АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДИСТАНЦИОННОЙ ОТЛАДКИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ПЛИС

А.А. СКИТЕВ, М.М. СТЕПАНОВ, В.Ю.ЗАЙЦЕВ

В работе рассматривается подход к использованию сетевых технологий для выполнения ориентированной на уровень регистровых передач удаленной отладки цифровых устройств на ПЛИС, основанный на концепции «виртуального стенда» для формирования тестовых воздействий и отображения выходных состояний при помощи конфигурируемого пользователем графического интерфейса.

В НИЯУ МИФИ на кафедре № 12 Компьютерные системы и технологии, в развитие концепции дистанционного образования, ориентированной как на теоретическую, так и практическую подготовку, разработана система удаленного доступа к лабораторным стендам для тестирования и отладки проектов на ПЛИС. В отличие от существующих систем, позволяющих отлаживать проекты только на стендах, подключенных непосредственно к компьютеру пользователя, разработанная система обеспечивает удаленный доступ к стендам через сеть с использованием стандартных протоколов стека TCP/IP, в том числе и через сеть Internet. Разработанная система состоит из двух частей – программной и аппаратной. На рис. 1 приведена обобщенная структурная схема системы.

Рисунок 1 – Структурная схема программно-аппаратного комплекса дистанционной отладки проектов на ПЛИС

Программная часть системы включает в себя графический интерфейс пользователя и средства сетевого взаимодействия с отладочным стендом. Рассматривались два варианта построения сетевой части системы. Первый вариант – система с толстым клиентом – предполагала установку на пользовательскую машину дополнительного программного обеспечения (ПО), которое позволяло бы осуществлять взаимодействие пользователя непосредственно с отладочной платой через сеть. У данного варианта есть два недостатка, а именно необходимость установки дополнительного ПО на машину пользователя и потеря возможности аутентификации пользователей и разделения ресурсов между несколькими пользователями при непосредственном доступе пользователя к плате.

Второй вариант – система с тонким клиентом – не требует установки на пользовательскую машину дополнительных программ, т.к. использует в качестве клиента стандартный web-браузер. Данный вид построения системы предполагает наличие в сети сервера, который выполняет функцию web-сервера для клиента, а так же является промежуточной ступенью во взаимодействии пользователя с отладочным стендом. Это дает возможность проводить аутентификацию пользователей и контролировать время, на которое каждый пользователь может занимать стенд.

Аппаратная часть включается в состав проекта, загружаемого на кристалл ПЛИС. В состав модуля, подключаемого к проекту, входят сетевой интерфейс, обеспечивающий взаимодействие через сеть с программной частью, устройство управления, выполняющее разбор принятых пакетов и, при необходимости, формирование ответных, и набор регистров, через которые устройство управления осуществляет ввод/вывод информации в тестируемый модуль.

Предложенный подход для удаленной отладки цифровых устройств на ПЛИС имеет широкий спектр применения. Подобная система может быть использована как для организации удаленного доступа в учебные лаборатории вуза при дистанционном обучении, так и коммерческими фирмами для предоставления удаленного доступа к стендам сторонним разработчикам, в том числе и на платной основе. Еще один вариант применения - дистанционное функциональное диагностирование распределенных систем как в автоматическом режиме, так и по командам оператора.

1. 1.Олифер В.Г. , Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - П.: Питер, 2010. - 943 С..
2. 2.Frank Vahid, Digital Design with RTL Design, Verilog and VHDL - John Wiley and Sons, 2010. – С.247 - 310 .