W7200 的內核采用32 位的STM32F103CB，通過SPI 與W5200 連接，外部拓展40 個引腳，負責提供該系統的GPIO、I2C、SPI、USB 以及USART接口，集成度高卻具有很低的功耗。W5200 為該公司推出的全硬件TCP/IP 芯片，負責為該系統提供各類硬件TCP/IP 協議、MAC 以及PHY，支持8 個獨立的socket 同時工作。使用該芯片的優勢是通過簡單的socket 編程，用戶便可以輕松實現所需的以太網通信，而不必要處理復雜TCP/IP 協議棧控制。

2 軟件設計

2.1 JTAG 工作方式
JTAG是符合IEEE 1149.1 標準的國際標準測試協議[6]，主要用于各類芯片的內部測試和配置。現在大多數高級器件（包括FPGA、MCU、DSP 以及CPU 等）都支持JTAG 協議。標準的JTAG 接口是4 線接口：模式選擇(TMS)、時鐘(TCK)、數據輸入(TDI)以及數據輸出(TDO)信號線。

JTAG 工作原理是在器件內部定義一個TAP(Test Access Port)測試訪問端口，外部控制器通過TAP 可以訪問芯片提供的所有數據寄存器和指令寄存器。使用JTAG 方式配置FPGA 時，通過TCK 和TMS 的值，選定一個需要訪問的數據/指令寄存器，將其連接到TDI 和TDO 之間。然后由TCK 驅動，通過TDI，把需要的數據/指令輸入到選定的數據/指令寄存器中，同時把對應的寄存器中的值通過TDO 讀出來。JTAG 接口在線編程和調試的特征改變了傳統生產流程，配置效率高，是項目研發階段必不可少的配置模式。

2.2 XVC 協議
XVC 協議是Xilinx 公司推出的一款基于TCP/IP 的虛擬線纜協議[7]，它可發揮類似于 JTAG線纜的作用，允許用戶無需使用USB 線纜而是通過網絡訪問Xilinx FPGA 的JTAG 接口并對其進行高效率的遠程更新與調試。該協議還具有擴展性，可進行安全連接，允許用戶通過編程將其實現于不同的平臺。

XVC 協議內容簡單，使用方便，其基本內容可總結為如下三條指令：
1) getinfo:
該指令用于獲取XVC 服務的版本。當接收到“getinfo:”指令時，該服務將會返回如下的字符串：“ xvcServer_v1.0; ”， 其中，代表了該協議一次能移位發送的字節向量的最大長度。

2) shift:[num bits][tms vector][tdi vector]
該指令表示分別以字節向量TMS vector 和TDI vector 的形式發送num_bits 個二進制數據。其中，num_bits 是一個小端格式的整數，TMS vector和 TDI vector 代表所要發送的TMS 和TDI 的二進制數據。發送過程中，0 字節的0 比特位首先被發送出去，字節向量的長度會根據num_bits 的值向上補齊成最接近的字節數。該指令最終應該返回與TMS vector 向量同樣長度的字節向量TDO vector，代表從JTAG 接口返回的所有的TDO。同樣也是0字節的0 比特位首先被接收回來。

3) settck:[period in ns]
該指令表示將該協議通信的時鐘周期設置為period 納秒。period 同樣是一個小端格式的整數值。使用該指令最終應該返回實際的周期值。

iMPACT 和ChipScope 通過網絡訪問FPGA 的JTAG 接口的基本原理就是基于XVC 協議發送shift指令，實現JTAG-Client 的功能[8]。因此只要ARM微控制器根據shift 指令格式分析數據，便能成功模擬JTAG 時序，實現類似于JTAG-Server 的功能。JTAG-Server 與JTAG-Client 的結構如圖4。

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圖4 JTAG 服務器與客戶端

2.3 FPGA 軟件設計
在本設計中，主控FPGA 負責實現8 片待更新FPGA 的JTAG 鏈路。一組I/O 口用于接收W7200的配置時序，另外8 組I/O 口分別連接8 個LVDS模塊的輸入。一個4 位的撥碼開關用來控制接入JTAG 鏈的FPGA 的個數。

2.4 ARM 軟件設計
本方案使用基于JTAG 的配置方式，W7200 作為配置控制器，其通用I/O 引腳PB12、PB13、PB14、PB15 分別作為JTAG 接口的TMS、TCK、TDO 和TDI。W7200 的工作流程如圖5 所示。其應用程序用C 語言開發生成，Keil MDK 進行編譯調試。主要包括W7200 初始化和指令處理兩部分。

首先，W720 初始化的內容包括：設置系統工作時鐘、中斷、GPIO/SPI、接收與發送緩存大小以及網絡設置。由于iMPACT 軟件每次發送shift 指令的最大長度為2 256 byte，故設置接收緩存區RX_BUF 大小為2 256，而發送緩存區TX_BUF 大小為1178。網絡設置包括選擇打開socket0 進行網絡通信，并設置其通信協議為TCP，端口號為5000，并為其分配IP 地址和MAC 地址。初始化完成后，W7200 會作為TCP server 打開socket0 監聽網絡上的連接請求。

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圖5 更新流程