X射線探測器讀出電子學(xué)FPGA的遠(yuǎn)程升級(jí)及調(diào)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(shù)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(xué)、前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及封裝、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及處理和后端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中，前端讀出電子學(xué)PCB板上包含用于數(shù)據(jù)緩沖處理的現(xiàn)場可編程門陣列(Field programmable gate array，F(xiàn)PGA)。整個(gè)探測器工作在輻射環(huán)境中，且前端電子學(xué)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(xué)的FPGA設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程升級(jí)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(jìn)行靈活可靠的遠(yuǎn)程升級(jí)和調(diào)試。
　　本文基于傳統(tǒng)的以ARM微處理器為主控的設(shè)計(jì)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(gòu)的Zynq-7000可拓

3、展處理平臺(tái)作為主控芯片，針對FPGA的JTAG接口配置方式進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。Zynq-7000單芯片集成了ARM和FPGA硬件資源，整體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、Zynq處理器系統(tǒng)的模塊化搭建以及JTAG模擬驅(qū)動(dòng)器的IP核代碼設(shè)計(jì)。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(shí)現(xiàn)升級(jí)系統(tǒng)與上位機(jī)軟件的TCP/IP數(shù)據(jù)通信。文章最后對遠(yuǎn)程升級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行了功能和性能測試，結(jié)果表明本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活可靠的基于網(wǎng)絡(luò)的FPGA的遠(yuǎn)程更新和調(diào)試。
　　本文設(shè)計(jì)的FPGA遠(yuǎn)程升級(jí)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(shí)，大大降低了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。其次，本設(shè)計(jì)基于XVC協(xié)議，直接針對TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和FPGA的JTAG接口進(jìn)行應(yīng)