FPGA设计开发软件ISE使用技巧之片上逻辑分析仪ChipScope Pro使用技巧.docx

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FPGA设计开发软件ISE使用技巧之片上逻辑分析仪ChipScopePro使用技巧

FPGA设计开发软件ISE使用技巧之：

片上逻辑分析仪（ChipScopePro）使用技巧

6.7片上规律分析仪（ChipScopePro）用法技巧

在的调试阶段，传统的办法在设计FPGA的板时，保留一定数量的FPGA管脚作为测试管脚。

在调试的时候将要测试的信号引到测试管脚，用规律分析仪观看内部信号。

这种办法存在无数弊端：

一是规律分析仪价格昂扬，每个公司拥有的数量有限，在研发期间往往供不应求，影响进度;二是PCB布线后测试脚的数量就确定了，不能灵便地增强，当测试脚不够用时会影响测试，测试管脚太多又影响PCB布局布线。

ChipScopePro是ISE下一款功能强大的在线调试工具。

面向这些问题，ChipScopePro都可以有效地解决。

6.7.1ChipScopePro概述

ChipScopePro是针对Virtex-IIpro/Virtex/Virtex-II/Virtex-EM/Spartan-IIE/Spartan-IIE系列FPGA的在线片内信号分析工具。

它的主要功能是通过JTAG口，在线实时读取FPGA的内部信号。

ChipScopePro的基本原理是利用FPGA中未用法的BlockRam，按照用户设定的触发条件将信号实时地保存到这些BlockRam中，然后通过JTAG口传送到计算机，最后在计算机屏幕上显示出时序波形。

ChipScopePro应用的框图6.34所示。

图6.34ChipScopePro应用框图

其中ILA、ICON是为了用法ChipScopePro观看信号而插入的核。

ChipScopePro工作时普通需要用户设计中实例化两种核：

一是集成规律分析仪核（ILAcore，IntegrateLogicAnalyzercore），该核主要用于提供触发和捕捉的功能;二是集成控制核（ICONcore，IntegratedContorllercore），负责ILAcore和边界扫描端口（JTAG）的通信。

一个ICONcore可以衔接1～15个ILAcore。

ChipScopePro工作时，ILAcore按照用户设置的触发条件捕捉数据，然后在ICONcore控制下，通过边界扫描端口上传到计算机，最后用ChipScopeProAnalyzer显示信号波形。

6.7.2ChipScopePro设计流程

ChipScopePro工具箱中包含了3个工具：

ChipScopeProCoreGenerator、ChipScopeProCoreInserter、ChipScopeProAnalyzer，用法ChipScopePro在线调试工具的FPGA设计流程6.35所示。

由上述流程可知，ChipScopePro有两种用法办法。

第一种是由ChipScopeProCoreGenerator按照设定条件生成在线规律分析仪IP核，包括ICONcore、ILAcore、ILA/ATCcore和IBA/OPBcore等，之后设计人员在原HDL代码中实例化这些核，然后举行综合、布局布线、下载配置文件，就可以利用ChipScopeProAnalyzer设定的触发条件，观看信号波形。

其次种是原代码完成综合后，由ChipScopeCoreInserter工具插入ICONcore和ILAcore等核，它能自动完成在设计网表中插入这些核的工作，而不用手动在HDL代码中实例化这些核，在实际中应用的比较多，也是推举大家用法的办法。

下面就重点介绍ChipScopeProCoreInserter和ChipScopeProAnalyzer的用法，这里以ChipScopePro8.2i为例来介绍。

