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    FPGA片上調試二
    發布人:    發布時間:2021-06-07

    如果有一種工具能像單片機開發那樣,通過調試器JTAG接口實時獲取運行過程中寄存器的數值就好了。有需求就有市場,FPGA廠商也考慮到了開發者的這種需求,都在自家產品上加上了這個功能,那就是片上邏輯分析儀,就像在芯片內裝了一個邏輯分析儀ELA(Embedded Logic Analyzer),可以實時監測數據的變化,還可以設置觸發條件等!

    FPGA領域幾大廠家提供嵌入式邏輯分析儀:工具都是嵌入式邏輯分析儀,大大提高了Debug速度。這類工具的原理通常是以預先設定的時鐘速率實時采樣FPGA的內部信號,并暫存于FPGA的內部RAM中,當滿足預設的觸發條件后,通過JTAG將存儲在片內RAM中的數據傳輸至PC上,PC接收到數據后,通過上位機把數據展現出來。

    以下是使用ChipScope工具抓取的鐵電存儲器FM25V05的SPI寫時序:

    FM25V05寫時序

    從FPGA學習流程來看,當了解了流水燈、按鍵、UART等基本例程后,再學習I2C,SPI之前,就需要掌握片上邏輯分析儀的使用,非常有利于代碼的調試。

    ChipScopePro

    我個人使用過Xilinx和Microsemi的工具,還是挺好用的。

    Microsemi的identify使用方法可以到CSDN文章查看:

    https://blog.csdn.net/whik1194/article/details/107074187

    本文主要介紹Xilinx ISE開發環境下ChipScope工具的使用。

    1.Xilinx ChipScope簡介

    Xilinx的FPGA片內邏輯分析儀被稱為ChipScope,通過插入IP核的方式實現,主要包括3大IP核。

    • ICON

    ICON(integrated controller),主要負責與JTAG口的通訊,最大支持連接15個Core,這里的Core可以是ILA或VIO。

    • ILA

    ILA(integrated logic analyzer),嵌入式邏輯分析儀,可以抓取內部的任何信號,通過設置觸發條件的方式,抓取一段時間的波形,時間長度取決于FPGA RAM資源大小。

    • VIO

    VIO(virtual input/output),即輸入輸出,可以實時監控FPGA內部信號,并提供驅動信號給FPGA模塊,類似于單片機調試中的變量值查看。

    • ATC2

    ATC2(Agilent trace core),是屬于特殊定制的調試IP核,需要配合新一代的Agilent邏輯分析儀一起使用,這個很少使用。

    下面這張圖是來自Xilinx官方文檔:chipscope_pro_sw_cores_ug029.pdf的一張圖片,關于ChipScope官方的使用指南可以查看這篇文檔,介紹了ChipScope工具的整體框圖。

    ChipScope系統框圖

    既然是邏輯分析儀,就要涉及到邏輯分析儀最重要的兩個參數:采樣頻率和采樣深度,ILA的采樣頻率取決于輸入時鐘信號的頻率,采樣深度取決于FPGA的RAM大小

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