基于JTAG接口實現(xiàn)ARM的FPGA在線配置

　?、谧止?jié)碼(Byte—Code)格式文件，STAPL源文件編譯好之后的字節(jié)碼文件，文件后綴名是“．jbc”。對于同樣的配置信息，該格式比．jam格式體積小，節(jié)省存儲空間；其缺點是，無法直接閱讀其中的配置信息。

　　與之對應(yīng)，Jam Player也有兩種：普通Jam Player，負責對．jam文件的解釋；Jam Byte一Code Player，負責對．jbc文件的解釋。從AItera*****上可以免費下載到用C語言編寫的兩種Player源代碼。

　　4 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　4．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件連接方案如圖2所示。系統(tǒng)中只使用JTAG配置方式，所以與AS、PS相關(guān)的nCONFIG、MSELO和MSEL1引腳都不使用，而將nCONFIG拉高，MSELO和MSEL1接地。DATA0和DCLK引腳可以任意配置，在這里都接地。使用S3C2410的通用引腳GPB7、GPB8、GPB9、GPBlO引腳分別作為JTAG接口的TMS、TDl、TCK和TDO。

　　4．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　4．2．1 生成Jam配置文件

　　使用Jam STAPL進行JTAG配置，需要有Jam配置文件。集成開發(fā)環(huán)境QuartusII默認生成的是．sol和．pof格式的配置文件，要生成．jam和．jbc文件，可以使用2種方法：

　　第1種方法，在工程編譯之前設(shè)置QuartusII的生成配置文件選項。在QuartusII的主菜單中，選擇【Assign—ments】→【【)evice】菜單，進入【Setting】窗口，單擊“Device．Pin Options…”按鈕，在彈出的對話框中選擇“Program—ming Files”標簽，在該標簽頁中選擇．jam或者．jbc文件格式，單擊“0K”按鈕即可。

　　第2種方法，編譯完成后利用QuartusII自帶的文件格式轉(zhuǎn)換工具，將．sof或．pof文件轉(zhuǎn)換為．jam或．jbc文件類型。在QuartusII的主菜單中，選擇【File】→【ConvertProgramming Flies】菜單，進入【Convert ProgrammingFiles】窗口。在該窗口的“Programming file type'’中選擇．jam或者．jbc類型，在“File name”中指定文件保存路徑和文件名(默認使用與．sof或．pof同路徑同名)，最后單擊“OK”按鈕，即可生成．jam或者．jbc配置文件。

　　4．2．2 移植Jam Player

　　Altera公司提供的Jam Player源程序文件包含了DOS、Windows和Unix三種平臺的代碼。在類似Unix的Linux平臺中使用，必須進行定制和移植。

　　Jam Player源程序組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。與配置平臺的I／O處理相關(guān)的功能都安排在jbis—tub．c文件中，使用Jam Player的用戶只需要根據(jù)平臺和硬件環(huán)境修改jbistub．c中的函數(shù)，而不需要修改其他的文件。

　　將Jam Player移植到嵌入式Linux中，主要進行下列的定制：

　　①更改平臺預定義環(huán)境，添加預處理語句，去除不必要的源代碼；

　　②將JTAG信號映射到具體硬件引腳；

　　③定制錯誤信息輸出方式；

　　④根據(jù)具體微處理器的處理能力，定制延時函數(shù)。

　　關(guān)于更詳細的定制和移植過程可參考文獻[7]和[8]。

　　為了幫助Jam Player移植過程，Altera公司提供了調(diào)試和驗證使用的idcode文件。該文件有．jam格式和．jbc格式，分別供移植普通Jam Player和Jam Byte一CodePlayer使用。其功能都是讀取目標設(shè)備的IDCODE(每種型號的FPGA芯片都有一個與其一一對應(yīng)的IDC0DE，可參見芯片的數(shù)據(jù)手冊)。如果移植成功，Jam Player會將讀取的IDCODE和對應(yīng)的芯片型號打印出來；否則輸出詳細的相關(guān)錯誤信息，以供調(diào)試使用。

　　4．2．3 JTAG驅(qū)動程序

　　由于Jam Player運行在嵌入式Linux環(huán)境中，無法直接訪問ARM芯片的引腳寄存器，也就無法直接操作引腳的輸入輸出。所以還必須為用于JTAG接口的引腳編寫驅(qū)動程序，將它們封裝成Jam Player可以讀寫的字符型文件。

　　該驅(qū)動遵守普通Linux字符型文件驅(qū)動編寫規(guī)則，無需向系統(tǒng)申請中斷和實現(xiàn)中斷函數(shù)，最關(guān)鍵的就是對引腳讀寫時，要符合JTAG接口引腳的時序控制。JTAG接口的引腳時序如圖4所示。從圖中可知，對于ARM的JTAG接口，TDI和TMS輸出信號是在TCK時鐘信號的下降沿鎖存的，而TDO反饋信號是在TCK時鐘信號的上升沿有效。