作为一种优选的技术方案，还包括远程FPGA调试器，远程FPGA调试器的输入端用于与外部信号机电连接，远程FPGA调试器的输出端电连接JTAG输入电路的输入端。

作为一种优选的技术方案，还包括供电电路，供电电路与FPGA主控芯片、JTAG输入电路、JTAG输出电路分别电连接。

作为一种优选的技术方案，供电电路包括相互电连接的可编程电源和直流供电电路，直流供电电路与FPGA主控芯片、JTAG输入电路、JTAG输出电路分别电连接。

作为一种优选的技术方案，还包括外部信号机，外部信号机包括上位机和交换机，外部信号机与网络接口、远程FPGA调试器分别电连接。

作为一种优选的技术方案，还包括与JTAG输出电路电连接的N个外部设备；其中，N≥1且N为整数。

作为一种优选的技术方案，若N≥14，则用外部设备的数量N除以14，再将得到的商向上取整得到值M；其中，M为调试N个外部设备所需的实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置的数量。

作为一种优选的技术方案，还包括相互电连接的交换机、上位机，交换机与网络接口、JTAG输入电路分别电连接。

一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试方法，采用所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置。

作为一种优选的技术方案，包括以下步骤：

S1，上位机通过交换机从地址IP2发送控制指令，指令中携带着当前需要加载或调试的通道号和相关操作的命令码，主控芯片识别命令后，将需要加载或调试的通道设为选通状态；

S2，在上位机上通过Remote FPGA Adapter配置地址IP1为网络JTAG设备，然后使用Xilinx开发软件对需要加载或调试的通道所对应的外部设备进行加载或调试。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本发明在距离上，用户只需要用网线连接到本装置上，就可以在远端实现加载或调试的功能；在数量上，本装置使用一个仿真器就可以调试操控14个外部设备，若超过14个设备，则可以采用多个本装置进行连接；

(2)本发明外部设备的地址由硬线确定，在上位机上可以自由地选择某一个单独的外部设备进行控制；在操作上，用户仅需要发送相应的命令和代码到本装置，就可以调试任意一个外部设备，省去频繁插拔仿真器的动作，流程简单，操作方便。

附图说明

图1为一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置的系统电路框图；

图2为一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试方法的示意图；

图3为主控芯片与主要连接器的连接框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图3所示，硬件方面，提供一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，包括FPGA主控芯片、远程FPGA调试器、网络接口、JTAG输入电路、14组JTAG输出电路以及供电电路。

网络接口和远程FPGA调试器的输入端分别连接到外部信号机，远程FPGA调试器的输出端连接JTAG输入电路的输入端，JTAG输入电路的输出端和JTAG输出电路的输入端均与FPGA芯片的引脚连接，JTAG输出电路的输出端与外部设备连接；FPGA主控芯片、JTAG输入电路、JTAG输出电路均由供电电路供电。

优选地，所述供电电路包括可编程电源和直流供电电路，直流供电电路由多个级联的稳压器自动调整输出稳定电压，直流供电电路的输入来自可编程电源的输出。

优选地，所述远程FPGA调试器的型号为华科海迅的TBS8801。远程FPGA调试器的输入端为千兆以太网口，输出端为JTAG调试口。

优选地，所述FPGA主控芯片的型号为XC7K325T-2FFG900，所述JTAG输入电路和JTAG输出电路的结构相同，均包括TMS、TCK、TDI、TDO管脚和JTAG驱动部分；

JTAG输入电路的TMS、TCK和TDI的输入管脚与远程FPGA调试器连接，输出管脚与JTAG驱动芯片的接收输出端连接；JTAG输入电路的TDO的输入管脚与JTAG驱动芯片的发送输入端连接，输出管脚与远程FPGA调试器连接；

JTAG输出电路的TMS、TCK和TDI的输入管脚与外部设备连接，输出管脚与JTAG驱动芯片的接收输出端连接；JTAG输出电路的TDO的输入管脚与JTAG驱动芯片的发送输入端连接，输出管脚与外部设备连接；

JTAG驱动部分包括JTAG驱动芯片和保护电路，保护电路设置在JTAG输入电路的TDI、TDO以及JTAG输出电路的TDO管脚上，JTAG驱动芯片的接收输入端和发送输出端与FPGA芯片和JTAG电路管脚连接。

