一種基于SoPC的FPGA在線測試方法

摘要：針對Altera公司現有FPGA在線測試方法無法適應大批量測試／激勵數據自動傳輸的情況，論文提出了一種基于SoPC的FPGA在線測試方法，該方法采用Nios II控制數據傳輸過程、DMA協助數據傳輸、FIFO作為數據暫存，采用自定義外設完成了DMA模塊與FIFO的接口設計，從而DMA可以直接操作FIFO，測試結果表明該方法是一種可行且高效的FPGA在線測試方法。創新性在于充分利用JTAG接口完成FPGA的在線測試，同時測試數據能夠寫入PC中的文件／激勵數據從文件讀出。
關鍵詞：在線測試：SoPC；DMA；Host-Base File System

可編程邏輯器件供應商Altera公司針對FPGA的開發推出了6種系統在線測試方法：SignalTapⅡ、SignalProbe、Logic Analyzer Inter-face、In-System Sources and Probes、In-System Memory Content Editor以及Virtual JTAG。上述各種在線測試方法中，只有最后兩種方法允許PC和FPGA進行基于文件的數據交互。而In-System Memory Content Editor只允許用戶手動更新FPGA片上RAM的內容，不利于測試數據的大規模自動采集和傳輸。Virtual JTAG雖然可以實現測試數據采集和傳輸的自動控制，但是需要利用TCL接口函數編寫代碼，而且要求用戶對JTAG有深入的了解，增大了開發難度。本文提出了一種基于SoPC的FPGA在線測試方法，是對現有FPGA在線測試方法的一種有效的補充。

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