基于SoPC的FPGA在線測試方法

　　本文提出了一種基于SoPC的FPGA在線測試方法，是對現(xiàn)有FPGA在線測試方法的一種有效的補充。

　　1 在線測試數(shù)據(jù)操作流程

　　基于SoPC的FPGA在線測試方法的數(shù)據(jù)操作流程如圖1所示。如果用戶需要采集FPGA的測試數(shù)據(jù)并且上傳至PC機，則用戶首先要將被測試數(shù)據(jù)寫入DMA讀從外設，然后系統(tǒng)自動啟動DMA控制器，將數(shù)據(jù)送入Nios II的數(shù)據(jù)存儲器。再由JTAG UART控制器經(jīng)JTAG接口上傳至Nios II IDE(NiosⅡIntegrated Development Environment，Nios II開發(fā)環(huán)境)，Nios II IDE將接收到的數(shù)據(jù)寫入測量數(shù)據(jù)存儲文件，從而完成了FPGA測試數(shù)據(jù)的上傳。如果用戶需要將PC機中的激勵數(shù)據(jù)文件下載至FPGA，則系統(tǒng)首先在Nios II IDE中通過Host-Based File System讀出激勵文件數(shù)據(jù)，然后由JTAG接口經(jīng)JTAG UART控制器下載至Nios II處理器的數(shù)據(jù)存儲器，Nios II發(fā)起DMA寫傳輸把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲器搬運至DMA寫從外設并寫入FPGA片上FIFO，從而完成了激勵數(shù)據(jù)的下載。

　　2 SoPC平臺架構

　　SoPC系統(tǒng)部件組成見圖2，系統(tǒng)包括Nios II處理器、On-Chip RAM、JTAG UART、EPCS控制器，SYSID、定時器、DMA讀控制器dma_0、DMA寫控制器dam_1，以及自定義DMA讀從外設fifo_control與自定義DMA寫從外設ext_rdfifo_controller。NiosⅡ的復位地址為EPCS控制器，異常地址為On_ChipRAM。DMA讀控制器的讀主端口連接至自定義DMA讀從外設，寫主端口連接至On-Chip RAM，DMA寫控制器的讀主端口連接至On-Chip RAM，寫主端口連接至自定義DMA寫從外設。系統(tǒng)的JTAG UART主要實現(xiàn)JTAG接口的控制，使FPGA能夠通過JTAG接口與PC機進行通信。

　　3 DMA讀、寫從外設的設計

　　測試數(shù)據(jù)在DMA控制器讀數(shù)據(jù)之前是存儲在片上FIFO的，而激勵數(shù)據(jù)是通過DMA控制器寫入片上FIFO的。然而DMA控制器數(shù)據(jù)讀、寫主端口采用的是Avalon存儲器映射接口(Avalon Memory Mapped Interface，Avalon-MM接口)，不能直接對FIFO進行操作，Altera公司也沒有提供相應的控制器核，需要用戶自己開發(fā)DMA讀從外設用于控制FIFO把測試數(shù)據(jù)傳送給DMA控制器，以及DMA寫從外設用于控制FIFO接收DMA控制器的激勵數(shù)據(jù)。本文開發(fā)的DMA讀從外設模塊結構框圖如圖3所示。

　　DMA讀從外設包括了3個端口，即控制從端口、DMA從端口以及FIFO寫端口。DMA讀從外設的控制從端口包括3個寄存器，分別是狀態(tài)寄存器status、控制寄存器control、FIFO已使用字數(shù)寄存器usedw。NiosⅡ通過讀/寫這些寄存器獲取此外設的狀態(tài)以及實現(xiàn)對此外設的控制。另外，控制端口還包含了中斷接口用于此外設向NiosⅡ發(fā)起中斷請求。DMA讀從外設產(chǎn)生中斷請求有2種情況：一是內(nèi)部FIFO寫滿;二是收到外部測試數(shù)據(jù)的包結束信號。此時，即使FIFO未寫滿，DMA讀從外設也會發(fā)起中斷請求，從而實現(xiàn)采集的測試數(shù)據(jù)的立即傳輸。DMA從端口采用帶流控制信號的AvalonMM總線，用于實現(xiàn)DMA控制器的測試數(shù)據(jù)讀操作;管道接口是測試數(shù)據(jù)寫入此外設的FIFO接口，包括數(shù)據(jù)總線、寫有效信號和一些狀態(tài)信號(如FIFO寫滿信號等)。DMA寫從外設的結構與DMA讀從外設類似，只是沒有中斷請求信號，這里不再詳述。