一種基于SoPC的FPGA在線測試方法
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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)據在DMA控制器讀數(shù)據之前是存儲在片上FIFO的，而激勵數(shù)據是通過DMA控制器寫入片上FIFO的。然而DMA控制器數(shù)據讀、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。本文開發(fā)的DMA讀從外設模塊結構框圖如圖3所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/191263.htm
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讀從外設產生中斷請求有2種情況：一是內部FIFO寫滿；二是收到外部測試數(shù)據的包結束信號。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)據讀操作；管道接口是測試數(shù)據寫入此外設的FIFO接口，包括數(shù)據總線、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。
4 數(shù)據傳輸?shù)腘iosⅡ控制
4．1 DMA控制器的操作
Altera公司為DMA控制器提供了硬件抽象層(HAL)接口函數(shù)，使用這些函數(shù)編程需要注意的地方主要有2點：一是要考慮到Cache數(shù)據的一致性問題，在調用發(fā)送／接收函數(shù)之前需要調用相關函數(shù)清除數(shù)據Cache中的內容；另外一個需要注意的地方是DMA控制器的alt_dma_txchan _send()函數(shù)以及alt_dma_rxchan_prepare()函數(shù)的第3個參數(shù)表示的是請求DMA控制器發(fā)送／接收的字節(jié)數(shù)，而不是字或者雙字、四字數(shù)。
4．2 Host-Base File System
Altera公司提供的Host-Base File System組件可以使正在目標板上執(zhí)行的程序讀／寫存儲在主機上的文件，文件的數(shù)據是NiosⅡIDE通過Altera下載線纜與目標板進行數(shù)據交互的。目標板上的程序可以使用ANSIC標準庫函數(shù)如fopen、fread等函數(shù)來進行文件的操作，用戶使用Host-Base File System前必須先在NtosII IDE工程中添加這個軟件組件，而且只能運行在Debug模式下。另外，對于上傳至PC的測試數(shù)據，也可以使用設置標準輸入／輸出信息存放于主機上的某個文件(在NiosⅡIDE／Run／Run…／Common下指定)而繞開Host-BaseFile System，但是對于主機文件數(shù)據下載給目標板的情況，對文件的操作必須添加這個組件。
4．3 測試數(shù)據讀、寫控制
當需要采集測試數(shù)據時，首先在FPGA內部用硬件語言編寫模塊把測試數(shù)據存入DMA讀從外設的FIFO，然后DMA讀從外設產生中斷請求，NiosⅡ接到中斷請求后，首先查看中斷產生的原因是FIFO寫滿還是數(shù)據包結束。若中斷原因是數(shù)據包結束，則NiosⅡ讀DMA讀從外設的usedw寄存器獲取FIFO已使用字數(shù)，并把這個值作為DMA控制器的傳輸長度發(fā)起DMA傳輸；若是FIFO寫滿，則發(fā)起固定長度(如FIFO深度)的DMA讀傳輸，DMA傳輸完畢后用ANSIC標準函數(shù)fwrite()把數(shù)據寫入PC機的數(shù)據文件。
對于存儲在PC機上的數(shù)據激勵文件，NiosⅡIDE首先通過ANSIC標準函數(shù)fread()讀入NiosⅡ的數(shù)據存儲器，在查詢DMA寫從外設中FIFO未滿時，把數(shù)據寫入外部的FIFO，完成數(shù)據激勵文件的傳輸。
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