FPGA (Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列,这种集成电路芯片可以给客户提供大量的逻辑资源。用户可以根据自身的需求,通过改变芯片的配置信息对其功能进行定义,从而实现不同的应用功能。JTAG (Joint Test Action Group)电路是FPGA芯片中非常重要的一个电路模块,它是在芯片内部逻辑电路周围增加一个边界扫描寄存器链和相应的JTAG控制器模块。现在广泛使用的FPGA芯片内部几乎都设计了JTAG电路,增加JTAG电路的意义在于,它可以更加方便的对芯片内部逻辑功能和芯片外部引脚互连的正确性进行测试,另外还可以通过JTAG电路对FPGA芯片进行在系统编程。总之,JTAG电路可以提高FPGA芯片测试以及编程的灵活性,极大的促进了FPGA芯片的发展和应用。本文选题来源于西安智多晶微电子有限公司FPGA芯片设计项目中的子项目,重点设计了一个JTAG控制器电路模块,主要工作内容如下。1.使用Verilog语言对JTAG控制器模块及其子模块进行了RTL(Register Transfer Level)级的设计,设计的边界扫描测试逻辑功能符合IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1149.1标准,可以实现IEEE 1149.1标准中规定的各种测试模式,以及在不同测试模式下的逻辑功能。设计的JTAG控制器电路模块包含以下几个子模块：(1)状态控制器模块,包括JTAG中的TAP (Test Access Port)控制器和控制在系统编程的状态机；(2)指令寄存器和指令译码器模块；(3)测试数据寄存器模块,包括旁路寄存器和器件标识寄存器。2.在JTAG控制器中设计了控制在系统编程功能的状态机模块以及相应的指令系统,该逻辑功能符合IEEE 1532标准,可以对FPGA芯片进行在系统编程,提高了芯片编程的灵活性。此外,在JTAG控制器中的指令寄存器和指令译码器中加入了对FPGA芯片中嵌入的eFlash和SRAM (Static Random Access Memory)模块进行操作的指令,用于配合芯片的在系统编程功能。3.设计了针对该电路模块的功能仿真平台,并对所设计的电路模块进行了功能仿真,仿真结果表明该电路模块实现了全部预期的逻辑功能,验证了所设计的电路模块逻辑功能的正确性。在RTL级电路模块设计完成和功能仿真正确之后,使用综合工具对所设计的代码进行综合,结果表明所设计的全部RTL级代码均可以使用综合工具生成电路原理图。4.根据设计指标中的时序参数选择仿真路径,并通过测量版图中连线的长度建立线载模型,在此基础上设计仿真电路对所设计的电路模块的主要时序参数进行了仿真。将时序仿真的结果和设计指标进行对比,仿真结果符合设计指标。设计了电路模块的版图,并通过后仿真保证了版图的正确性。对电路模块进行了芯片级功能测试,确保了所设计的电路模块在实际芯片中可以正确实现逻辑功能。总之,本论文中设计的RTL级电路模块可以给FPGA芯片提供一个逻辑功能正确,可综合生成电路原理图的JTAG控制器,电路时序符合设计指标,并且电路模块在实际的芯片中正确实现了逻辑功能,完成了论文的预期目标。