基于JTAG接口实现ARM的FPGA在线配置

随着通信技术的快速发展，多标准的接入和兼容性问题日益凸显。为了解决这一问题，软件无线电（SDR）技术应运而生，它要求通信终端具备可重配置能力，能够根据不同的通信网络情况动态调整通信方案。SDR终端的实现通常基于可重配置的硬件环境，如现场可编程逻辑阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）等，而非专用集成电路（ASIC）。在硬件可重配置领域，动态配置FPGA是一种关键技术。本文介绍了一种基于ARM的嵌入式Linux系统，通过JTAG接口动态配置FPGA的方法，旨在为软件无线电应用中实现可重配置的移动终端提供一种新的技术手段。 在基于ARM的嵌入式Linux系统中，使用了三星公司的基于ARM9的S3C2410处理器芯片和Altera公司的Cyclone II系列的EP2C70 FPGA芯片。该系统运行的Linux内核版本为2.4.18。Cyclone II系列FPGA支持多种配置方式，包括主动串行（AS）、被动串行（PS）和JTAG方式。JTAG方式作为一种重要的配置方式，具备在不支持解压缩的环境下对FPGA进行配置的能力。 JTAG接口是IEEE Std 1149.1联合边界扫描接口标准的一部分，最初用于芯片测试，后来广泛应用于芯片的在线配置。它包含4个必需信号：TDI（Test Data In）、TDO（Test Data Out）、TMS（Test Mode Select）和TCK（Test Clock），以及一个可选信号TRST（Test Reset）。TAP（Test Access Port）允许外部控制器通过专用的JTAG接口对芯片的内部节点进行测试和调试。 JamSTAPL是Altera公司提供的支持STAPL（标准测试与编程语言）标准的套件。STAPL是一种用于描述可编程逻辑设备（PLD）配置文件的编程语言，由EIA/JEDEC组织制定。JamSTAPL套件包括两部分：JamPlayer（Jam解释器或Jam虚拟机）和Jam配置文件。JamPlayer运行在微处理器中，负责读取Jam文件并解析其中内容，在JTAG接口上产生用于FPGA配置的数据和信号。 在FPGA的配置文件方面，使用Altera公司提供的Quartus II集成开发环境可以生成多种格式的配置文件。然而，在基于ARM的嵌入式Linux系统中，为FPGA进行JTAG下载时，必须使用.jam或.jbc格式的配置文件。 本文所述的方法通过JamPlayer和Jam配置文件，在嵌入式Linux环境下，利用FPGA的JTAG接口实现其在线配置。这种在线配置方法对于软件无线电应用来说，具有十分重要的意义，它为移动终端提供了一种可重配置的实现方式，使终端能够适应多样化的通信标准和需求。此外，该技术也对其他需要在线编程FPGA的应用场景提供了参考和借鉴。 总结来说，本文介绍了一种基于ARM的嵌入式Linux系统中，使用Jam Player和Jam配置文件通过JTAG接口对FPGA进行在线配置的技术方案，强调了其在软件无线电等可重配置系统中的应用价值。同时，通过详细的介绍JTAG接口的工作原理、配置方式、JamSTAPL套件的功能，以及配置文件的格式和生成方法，深入阐述了该技术的实现细节，为相关领域的研究和开发提供了丰富的知识。