软件方面，提供一种基于上述装置实现的远程多路JTAG协议传输加载与调试方法，使用步骤如下：

上位机与交换机之间通过网线进行通信，交换机通过两路网线分别连接到远程加载与调试装置上，远程加载与调试装置使用的两个地址分别为IP1和IP2。IP1用于传输JTAG协议，IP2用于传输控制命令。

上位机通过交换机从IP2发送控制指令到远程加载与调试装置，指令中携带着当前需要加载或调试的通道号和相关操作的命令码。外部设备的地址由硬线确定，主控芯片识别命令后，将对应通道的jtag_sel信号拉低(表示选通状态)。

在上位机上通过Remote FPGA Adapter配置IP1为网络JTAG设备，然后就可以正常使用Xilinx开发软件(如Xilinx ISE、imPact、Vivado等)，对jtag_sel信号拉低的通道所对应的外部设备进行加载或调试。

优选地，该方法还包括以下步骤：

若需操作的外部设备超过14个，则用外部设备的数量除以14，得到的商向上取整，即为所需远程加载与调试装置的数量。一台装置与交换机之间通过两个地址交互，以48端口交换机为例，利用本方法可最多对336个外部设备进行远程操作，包括软件加载、调试和Flash的数据读写。

本发明对JTAG信号进行一路转多路的分配，并采用远程调试手段解决了前者传输距离有限的问题，可实现远程多路JTAG协议传输，应用于FPGA的加载与调试。

本发明采用了一路转多路通信的方法，能够解决前者在多设备应用中接线复杂的问题，起到了简化接线关系和操作的效果

本发明的优点在于：

在距离上，用户只需要用网线连接到本装置上，就可以在远端实现加载或调试的功能；在数量上，本装置使用一个仿真器就可以调试操控14个外部设备，若超过14个设备，则可以采用多个本装置进行连接。外部设备的地址由硬线确定，在上位机上可以自由地选择某一个单独的外部设备进行控制；在操作上，用户仅需要发送相应的命令和代码到本装置，就可以调试任意一个外部设备，省去频繁插拔仿真器的动作，流程简单，操作方便。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，包括FPGA主控芯片、网络接口、JTAG输入电路、N组JTAG输出电路，网络接口的输入端用于与外部信号机电连接，JTAG输入电路的输出端和JTAG输出电路的输入端均与FPGA主控芯片电连接，JTAG输出电路的输出端用于与外部设备电连接；其中，N≥1且N为整数。

2.根据权利要求1所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，还包括远程FPGA调试器，远程FPGA调试器的输入端用于与外部信号机电连接，远程FPGA调试器的输出端电连接JTAG输入电路的输入端。

3.根据权利要求2所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，还包括供电电路，供电电路与FPGA主控芯片、JTAG输入电路、JTAG输出电路分别电连接。

4.根据权利要求3所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，供电电路包括相互电连接的可编程电源和直流供电电路，直流供电电路与FPGA主控芯片、JTAG输入电路、JTAG输出电路分别电连接。

5.根据权利要求4所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，还包括外部信号机，外部信号机包括上位机和交换机，外部信号机与网络接口、远程FPGA调试器分别电连接。

6.根据权利要求5所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，还包括与JTAG输出电路电连接的N个外部设备；其中，N≥1且N为整数。

7.根据权利要求6所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，若N≥14，则用外部设备的数量N除以14，再将得到的商向上取整得到值M；其中，M为调试N个外部设备所需的实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置的数量。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置，其特征在于，还包括相互电连接的交换机、上位机，交换机与网络接口、JTAG输入电路分别电连接。

9.一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试方法，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试装置。

10.根据权利要求9所述的一种实现远程多路JTAG协议传输的加载与调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，上位机通过交换机从地址IP2发送控制指令，指令中携带着当前需要加载或调试的通道号和相关操作的命令码，主控芯片识别命令后，将需要加载或调试的通道设为选通状态；

S2，在上位机上通过Remote FPGA Adapter配置地址IP1为网络JTAG设备，然后使用Xilinx开发软件对需要加载或调试的通道所对应的外部设备进行加载或调试。