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一种基于CPLD的高速JTAG调试器的设计与实现
摘要：
本文介绍了一种基于CPLD的高速JTAG调试器的设计与实现。该调试器采用了USB3.0接口连接主机，具有高速传输、稳定性好、容易制作和维护等特点。在设计过程中，采用了状态机设计方法、FIFO用于缓存数据和状态转移，实现了调试器与目标系统的通讯。测试结果表明，该调试器具有较高的速度和可靠性，并能在工业环境下稳定运行。
关键词：CPLD；JTAG调试器；USB3.0接口；状态机；FIFO
引言
现代计算机系统中，软件和硬件紧密结合，软件的调试、测试是整个系统开发过程中不可缺少的一环。JTAG(联合测试动态架构)是一种基于IEEE标准1149.1的调试、测试标准，被广泛应用于数字电路板级和系统级综合测试等领域，成为了现代数字系统设计的一种重要技术手段。
随着芯片集成度的提高，设计规模的扩大和系统复杂性的增加，传统的JTAG调试器存在着诸多局限，如速度慢、连接不稳定、容易出错等问题。针对这些问题，许多研究者提出了各种改进的方案，例如采用高速接口、结合状态机设计等等。
本文介绍一种基于CPLD的高速JTAG调试器的设计和实现，该调试器采用了USB3.0接口连接主机，具有高速传输、稳定性好、容易制作和维护等特点。在设计过程中，采用了状态机设计方法、FIFO用于缓存数据和状态转移，实现了调试器与目标系统的通讯。测试结果表明，该调试器具有较高的速度和可靠性，并能在工业环境下稳定运行。
1.调试器硬件设计
该调试器的主要硬件组成部分有三个：USB3.0接口模块、CPLD、和JTAG接口。其中，USB3.0接口模块用于与主机连接，CPLD用于实现状态机控制以及数据缓存等功能，JTAG接口用于与目标系统连接。
1.1USB3.0接口模块
在本设计中，采用了具有较高稳定性的Cypress公司的CYUSB3014芯片作为USB3.0接口控制器。该芯片提供了多个管脚以便于调试和测试，并且可以通过官方提供的API开发工具实现相应的软件控制。
1.2CPLD设计
CPLD为本设计中的核心部件，用于实现JTAG调试器的控制与数据传输。本设计中采用altera公司的EP1C3T144C8N型号的CPLD芯片，该芯片有144个引脚，具有比较强的控制能力。
在设计过程中，采用状态机控制的方法，实现了调试器与目标系统的通讯。在具体实现中，使用FIFO缓存数据和状态转移，从而保证了数据的传输稳定性。
1.3JTAG接口
JTAG接口用于与目标系统的JTAG端口进行连接，从而实现调试器与目标系统的数据传输和控制。
2.调试器软件设计
本设计中的调试器软件主要分为两个部分：USB3.0接口驱动程序和JTAG调试程序。
2.1USB3.0接口驱动程序
USB3.0接口驱动程序是本设计中的核心部件，使用Cypress公司提供的API开发工具实现。该驱动程序能够与CYUSB3014芯片通讯，实现数据的接收和发送，并保证数据传输的稳定性和可靠性。
2.2JTAG调试程序
JTAG调试程序用于控制CPLD并与目标系统进行数据传输和控制。本设计中使用C++图形化编程工具QT实现程序开发。QT提供了强大的图形化界面设计工具，使得程序开发更加直观简便。
实验结果表明，本设计中的JTAG调试器具有较高的性能和稳定性，能够在工业环境下稳定运行。
结论
本文介绍了一种基于CPLD的高速JTAG调试器的设计和实现。该调试器采用了USB3.0接口连接主机，具有高速传输、稳定性好、容易制作和维护等特点。在设计过程中，采用了状态机设计方法、FIFO用于缓存数据和状态转移，实现了调试器与目标系统的通讯。测试结果表明，该调试器具有较高的速度和可靠性，并能在工业环境下稳定运行。