BSCANE2模块是FPGA中的一个特殊硬核模块

本文转载自：Xilinx技术社区微信公众号

BSCANE2 模块是 FPGA 中的一个特殊硬核模块，是联通外部 JTAG 管脚和 FPGA 内部用户逻辑的一个接口。BSCANE2 的定义和端口描述，可以在对应器件的 Libraries Guide中找到。

比如7系列的定义可以参考 UG768，第4章。

其基本功能介绍，请参考 UG470, 第10章。

在 FPGA 中，JTAG 管脚除了负责原始的芯片测试功能 (IEEE1149.1)，还主要用于下载和调试，比如ILA就是通过 JTAG 接口捕捉内部逻辑信号，送回 ISE 或 Vivado，并在界面上直接显示和控制。BSCANE2 其实就是实现这一内外沟通的关键核心模块，这部分实现对于用户来说是透明的。

那么如何利用BSCANE2 模块，构建用户自己的专用内部扫描链/功能链呢？

本文提供一个基于7系列的 ISE 版本的参考设计。通过 FPGA 的 JTAG 管脚，用户可以直接控制内部的逻辑实现自定义的功能。

UltraScale/UltraScale+ 的 BSCANE2 模块用法和7系列基本相同。

设计说明：

这是一个关于如何使用 BSCANE2 模块的简单实例。基于Xilinx的开发板 KC705，该设计例化了一个 BSCANE2 模块，由 USER1 命令控制。通过 JTAG 接口发送标准和自定义的指令，可以实现：

1. 从运行的设计中读取32位的用户ID；

2. 从 JTAG 接口输入控制 LED灯显示的字符串；

3. 从 JTAG 口向 BRAM 写入32位数据；

4. 从 BRAM 读出32位数据；

5. 向 BRAM 中一次写入1024 bits（可用于 EDK 设计中 bootloader 的修改，升级等）。

指令定义：

该设计的 shift register 定位为33位。其中第32位（从0开始计数）用于区分JTAG发送的是指令还是数据。Bit[32] 为1，则送入的为指令；Bit[32]为0，则送入的为指令对应的数据。其他的 JTAG 寄存器均为 32 位。

33'h100000241 用户ID读取；

33'h100000242 LED 灯显示控制；

33'h100000243 向 BRAM 写入32位数据；

33'h100000244 从 BRAM 读取32位数据；

33'h100000245 向 BRAM 写入1024位数据。

设计运行实现：

SVF文件可以以可读形式清楚的描述、记录 JTAG 链的动作，并可以在 ISE/iMPACT或Vivado/HW Manager 中直接执行。本设计使用 SVF 来实现以下功能：

1. 发送 USER1指令‘02’，来选择和使能用户自定义的 JTAG 链；

2. 发送指令‘100000241’ 读取用户定义ID；

3. 发送指令‘100000242’获取一个二进制码，并送入7位 LED 灯显示；

4. 使用指令‘100000243’向BRAM中每次写入一个32位数据；然后使用指令‘100000244’将写入的数据逐个读出来。

5. 使用指令‘100000245’向 BRAM 写入1024位数据；如果需要写入的数据大于1024，则多次执行该指令即可。

审核编辑：何安