基于FPGA的可層疊組合式SoC原型系統(tǒng)設(shè)計

　　對于JTAG信號，TMS和TCLK是共用信號，所以JTAG控制模塊主要控制TDI和TDO的連接關(guān)系。其中Top_enable信號由板卡外部輸入，當(dāng)有板卡連接時，Top_enable有效，否則為無效。Bottom_enable信號由板卡上撥碼開關(guān)控制。
　　當(dāng)頂層連接器和底層連接器都不接外部板卡時， JTAG控制器模塊內(nèi)部連接關(guān)系如圖3所示，即Bypassed模式。當(dāng)頂層連接器上有板卡連接時，Top_enable有效，JTAG鏈要經(jīng)過頂層的板卡環(huán)路到主板，JTAG控制器模塊內(nèi)部連接關(guān)系如圖4所示。

　　如果底層連接器上有板卡連接，則Bottom_enable有效，JTAG鏈要經(jīng)過底層的板卡環(huán)路到主板，JTAGController模塊內(nèi)部連接關(guān)系如圖5所示。如果頂層和底層的連接器上都有板卡連接，即top_enable和Bottom_enable都有效，JTAG鏈要經(jīng)過頂層和底層的板卡再環(huán)路到主板，JTAGController模塊內(nèi)部連接關(guān)系如圖6所示。

　　整個SoC驗證模塊上共有4組這樣的連接器，每組連接器都有各自的JTAG控制器。
2 SoC原型模塊層疊方法
　　單FPGA的方案無法滿足驗證所需要的邏輯規(guī)模，可以采用多個模塊層疊組合的方式來構(gòu)建更大規(guī)模的SoC驗證系統(tǒng)。借助EDA軟件，如Synplify公司的Certify軟件，可以將規(guī)模較大的RTL設(shè)計劃分成多個模塊，分別下載到多個FPGA上實現(xiàn)驗證。這就要保證層疊組合在一起的多個板卡上FPGA的JTAG鏈相互連接構(gòu)成一個完整的回路，實現(xiàn)配置和測試的一致性。
　　沒有任何層疊擴展的SoC原型模塊JTAG環(huán)路如圖7所示，原型模塊的JTAG連接器通過下載電纜和PC主機的EDA軟件聯(lián)通起來。板上的JTAG信號經(jīng)過FPGA主芯片后，閉環(huán)反饋給PC主機。板上4組連接器沒有連接任何板卡，因此都是Bypassed模式。

2.1 垂直層疊模式
　　垂直層疊模式是將SoC原型模塊邊沿對齊，垂直堆疊連接起來。每個FPGA都可以通過4個連接器與其他FPGA通信，共享最多480個IO管腳。這種模式支持2～4個原型模塊層疊，可以滿足絕大多數(shù)的應(yīng)用。以兩個原型模塊垂直層疊為例，其JTAG環(huán)路示意圖如圖8所示。其中，原型模塊1位于原型模塊2的上方，通過高速連接器A來實現(xiàn)JTAG鏈閉合回路。由于模塊1的A組底層連接器與模塊2的A組頂層連接器相連，因此模塊1的Bottom_Enable開關(guān)要設(shè)置為使能狀態(tài)。