刘 剑，赵 赟

(中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏 扬州 225101)

0 引 言

现场可编程门阵列(FPGA)远程调试由于不受调试线缆传输距离的限制，大量学者近年来对其在船舶、核实验等工况环境下的应用展开了研究[1-4]。赛灵思虚拟电缆(XVC)[5]协议是一种基于TCP/IP的网络通信协议，适用于FPGA远程JTAG接口加载与调试，薛等[6]基于ARM单芯片实现了XVC协议的多目标FPGA菊花链式远程网络调试，但其JTAG加载性能较差。随着可编程SoC和AXI总线标准的快速发展和应用，李[7]和薛[8]分别采用软核和硬核可编程片上系统(SoPC)实现了AXI转JTAG方式的XVC远程调试，SoPC远程调试系统相较于ARM进一步提升了远程调试的加载性能。但目前XVC远程调试方案在FPGA加载速度和效率方面普遍仍低于传统JTAG线缆，这限制了XVC协议在大容量、多目标FPGA远程调试和加载方面的进一步推广和应用。

本文从基于SoPC的XVC协议性能优化方面开展研究，提出一种改进型JTAG转换器结构，引入AXI-DMA[9]和非阻塞IO传输机制，提高XVC协议的JTAG数据转换速率，最终得到性能优化的FPGA远程调试系统。

1 系统结构

基于ZYNQ硬核SoPC构建XVC远程网络调试系统，系统结构如图1所示。ZYNQ SoPC用于远端目标FPGA的JTAG接口控制，其可编程逻辑(PL)部分用于构建XVC协议专用JTAG数据转换器，具有逻辑加速的特性，并通过处理器系统(PS)的高性能(HP)从机AXI总线接口，JTAG-DMA转换器主动地执行高效率数据传输；在以ARM处理器为核心的PS部分，Linux内核模块管理PL端JTAG转换器的DMA读写驱动，XVC服务器软件适用于操作JTAG-DMA设备进行多目标FPGA的JTAG信号同时传输；本地计算机与ZYNQ SoPC通过以太网-局域网互联，XVC客户端以点对点或交换的方式连接远端XVC服务器下特定端口，对指定的目标FPGA进行远程加载与调试。……