FPGA設(shè)計(jì)及調(diào)試問(wèn)題分析

　　
3.1 針腳與內(nèi)部資源
　　
外部邏輯分析儀方法采用非常少的邏輯資源，不使用FPGA內(nèi)存資源。它釋放了這些資源，來(lái)實(shí)現(xiàn)所需功能。其矛盾在于，必須增加專(zhuān)用于調(diào)試的針腳數(shù)量，而設(shè)計(jì)時(shí)需要使用這些針腳。
　　
3.2 探測(cè)與工作模式
　　
外部邏輯分析儀探測(cè)要比嵌入式邏輯分析儀方法要求的探測(cè)復(fù)雜一些。必須確定怎樣使用邏輯分析儀探頭探測(cè)FPGA內(nèi)部信號(hào)，而不能使用電路板上已有的JTAG連接器。最簡(jiǎn)便的方式是在電路板中增加一個(gè)測(cè)試連接器，這可以簡(jiǎn)便地把FPGA信號(hào)與系統(tǒng)中的其他信號(hào)關(guān)聯(lián)起來(lái)。
　　
3.3 成本與靈活性
　　
盡管外部邏輯分析儀的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格確實(shí)要高于嵌入式邏輯分析儀，但使用外部邏輯分析儀可以解決更加廣泛的問(wèn)題。邏輯分析儀不僅可以用于FP

GA調(diào)試，還可以用來(lái)解決其他數(shù)字設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，它被公認(rèn)為是進(jìn)行通用數(shù)字系統(tǒng)硬件調(diào)試的最佳工具。外部邏輯分析儀能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的采集模式和觸發(fā)功能。通過(guò)外部邏輯分析儀，可以設(shè)置最多16個(gè)不同的觸發(fā)狀態(tài)(每一個(gè)狀態(tài)含有16個(gè)條件判斷分支)，每一個(gè)通道提供256 MB的內(nèi)存，并且可以在定時(shí)分析模式下以高達(dá)125 ps的分辨率(8 GS／s采樣) 捕獲數(shù)據(jù)。
　　
4 FPGAView進(jìn)行FPGA調(diào)試
　　
外部邏輯分析儀方法有效地利用了FPGA的處理能力，并根據(jù)需要重新對(duì)設(shè)備配置，將有用的內(nèi)部信號(hào)路由到通常很少的針腳上。這是一種非常有用的方法，但它也有一定的局限性：用戶(hù)每次需要查看一套不同的內(nèi)部信號(hào)時(shí)，都必須改變設(shè)計(jì)(在RTL級(jí)或使用FPGA編輯器工具)，把希望的信號(hào)組路由到調(diào)試針腳上。這不僅耗時(shí)，而且如果要求重新匯編設(shè)計(jì)，還會(huì)改變?cè)O(shè)計(jì)的定時(shí)，可能會(huì)隱藏需要解決的問(wèn)題。當(dāng)更改FPGA內(nèi)部測(cè)試信號(hào)時(shí)，在外部邏輯分析儀上的被測(cè)信號(hào)名稱(chēng)需要手工進(jìn)行更新。一般說(shuō)來(lái)，調(diào)試針腳數(shù)量很少，內(nèi)部信號(hào)與調(diào)試針腳之間1：1的關(guān)系限制著設(shè)計(jì)查看能力和洞察力。為克服這些局限性，出現(xiàn)了一種新的FPGA調(diào)試方法，它不僅提供了外部邏輯分析儀方法的所有優(yōu)勢(shì)，還消除了主要局限性。FPGAView軟件在與泰克TLA系列邏輯分析儀配套使用時(shí)，為調(diào)試FPGA和周邊硬件電路提供了一個(gè)完整的解決方案，如圖2所示。

