一种通用型JTAG调试器的设计

网口与PC部分的集成开发环境通信。本系统中使用的网卡芯片为LAN91C111。

ARM7TDMI JTAG IPcore，仿真调试IPcore，需要自主开发。其内部逻辑用Verilog语言实现，然后按照Altera IPcore的标准编写IPcore描述文件，最后挂在三态总线上，完成全部调试功能。

TCK发生器，TCK脉冲产生逻辑，需要自主开发。它利用Nios的时钟生成TCK信号，作为时钟来驱动ARM7TDMI JTAG IPcore。它被做成一个小的功能模块，通过PIO与三态总线通信。

上述所介绍的IPcore使用Altera公司的开发工具Quartus II编译，最后下载到Altera FPGA中。本系统使用的CPGA芯片是Cyclone系列的EPlCl2。该芯片包含12 060个逻辑单元，具有239 616位RAM，片上集成2个锁相环，最大用户I／O引脚达到249个。

该硬件结构很好地体现了SOPC的概念，所有的IPcore（包括Altera公司发布和自主开发的）集成在一片FPGA上。一个片上系统就基本包含了在线仿真器的绝大部分功能，任何硬件结构设计的变化都在该片FPGA上，这使得通用在线仿真器这个概念得以实现。对其他芯片在线仿真，只需更改ARM7TDMI JTAG IPcore模块，重新下载到FPGA中，便可以对另一种处理器芯片进行在线仿真。该IPcore用Verilog语言实现，保存为armjtag.v文件。通过Quartus II里的SOPC Builder可以将该文件生成组件，再将其加入Nios系统中。

2.2 软件设计与实现

本系统的软件部分包括2个模块：一是PC端的开发调试界面，二是调试器里面的控制程序。2个模块通过TCP／IP协议通信。

PC端开发调试界面的主要功能是接收用户的调试命令，并显示调试结果。这是系统与用户进行交互的唯一方式。开发调试界面对上给用户提供统一的调试功能接口，对下给调试器提供统一的调试命令。本系统使用VisualC++开发。

调试器是自从计算机诞生伊始就始终伴随着程序员的一个挚友，起初的调试器都是基于硬件直接实现的。直到计算机行业有了比较突出的发展之后，商业化的软件调试器才与计算机程序编写工作人员们见面。作为软件维护与错误修正的一个最重要、最直接，也是必不可少的一种机制，中央处理器制造商也在不厌其烦地在CPU物理结构上支持着调试这种行为。调试器里的控制程序主要功能是将上层用户调试命令转换成特定的JTAG指令序列，并控制IPcore将其发送出去，同时接收JTAG反馈信息并发送回用户界面。本系统使用Nios IDE来开发。在Nios IDE的工程属性中加入LwIP和μC／OS组件。主程序首先初始化μC／0S，初始化LwIP协议栈，再启动μC／OS。所有程序控制放在μC／OS的OSStart（）任务里。该任务首先建立一个套接字，然后在死循环中等待数据到来。当收到来自PC端的调试命令后，从数据包中分离出命令字和参数，将命令字转换成IPcore需要的调试命令，通过Avalon总线将其发送到IPcore，并等待IPcore工作完成。最后将IPcore传回的数据打包发回PC端。

目前提供的通用调试命令如表1所列。

在TCP／IP数据包中，有效数据为12字节。第1至4字节是命令代码，第5至8字节为命令参数1，第9到12字节为命令参数2。命令参数1和命令参数2是否有效取决于命令代码。主控制程序收到数据包后，将命令代码发往JTAG IPcore的指令端口地址，并根据命令代码向参数端口地址发送命令参数1。

在SOPC的硬件系统设计中，所有的外设都是统一编址。将JTAG IPcore的指令端口地址和参数端口地址分别设置成0x00910850和0x00910860，端口位宽为32位。因此在程序里，往IPcore发送指令只需要往地址0x00910850写32位数据；往IPcore发送参数只需要往地址Ox00910860写32位数据。反馈数据端口地址设置成Ox00910870，端口位宽为32位。

2.3 JTAG IPcore的实现

JTAG IPcore是本调试器的核心，下面简单介绍一下该部分的实现。

IPcore的接口如图3所示。

该IPcore的对外接口由两部分组成：一是与Avalon总线通信的接口部分，即图中的左边部分；二是与被调试CPU通信的接口部分，即图中的右边部分。另外，在整个实现中，定义了一些重要的寄存器。

“reg[3000：O]tms，tdo分别用来存放完成当前操作的tms序列和tdo序列。像访问存储器这样的操作需要很长的tms序列和tdo序列，因此用了3001位。IPcore每次从这2个寄存器读取1位后，就向对应的引脚发送数据。tdi寄存器只用了134位，因为不是每个tdi输入对JTAG调试都有用。parmreg寄存器用来存放总线上传来的参数。tdidata寄存器用来存放从tdi引脚读取的有效数据，将被发送到Avalon总线。

Avalon总线上来的指令发送到ins[31：0]端口。在调试器主程序里判断指令，做出相应的动作。当IPcore读取到某个指令后