FPGA应用系统无线调试下载装置的制作方法

本发明涉及fpga(field－programmablegatearray，现场可编程逻辑门阵列)相关技术领域，特别涉及一种fpga应用系统无线调试下载装置。

背景技术：

相关技术中，(1)fpga下载器，独立的一个下载调试模块，一端通过usb(universalserialbus，通用串行总线)线缆与调试计算机互联，另一端通过线缆与jtag(jointtestactiongroup，联合测试行为组织)接口互联，目前使用非常普遍，比较适合单板开发过程中的调试，fpga应用系统在下载调试时需将模块单独拿出或在模块前面板预留jtag接口。

(2)板载usb-jtag下载器，将usb接口芯片+协控制器或usb转串行接口芯片直接做到模块板卡上，对外只预留一个usb接口，调试时通过usb线缆与调试计算机互联。

(3)无线usb传输技术，基于无线运行，启用新标准，可利用现有usb基础设施实现无线传输，符合usb规范，允许无线设备和扩充口在usb协议下通信。

然而，(1)fpga下载器使用时需要连接usb线缆和jtag端线缆，fpga应用系统模块在调试下载时需将模块单独拿出并单独供电，单端供电有电源接反、短路等风险；如模块前面板预留了jtag接口，可直接将jtag线缆连接到面板预留接口进行调试，调试接口需做好静电保护设计，避免长期插拔过程损坏控制器件，面板调试接口应用不能满足系统的电磁兼容设计要求。

(2)板载usb-jtag下载器需要每个板卡模块都设计到板上，调试人员无需自带fpga下载器，直接通过usb线缆互联即可调试下载，使用较为方便，但每个板卡模块上都需要设计usb-jtag下载器，会占用一定的空间，增加板卡功耗，同时造成资源浪费，usb接口同时占用面板空间。

(3)基于无线usb传输技术实现在线下载调试模块，需要将usb接口协议数据通过无线方式发送出去，其中包括了很多usb协议信息，会对传输载波频率和带宽有很高的要求，同时会带来比较长的延时，造成调试工具无法找到设备或不能及时得到响应；接收端需要解析usb协议信息，并将其转换为jtag信息，给设计增加了难度；此方法只能实现两个无线usb端之间的传输，如需同时连接多个设备，需在调试计算机上连接多个无线usb端，占用较多usb口，如使用ma-usb技术，需要得到ma-usb认证，同时需要操作系统的驱动更新支持。

相关技术主要采用有线的方式实现下载调试，无线usb传输技术目前还未得到很好的支持和应用。

技术实现要素：

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现作出的：

在多片fpga和多板卡协同工作的系统集成环境中，每一片fpga都涉及到在线调试和代码下载固化，每个下载链路都需要通过usb线缆与调试计算机互联，才能实现计算机与被调试设备之间的数据传输，调试中还需不停地插拔切换不同下载链路。在一些特殊应用场合使用非常不便，如系统机箱上架后较高，插拔usb线缆会非常不便，同时增加线缆的长度，导致传输信号衰减严重，造成长时间在线调试和大量数据下载不稳定；如系统机箱设计为后插，机柜移动不方便，插拔线缆会显得非常不方便；同时设备之间通过调试线缆互联会造成隔离设备间共地，导致设备工作异常。

fpga应用系统中涉及到多片fpga协同工作和多模块同时工作，如果通过切换线缆去调试下载单模块中fpga，会降低调试效率，如果同时存在多个相同型号的模块，容易造成设备不易区分，给调试带来极大不便。