　　
這種組合可以時(shí)間關(guān)聯(lián)的查看FPGA的內(nèi)部活動(dòng)和外部活動(dòng)；迅速改變FPGA內(nèi)部探點(diǎn)，而無(wú)須重新匯編設(shè)計(jì)；每個(gè)針腳監(jiān)測(cè)多個(gè)內(nèi)部信號(hào)；在TLA邏輯分析儀上自動(dòng)更新切換的內(nèi)部信號(hào)名稱(chēng)。此外，F(xiàn)PGAView可以在一臺(tái)設(shè)備中處理多個(gè)測(cè)試內(nèi)核(適合監(jiān)測(cè)不同的時(shí)鐘域)，并可以在一個(gè)JTAG鏈上處理多臺(tái)FPGA設(shè)備。
　　
5 快速使用FPGAView
　　
使用FPGAView的步驟如下所述：
　　
(1) 插入內(nèi)核
　　
這步是配置測(cè)試內(nèi)核，把它插入到FPGA設(shè)計(jì)中。例如，在使用ALTERA或Xilinx器件時(shí)，可以使用FPGA開(kāi)發(fā)工具提供的邏輯分析儀接口編輯器，創(chuàng)建最適合自己需求的測(cè)試核。
　　
對(duì)大多數(shù)的測(cè)試內(nèi)核，可以指定下述參數(shù)：
　　
①針腳數(shù)量(pin count)：表示希望專(zhuān)用于邏輯分析儀接口的針腳數(shù)量；
　　
②組數(shù)(bank count)：表示希望映射到每個(gè)針腳上的內(nèi)部信號(hào)數(shù)量；
　　
③輸出／捕獲模式(output／capture mode)：選擇希望執(zhí)行的采集類(lèi)型；可以選擇組合邏輯／定時(shí)模式(combina-tion／timing)或寄存器／狀態(tài)模式(registered／state)；
　　
④時(shí)鐘(clock)：如果用戶(hù)選擇了registered／state的捕獲模式，這一選項(xiàng)允許選擇測(cè)試內(nèi)核的取樣時(shí)鐘；
　　
⑤通電狀態(tài)(power-up state)：這個(gè)參數(shù)允許指明用于邏輯分析儀接口的針腳的通電狀態(tài)。
　　
(2) 把測(cè)試內(nèi)核信息加載到FPGAView中
　　
從FPGAView軟件窗口中，可以與JTAG編程電纜建立連接，并且連接到TLA系列邏輯分析儀(TLA邏輯分析儀使用Windows平臺(tái))或PC工作站上。
　　
在使用ALTERA FPGA芯片時(shí)，按打開(kāi)(Open)工具條按鈕，調(diào)出一個(gè)文件瀏覽器，選擇QuartusⅡLAI Editor軟件以前生成的邏輯分析儀接口(.lai)文件。這樣就加載了與LAI核心有關(guān)的所有信息，包括每一組的信號(hào)數(shù)量、組數(shù)和信號(hào)名稱(chēng)，另外如果設(shè)備中的LAI內(nèi)核多于一個(gè)，那么還包括每個(gè)LAI內(nèi)核的信息。

(3) 把FPGA針腳映射到邏輯分析儀上
　　
映射FPGA針腳和TLA邏輯分析儀探頭之間的物理連接。FPGAView可以自動(dòng)更新邏輯分析儀上顯示的信號(hào)名稱(chēng)，與測(cè)試內(nèi)核當(dāng)前監(jiān)測(cè)的信號(hào)相匹配。為此，簡(jiǎn)單地點(diǎn)擊探頭(probes)按鈕，將出現(xiàn)一個(gè)拖放窗口，把測(cè)試內(nèi)核輸出信號(hào)名稱(chēng)與邏輯分析儀上的相應(yīng)通道連接起來(lái)。對(duì)某條目標(biāo)連接，這個(gè)通道分配過(guò)程只需一次。
　　
(4) 進(jìn)行測(cè)量
　　
使用組(bank)列表下拉菜單，選擇想要測(cè)量的組。一旦選擇了組，F(xiàn)PGAView會(huì)通過(guò)JTAG接口與FPGA通信，并配置測(cè)試內(nèi)核，以便選擇希望的組。
　　
FPGAView還將這些通道名稱(chēng)通過(guò)對(duì)TLA系列邏輯分析儀的控制進(jìn)行自動(dòng)分配，從而可以簡(jiǎn)便地理解測(cè)量結(jié)果。為測(cè)量不同的一套內(nèi)部信號(hào)，用戶(hù)只需選擇不同的信號(hào)組。全功能TLA系列邏輯分析儀會(huì)自動(dòng)地把這些FPGA信號(hào)與系統(tǒng)中的其他信號(hào)關(guān)聯(lián)起來(lái)。
　　
在TLA邏輯分析儀中，針對(duì)設(shè)計(jì)人員關(guān)心的各種時(shí)間信息，提供了業(yè)內(nèi)獨(dú)有的定時(shí)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量功能，通過(guò)鼠標(biāo)簡(jiǎn)單地拖放操作，能夠得到周期、頻率、占空比、脈沖寬度、通道／通道延遲、邊沿計(jì)數(shù)、周期計(jì)數(shù)、違規(guī)計(jì)數(shù)、周期抖動(dòng)、以及周期間抖動(dòng)等信息。
　　
6 結(jié)論
　　
調(diào)試針對(duì)Altera和Xilinx的FPGA系統(tǒng)時(shí)用嵌入式邏輯分析儀和外部邏輯分析儀這2種方法各有其優(yōu)勢(shì)和不足，而FPGAView等新方法進(jìn)一步提高了外部邏輯分析儀方法的吸引力。能夠快速方便地移動(dòng)探點(diǎn)，而不需重新匯編設(shè)計(jì)，同時(shí)能夠把內(nèi)部FPGA信號(hào)活動(dòng)與電路板級(jí)信號(hào)關(guān)聯(lián)起來(lái)，能夠較好地滿(mǎn)足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的要求。