X射線探測器讀出電子學FPGA的遠程升級及調試.pdf

1、X射線二維硅像素探測器是針對北京同步輻射光源對X射線探測器的重大技術需求所研制的新型儀器。該探測器系統(tǒng)主要由五部分組成，分別為:硅傳感器陣列、前端讀出電子學、前端系統(tǒng)結構及封裝、實時數(shù)據傳輸及處理和后端數(shù)據采集系統(tǒng)。其中，前端讀出電子學PCB板上包含用于數(shù)據緩沖處理的現(xiàn)場可編程門陣列(Field programmable gate array，F(xiàn)PGA)。整個探測器工作在輻射環(huán)境中，且前端電子學部分被放置在密封的冷卻容器中。本文即針對前

2、端電子學的FPGA設計遠程升級方案，使得在不打開冷卻容器的情況下，脫離專用的(USB-JTAGUniversal serial bus-joint test action group)下載線纜對FPGA進行靈活可靠的遠程升級和調試。
　　本文基于傳統(tǒng)的以ARM微處理器為主控的設計思想，采用Xilinx的一種新型全可編程片上系統(tǒng)(All programmble System-on-Chip，AP SoC)架構的Zynq-7000可拓

3、展處理平臺作為主控芯片，針對FPGA的JTAG接口配置方式進行遠程升級系統(tǒng)的設計。Zynq-7000單芯片集成了ARM和FPGA硬件資源，整體設計包括硬件和軟件兩部分。硬件部分包括芯片的選擇、原理圖和PCB的設計、Zynq處理器系統(tǒng)的模塊化搭建以及JTAG模擬驅動器的IP核代碼設計。軟件部分首先需要移植FreeRTOS操作系統(tǒng)和LwlP協(xié)議棧，然后使用C語言基于Xilinx虛擬線纜(Xilinx visual cable，XVC)協(xié)議編

4、寫JTAG Server程序，最終實現(xiàn)升級系統(tǒng)與上位機軟件的TCP/IP數(shù)據通信。文章最后對遠程升級系統(tǒng)進行了功能和性能測試，結果表明本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)靈活可靠的基于網絡的FPGA的遠程更新和調試。
　　本文設計的FPGA遠程升級系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。首先，使用的Zynq芯片集ARM和FPGA的功能與優(yōu)勢于一體，在提高系統(tǒng)性能的同時，大大降低了硬件設計的復雜度。其次，本設計基于XVC協(xié)議，直接針對TCP/IP網絡和FPGA的JTAG接口進行應