基于JTAG邊界掃描方式的重構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)

　　仲裁與時(shí)序控制模塊

　　仲裁與時(shí)序控制模塊主要完成對(duì)重構(gòu)控制器內(nèi)部各模塊的仲裁與時(shí)序控制。協(xié)調(diào)各模塊之間的數(shù)據(jù)流向。其具體的功能包括提供內(nèi)部各模塊所需的時(shí)鐘信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的時(shí)序控制;以及對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)流的切換控制。

　　TCK，TMS，TDI，TDO產(chǎn)生模塊

　　TCK： JTAG配置時(shí)鐘輸入，所有基于JTAG的操作都必須同步于JTAG時(shí)鐘信號(hào)TCK。關(guān)鍵時(shí)序關(guān)系是：TMS和TDI采樣于TCK的上升邊沿，一個(gè)新的 TDO值將于TCK下降邊沿后出現(xiàn)，因此一般情況下JTAG的時(shí)鐘不會(huì)太高。

　　TMS：模式選擇，控制JTAG狀態(tài)轉(zhuǎn)移，同步時(shí)鐘TCK上升沿時(shí)刻TMS的狀態(tài)決定狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程。

　　TDI ：配置數(shù)據(jù)輸入，配置數(shù)據(jù)在TCK的上升沿采樣進(jìn)入數(shù)據(jù)移位寄存器(SDR);

　　TDO：配置數(shù)據(jù)輸出，在TCK的下降沿從移位寄存器移出，輸出數(shù)據(jù)與輸入到TDI的數(shù)據(jù)應(yīng)不出現(xiàn)倒置。

　　目標(biāo)板

　　目標(biāo)板上被重構(gòu)的FPGA由支持重構(gòu)的Xilinx公司的VIRTEX-4系列FPGA來實(shí)現(xiàn)，以菊花鏈方式串聯(lián)，支持JTAG邊界掃描模式配置。

　　JTAG邊界掃描配置的FPGA實(shí)現(xiàn)

　　TAP控制器是16個(gè)狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)，主要為JTAG接口提供控制邏輯。主要有四大狀態(tài)：復(fù)位(RESET)，空閑(idle)，數(shù)據(jù)寄存器移位(SDR)和指令寄存器移位(SIR)狀態(tài)， 在TCK,TMS的控制下，根據(jù)輸入的配置指令實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。Xlinx公司Virtex4系列 FPGA器件的邊界掃描指令集中有三條專用于配置的邊界掃描指令：CFG_IN、BYPASS和JSTART(10個(gè)bit位)。其中CFG_IN的代碼：0101001111;BYPASS的代碼：1111111111;JSTART的代碼：0011001111。執(zhí)行CFG_IN指令可以訪問器件內(nèi)部的配置總線，通過串行移入配置文件中的命令和數(shù)據(jù)執(zhí)行對(duì)內(nèi)部配置寄存器的讀寫，從而完成對(duì)FPGA的配置。BYPASS指令在對(duì)多個(gè)目標(biāo)器件配置時(shí)可以旁路不需要重配置的器件。JSTART指令使用TCK時(shí)鐘觸發(fā)啟動(dòng)時(shí)序，使FPGA完成從配置狀態(tài)到操作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，激活FPGA。圖3為可重構(gòu)控制器模擬TAP狀態(tài)機(jī)配置指令執(zhí)行的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。