结合系统集成技术和通用vpx、cpci(compactperipheralcomponentinterconnect，紧凑型pci)等系统规范，增加本发明中系统调试下载链路自动串联和jtag信号无线传输，实现无物理连接的系统多设备调试下载装置。

fpga都通过jtag接口协议完成器件的代码加载和在线调试，标准jtag接口中模式选择tms和时钟tck可以一驱多，上一级设备的数据输出tdo接入下一级的数据输入tdi，以菊花链的方式实现多设备的串联，最终汇总到一个jtag接口，通过无线传输与调试计算机互联。单模块上多片fpga的jtag接口、对外预留jtag接口和通用规范定义的底板jtag接口通过cpld(complexprogrammablelogicdevice，复杂可编程逻辑器件)进行智能管理，自动判断无线usb设备是否接入，模块是否为系统主设备，jtag链路的自适应串联。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种fpga应用系统无线调试下载装置，该装置有效保证了jtag信号的实时性，调试中响应及时，和有线连接调试具有相同的效果。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种fpga应用系统无线调试下载装置，包括：调试计算机端，用于通过单通道高速usb转多功能uart/fifo芯片实现usb到jtag的转换，并且转换输出通用jtag信号tms、tck、tdo和tdi，所述jtag信号tms、tck和tdo通过超高频载波，并以ask方式进行调制，经放大处理后通过微带天线发送输出；fpga系统主控端，所述fpga系统主控端与所述调试计算机端无线通信，其中，发送端的各路通过不同载波频率以ask方式完成信号的调制和实时发送，且接收端通过带通滤波器完成对应通道的信号选择，并完成解调、放大和整形处理。

本发明实施例的fpga应用系统无线调试下载装置，通过无线传输jtag信号解决有线连接在使用中带来的不便和问题，在调试计算机端与系统主控端jtag信号无线传输中，发送端各路通过不同载波频率以ask方式完成信号的调制和实时发送，接收端通过带通滤波器完成对应通道的信号选择，并完成解调、放大和整形处理，整个无线传输过程中不涉及设备间通信协议的解析，从而有效保证了jtag信号的实时性，调试中响应及时，和有线连接调试具有相同的效果。

另外，根据本发明上述实施例的fpga应用系统无线调试下载装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调试计算机端通过usb端口供电，且在预设工况下，通过外部供电模式供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述调试计算机端的jtag信号采用不同载波频率进行信号实时传输，载波频率包括315mhz、1200mhz、433mhz和868.3mhz。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：多fpga设备背板串联，用于通过系统背板各模块槽位定义的jtag信号，并通过tdo和tdi串联实现数据通道的串联，tms和tck采用一驱多的方式连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：多fpga设备无线串联，系统内各模块都设计jtag无线传输功能，通过选择tdo超高频发送通道的本振频率和tdi超高频接收通道带通滤波器参数，实现两个模块tdo和tdi之间的无线连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用ask的调制原理，载波幅度随着调制jtag信号而变化，以在所述调试计算机端和所述fpga系统主控端产生通信。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过增加tdo信号和tdi信号的不同载波频率完成多设备的jtag链路无线串联。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的fpga应用系统无线调试下载装置的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的多fpga设备无线串联的结构示意图；

图3为根据本发明一个实施例的无线下载装置fpga系统应用的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的fpga应用系统无线调试下载装置。

图1是本发明一个实施例的fpga应用系统无线调试下载装置的结构示意图。

如图1所示，该fpga应用系统无线调试下载装置10包括：调试计算机端100和fpga系统主控端200。

其中，调试计算机端100用于通过单通道高速usb转多功能uart/fifo芯片实现usb到jtag的转换，并且转换输出通用jtag信号tms、tck、tdo和tdi，jtag信号tms、tck和tdo通过超高频载波，并以ask方式进行调制，经放大处理后通过微带天线发送输出。fpga系统主控端200fpga系统主控端与调试计算机端无线通信，其中，发送端的各路通过不同载波频率以ask方式完成信号的调制和实时发送，且接收端通过带通滤波器完成对应通道的信号选择，并完成解调、放大和整形处理。本发明实施例的装置10整个无线传输过程中不涉及设备间通信协议的解析，有效保证了jtag信号的实时性，调试中响应及时，和有线连接调试具有相同的效果。

