基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法及系统，调试系统工作时：PC调试机运行FPGA调试EDA软件，并在ZYNQ管理单元的PS端运行的协议处理功能软件，在ZYNQ管理单元的PL端实现的JTAG时序转换逻辑，最后完成ZYNQ管理单元对目标FPGA单元的调试，本发明专利技术仅需要使用一条网线就可以实现对数字信号处理系统内的多片FPGA进行在线调试，大大降低了调试成本和硬件设计复杂度。本和硬件设计复杂度。本和硬件设计复杂度。

【技术实现步骤摘要】
基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法及系统。

技术介绍

[0002]随着国内嵌入式计算系统的高速发展，数字信号处理系统的复杂度越来越高，一个数字信号处理系统中会使用多片FPGA对数字信号进行高速实时的计算处理，此时同时对多片FPGA进行调试是一件非常繁杂的事情，传统的方法是每一片FPGA外接一个JTAG仿真器通过PC端的逻辑开发EDA软件进行FPGA程序的开发调试工作。传统方案需要在每片FPGA的电路设计和结构设计时额外预留JTAG调试接口，这增加了系统设计的复杂度。
[0003]如图4所示，在现有技术中心，每片FPGA设计一个JTAG调试接口，PC调试机运行开发调试EDA软件，通过连接一个JTAG仿真器到目标FPGA单元的JTAG调试接口实现对各个FPGA功能程序的在线开发调试功能。
[0004]也就意味着，现有情况下，在进行FPGA远程调试时，需要为每片FPGA设计一个调试接口，增加了系统硬件和结构的设计难度。同时调试时需要使用多个JTAG仿真器增加了调试成本。
[0005]已有方案每一个目标FPGA都对应一个JTAG调试接口和一个JTAG仿真器，JTAG仿真器通过USB线缆连接到PC机，当需要同时对多个目标FPGA进行调试时，就需要使用多个JTAG仿真器通过USB线缆与PC机相连，然而PC机的USB接口是有限的，这就限制了同时调试多片FPGA的数量。即使PC机的USB满足多片FPGA同时调试的需求，在调试过程中也很容易出现PC机系统底层调试数据交错问题，使PC机运行的FPGA开发EDA软件工作异常甚至崩溃。所以按传统的设计方式，在实际项目开发中实际使用一台PC机通过JTAG仿真器连接一个目标FPGA单元，多片FPGA同时调试时需要使用多台PC机，增加了调试难度和成本。
[0006]综上所述，复杂数字信号处理系统中多片FPGA调试困难的问题亟需得到解决。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法及系统。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法，包括以下步骤：步骤S1：通过网络将PC调试机与数字信号处理系统通信连接，以及数字信号处理系统上电并完成数字信号处理系统的初始化；步骤S2：运行PC调试机的EDA软件，以及向数字信号处理系统的网络端口配置EDA软件的调试工具；步骤S3：网络与数字信号处理系统中的ZYNQ管理单元的PS端通信连接，并通过网络端口对FPGA单元进行调试，PS端接收EDA软件发出的调试命令和数据，并对调试命令进行解析，
PL端接受解析好的命令，通过PL端的JTAG时序转换功能单元将调试命令通过标准的JTAG时序发送到目标FPGA单元，实现对目标FPGA单元的在线开发调试功能；步骤S4：检测是否完成对所有FPGA单元的调试，PL端将调试命令返回的响应数据组传回EDA软件，EDA通过返回的响应数据检测是否完成对FPGA单元的调试，如是，结束步骤；如否，返回步骤S2，并重复执行步骤S2、S3和S4。
[0009]进一步的，PL端实现JTAG时序转换逻辑的步骤，其具体实施方式为：命令寄存器接收PS端转发过来的调试命令和数据，同时控制寄存器接收控制命令完成对移位和数据收发逻辑的控制；数据移位逻辑单元主要是将调试命令和数据移位转化为标准JTAG协议的TMS、TDI向量数据，同时接收目标FPGA器件返回的TDO向量数据，移位操作后回写到寄存器中等待PS软件读取；数据发送逻辑单元主是按照TCK时钟发送TMS、TDI向量数据到相应的JTAG信号线上；数据接收逻辑单元主是按照TCK时钟接收目标FPGA、JTAGTDO信号返回的向量数据。
[0010]进一步的，PS端接受调试命令并发送到PL端的具体步骤为：PS端通过协议处理功能接受PC调试机上EDA软件下发的各种调试命令，并按网络端口分区存储调试命令；以及根据XVC协议解析命令，将完成解析后的命令和数据转发到PL端。
