计算机硬件设计边界,基于JTAG的计算机硬件实验系统的设计与实现.pdf

■鲎坠型里型——塑堡型

基于JTAG的计算机硬件实验系统的设计与实现

12013)

肖铁军史顺波沈健(江苏大学计算机科学与通信工程学院江苏镇江2

摘要：介绍了一种利用自建ITAG边界扫描结构、基于FPGA实现的计算机硬件实验教学系统。针对系

统中计算机与FPGA内实验电路的信息交换以及对实验电路的运行控制两个关键点进行了研究，将边界扫描

测试协议作为信息传递手段实现了计算机与FPGA内部实验电路以及运行控制器之间的数据通信。设计了自

建lTAG边界扫描结构，并设计了相对通用的运行控制器以实现对不同计算机硬件课程不同实验电路的运行

DE2—115教育开发板上对该

lTAG边界扫描结构。以16位微程序控制的微处理器作为目标实验电路，在舢tera

系统进行了实现和验证。试验表明，该系统在可靠性、稳定性等方面均能满足高校计算机硬件实验的需求。

关键词：计算机硬件实验系统；ITAG；自建ITAG边界扫描结构；usB—ITAG协议转换；运行控割

中图法分类号：TP39文献标识码：A

1引言态，这种系统要求实验电路内部寄存器以总线的形

“计算机组成原理”、“计算机系统结构”等硬件式连接到FPGA引脚，或者要求控制台芯片和实验芯

相关课程是计算机学科重要的专业基础课，所开设片维护一段相同的实验数据和内容的暂存区，并采

的实验课则是教学实践的关键，因此，教学实验系统用通信线路使其保持一致，这在结构上对实验电路

的设计显得尤为重要。近年来，随着大规模和超大规的设计有一定的限制，能够传递的信息有限，而且对

模集成电路的发展，很多高校已把大规模现场可编实验电路的运行控制方式不全面，大多只针对某一

门课程设计。这种实验系统对实验者不透明，不同课

程门阵列(FPGA)引人计算机硬件教学实验，由FPGA

承载实验电路，相对于早期的小规模集成电路和手程实验之间的通用性较差且不能由实验者灵活配置

工布线的实验系统，实验设计灵活性、创新性以及规计算机与FPGA之间传输的信息，在一定程度上降低

模都有较大提高I㈣。了实验效率、限制了实验者的设计和创新能力，而且

额外的控制台电路也增加了成本。有人曾提出采用

目前，基于FPGA的计算机硬件实验系统大多利

用计算机对实验电路进行操作，并在计算机中观察边界扫描测试技术实现实验电路与计算机之间的数

实验结果。这种计算机硬件实验系统主要是通过控据交换刚，利用FPGA芯片本身的边界扫描电路实现

制台的方式实现实验电路与计算机的数据交换，控计算机与实验电路的信息交换，不需要控制台，简化

制台和实验电路处于不同的芯片内，控制台通过特了硬件连接，有效地降低了硬件成本，但是这种方法

定的逻辑与实验电路交换信息，并根据实验者在电

脑上的操作产生各种控制信号，从而控制实验电路边界扫描结构通常都是固定，只能对芯片本身的引

的运行刚。但是控制台的内部逻辑固定且需要针对脚进行扫描访问，不便于对自主设计的实验电路内

不同的实验事先配置，为了观察实验电路的运行状部节点进行访问，限制了其应用范围。

24收稿日期：2013一03—16

万方数据

竺竺塑堡

本文设计了一种利用自建ⅡAG边界扫描结构进行控制逻辑位于同一FPGA内部，直接和实验电路进

行数据交换、基于FPGA的计算机硬件教学实验系行数据交互，改变或读取实验电路的内部节点状态，

统。根据J11AG标准设计了与实验电路位于同一FPGA并为运行控制器提供实验电路运行控制命令。运行

内部的J

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