具体而言，调试计算机端100通过单通道高速usb转多功能uart/fifo芯片实现usb到jtag的转换，转换输出通用jtag信号tms、tck、tdo和tdi；jtag信号tms、tck和tdo通过超高频载波，以ask方式进行调制，经过放大后通过微带天线发送输出。fpga系统主控端200设置于fpga应用系统中主控槽位控制板，可通过超高频与调试计算机端进行无线收发传输，将解调、放大、整形后的jtag信号于系统设备连接。其中，tck用来测试时钟输入；tdi用来测试数据输入，数据通过tdi输入jtag口；tdo用来测试数据输出，数据通过tdo从jtag口输出；tms用来测试模式选择，tms用来设置jtag口处于某种特定的测试模式。

进一步地，在本发明的一个实施例中，调试计算机端100通过usb端口供电，且在预设工况下，通过外部供电模式供电。

在本发明的一个实施例中，调试计算机端的jtag信号采用不同载波频率进行信号实时传输，载波频率包括315mhz、1200mhz、433mhz和868.3mhz。

具体而言，调试计算机端100通过usb端口供电，例如，使用远距离下载调试，需要增大发射端功率，可使用外部供电模式；调试计算机端100的jtag信号采用四种不同载波频率进行信号实时传输，载波频率f1为315mhz，f2为1200mhz，f3为433mhz，f4为868.3mhz。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置10采用ask的调制原理，载波幅度是随着调制jtag信号而变化的，在调试计算机端100和fpga系统主控端200产生通信。

本发明实施例通过fpga系统主控端200的jtag链路，结合系统背板中的jtag链路串联，最终实现fpga应用系统中所有模块中fpga的jtag链路串联，最终通过无线传输，完成系统所有设备的下载调试，此方式比较适合用于设备数较多的fpga应用系统中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，通过增加tdo信号和tdi信号的不同载波频率完成多设备的jtag链路无线串联。

具体而言，本发明实施例通过增加tdo和tdi信号的不同载波频率，完成多设备的jtag链路无线串联，为了减少频段间的干扰，此方式比较适合用于设备数较少的fpga应用系统中。

无线下载装置fpga系统应用如图2所示，设备机箱中的一块板卡作为fpga系统主控端200，负责无线jtag信号的收发，调试计算机端100通过usb接入无线调试下载装置，实现fpga应用系统的fpga的在线调试和下载功能。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，本发明实施例的装置10还包括：多fpga设备背板串联300。其中，多fpga设备背板串联300用于通过系统背板各模块槽位定义的jtag信号，并通过tdo和tdi串联实现数据通道的串联，tms和tck采用一驱多的方式连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，本发明实施例的装置10还包括：多fpga设备无线串联。其中，多fpga设备无线串联，系统内各模块都设计jtag无线传输功能，通过选择tdo超高频发送通道的本振频率和tdi超高频接收通道带通滤波器参数，实现两个模块tdo和tdi之间的无线连接。

另外，fpga应用系统中模块插入自动检测，通过监测自动串联背板对应模块的jtag链路。系统中各模块设计jtag主/从模式检测信号，系统主控端jtag为主模式，主控端控制其它槽位模块都为从模式，并通过背板串联起来。

本发明实施例具有以下有益效果：

(1)解决有线调试带来的不便和局限性。

(2)应用系统中只需在主控端设计无线jtag即可对整个应该系统模块中fpga进行调试下载。

(3)不再考虑jtag接入时是否电平匹配，不再因电平不匹配而损坏设备链路。

(4)选择频段不会对通用无线设备造成影响。

(5)不使用时可以选择关掉jtag无线传输功能，降低功耗。

(6)调试设备时可以远离系统散热风扇等带来的噪音，提高调试效率。

根据本发明实施例提出的fpga应用系统无线调试下载装置，通过无线传输jtag信号解决有线连接在使用中带来的不便和问题，在调试计算机端与系统主控端jtag信号无线传输中，发送端各路通过不同载波频率以ask方式完成信号的调制和实时发送，接收端通过带通滤波器完成对应通道的信号选择，并完成解调、放大和整形处理，整个无线传输过程中不涉及设备间通信协议的解析，从而有效保证了jtag信号的实时性，调试中响应及时，和有线连接调试具有相同的效果。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。