[0011]实施上述方法的具体系统为：基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试系统，包括PC调试机和数字信号处理系统；PC调试机，与数字信号处理系统通信连接，完成对数字信号处理系统的初始化和对数字信号处理系统网络端口配置EDA软件的调试工具；所述数字信号处理系统包括ZYNQ管理单元、JTAG信号线和FPGA单元，所述ZYNQ管理单元通过JTAG信号线与FPGA单元实现数据交互，所述ZYNQ管理单元包括PS端和PL端；PS端，用于接收EDA软件发出的调试命令和数据，并对调试命令进行解析；PL端，用于接受PS端解析好的命令，实现对目标FPGA单元的在线开发调试功能；以及将调试命令返回的响应数据组传回EDA软件，EDA通过返回的响应数据检测是否完成对FPGA单元的调试。
[0012]进一步的，所述ZYNQ管理单元设有串口、网络端口、PS端、DDR3器件、EMMC存储器和PL端；所述网络端口用于连接网线与PC调试机连接，以及与实现PS端与PC调试机的数据交互；所述PL端通过普通IO管脚连接JTAG信号线与FPGA单元实现数据交互；所述DDR3器件用于提供程序运行时的内存空间；所述EMMC存储器用于存储执行软件。
[0013]进一步的，所述PS端包括：
网络连接管理模块，用于对PC端的网络连接进行管理，完成与PC调试机的网络数据交互；需要说明的是，整个系统ZYNQ管理单元PS端与PC调试机的网络通信是基于TCP/IP协议来实现的，该功能模块实现TCP/IP协议的服务端程序，服务端开放的每一个网络连接端口会对应一个目标FPGA单元，该模块软件对PC端的网络连接进行管理，完成与调试PC机的网络数据通信，并根据端口信息将调试命令发送到调试命令缓存器中，同时接收调试命令返回的响应数据包，然后发送到PC调试机。
[0014]调试命令缓存器，用于按照网络端口信息将PC调试机发送的调试命令数据进行分区缓存，有效防止数据丢包导致PC调试机上的调试软件功能异常。
[0015]需要说明的是，调试命令解析是通过循环读取调试命令缓存器中的调试命令数据包，根据XVC通信协议对缓存的调试命令数据进行解析，解析出调试命令需要执行的动作和执行命令需要的参数数据；调试命令转发则是根据调试命令数据的端口信息将调试命令和命令参数通过数据总线发送到PL端对应的JTAG时序转换功能单元；调试命令响应查询是通过循环查询读取PL端各个JTAG时序转换功能单元的命令响应寄存器的数据，如果功能单元有命令响应数据，就进行命令响应数据回读；调试命令响应缓存是根据PL端的JTAG时序转换功能单元对应的网络连接端口对调试命令响应数据进行分区缓存，确保调试命令响应数据包不丢失；调试命令响应组包通过循环读取调试命令响应缓存区的响应数据，根据调试命令响应类型和命令响应数据将按照xvc通信协议进行组包，组包完成后通过网络连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：通过网络将PC调试机与数字信号处理系统通信连接，以及数字信号处理系统上电并完成数字信号处理系统的初始化；步骤S2：运行PC调试机的EDA软件，以及向数字信号处理系统的网络端口配置EDA软件的调试工具；步骤S3：网络与数字信号处理系统中的ZYNQ管理单元的PS端通信连接，并通过网络端口对FPGA单元进行调试，PS端接收EDA软件发出的调试命令和数据，并对调试命令进行解析，PL端接受解析好的命令，通过PL端的JTAG时序转换功能单元将调试命令通过标准的JTAG时序发送到目标FPGA单元，实现对目标FPGA单元的在线开发调试功能；步骤S4：检测是否完成对所有FPGA单元的调试，PL端将调试命令返回的响应数据组传回EDA软件，EDA通过返回的响应数据检测是否完成对FPGA单元的调试，如是，结束步骤；如否，返回步骤S2，并重复执行步骤S2、S3和S4。2.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法，其特征在于：还包括PL端实现JTAG时序转换逻辑的步骤，其具体实施方式为：接收PS端转发的调试命令和数据，同时接收控制命令完成对移位和数据收发逻辑的控制，并将命令通过标准的JTAG时序发送到目标FPGA单元，实现对目标FPGA单元的在线开发调试。3.根据权利要求1所述的基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试方法，其特征在于：PS端接受调试命令并发送到PL端的具体步骤为：PS端通过协议处理功能接受PC调试机上EDA软件下发的各种调试命令，并按网络端口分区存储调试命令；以及根据XVC协议解析命令，将完成解析后的命令和数据转发到PL端。4.基于ZYNQ平台实现多片FPGA远程调试系统，其特征在于：包括PC调试机和数字信号处理系统；PC调试机，与数字信号处理系统通信连接，完成对数字信号处理系统的初始化和对数字信号处理系统网络端口配置EDA软件的调试工具；所述数字信号处理系...

【专利技术属性】
技术研发人员：成奇兵，张正璠，
申请(专利权)人：杭州芯正微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：