6.7.3ChipScopeProCoreInserter简介

ChipScopeProCoreInserter的启动有两种方式。

（1）挺直在Windows环境下运行“开头”/“程序”/“ChipScopePro8.2i”/“ChipScopeProCoreInserter”指令。

运行后即可得到ChipScopeProCoreInserter的用户界面，6.36所示。

（2）可以通过新建资源的办法，6.37所示。

新建ChipScopeProInserter资源后，系统自动生成扩展名为cdc的文件。

6.38所示，双击扩展名为cdc的文件即可启动ChipScopeProInserter界面。

需要注重的是，在双击扩展名为cdc的文件时，系统会先对该工程文件举行综合。

综合完成后才会启动ChipScopeProInserter。

图6.36ChipScopeProCoreInserter用户界面

图6.37新建ChipScopeProInserter资源对话框图6.38新建ChipScopeProCoreInserter资源后的界面

这里在综合前必需先对综合属性举行设置，6.39所示，在综合属性对话框中对“synthesisoptions”/“keepHierarchy”选项举行设置。

设置“keepHierarchy”为“Yes”或“Soft”。

双击扩展名为cdc的文件，系统完成综合后，会自动启动ChipScopeProCoreInserter。

设计者通过ChipScopeProCoreInserter对触发单元个数、触发宽度、触发条件、存储深度、采样时刻等参数举行设置。

设置完毕后，在ISE下完成布局布线，下载配制文件，即可用ChipScopeProAnalyzer举行观测。

下面向ChipScopeProCoreInserter的各项设置做具体的解释。

1.用户界面

启动ChipScopeProCoreInserter后，显示6.40所示的界面。

在“InputDesignNetlist”文本框中设置输入设计网表的路径。

设置好后，“OutputDesignNetlist”和“OutputDirectory”会自动生成，设计者也可自己指定。

图6.40ChipScopeProCoreInserter用户界面

假如是通过新建资源的办法启动ChipScopeProCoreInserter，这几项显示为灰色，无需设计者设置，系统会自动找到设计网表文件。

在“DeviceFamily”下拉列表中选取设计所用的FPGA后，就可单击“Next”按扭，进入“SelectIntegratedControllerOptions”对话框，6.41所示。

图6.41“SelectIntegratedControllerOptions”对话框

2.“SelectIntegratedControllerOptions”对话框设置

在6.40所示的“SelectDeviceOptions”对话框中，可以指定是否禁止在JTAG时钟上插入BUFG。

假如选中此项，JTAG时钟将用法一般布线资源，而不是全局时钟布线。

这样会在JTAG时钟线上产生较大的布线延时。

因此在全局时钟资源足够用的状况下，应当尽量使JTAG时钟用法BUFG资源。

即使因为全局时钟资源不够而不得不禁用BUFG时，也最好附加相应约束，使延迟颤动尽量小。

推举设计者在用法时不选此项。

单击“Next”按钮，进入“SelectIntegratedLogicAnalyzerOptions”对话框，6.42所示。

图6.42“SelectIntegratedLogicAnalyzerOptions”ILA对话框

3.“SelectIntegratedLogicAnalyzerOptions”对话框设置

6.42所示，可以看到在“SelectIntegratedLogicAnalyzerOptions”ILA对话框下有3个选项卡，可对触发参数、捕捉参数、网线衔接举行设置。

“TriggerParameters”选项卡可对触发端口数目，每个触发端口的宽度、触发条件推断单元、触发条件推断单元的个数和类型等举行设置。

（1）触发端口数目。

在设计中可以按照需要设置多个触发端口，每个ILACore最多可以有16个输入触发端口，每个触发端口下又可设置多个触发条件推断单元，但各个触发端口包含的触发条件推断单元数量之和不能大于16。

（2）触发端口设置。

一个完整的触发端口设置包括：

触发宽度、触发条件推断单元个数及类型的设置。

触发宽度是指触发端口包含信号线的个数。

通过触发条件推断单元举行推断，当信号线上的信号满足设定的条件时，ChipScopePro就可将其捕捉并存储在BlockRam中，用于在ChipScopeProAnalyzer中显示波形。

对触发条件可以设置个数和类型。

当有多个触发条件时，可以将触发条件设置为几个触发条件的规律组合。

触发条件推断单元实际为，其类型可以有以下几种，如表6.4所示。

表6.4触发条件推断单元的类型

类型数值类型匹配功能Bit/Slice说明

Basic0、1、X=、8用于普通信号比较，是一种节省资源的类型

Basic（w/trans）0、1、X、R、F、B=、、transitiondetection4用于控制信号的比较，可以检测跳变的发生

Extend0、1、X=、、>、>=、、>、>=、、>、>=、、>、>=、

图6.43“CaptureParameters”选项卡设置

所谓存储深度，是指在满足触发条件后，要存储多少数据，用于终于的波形显示。

ChipScopePro可能的最大存储深度为16384，最大数据位宽为256bit。

实际的数据存储深度和位数由FPGA内部剩余的BlockRam的数量打算。

对于“DataSameAsTrigger”选项，有时要观测的信号就是设置的触发条件中的信号，此时选中此项即可。

有时设定了触发条件后，想观看别的数据信号，这时可以不选中此项，数据与触发信号彻低自立。

“NetConnections”选项卡可以设置触发端口信号线与要观测的信号的衔接，要观测哪些信号，就将这些信号与端口的信号线衔接即可，6.44所示。

图6.44“NetConnections”选项卡设置

设置的衔接信号可以分为3类：

时钟信号（CLOCKPORT）、触发端口信号（TRIGGERPORTS）和数据信号（DATAPORT）。

单击“ModifyConnections”按钮会浮现6.40所示对话框。

图6.45网线衔接对话框

设置完全部信号后，端口名字会变为黑色，否则为红色。

设置完上述各项后，单击“Inserter”按钮，规律分析仪的网表就插入到本来的设计网表当中。

之后在ISE下完成布局布线并下载后，就可以用ChipScopeProAnalyzer举行观测了。

6.7.4ChipScopeProAnalyzer简介

将规律分析的核插入设计当中后，就可以运行ChipScopeProAnalyzer举行观测了，ChipScopeProAnalyzer的启动方式有两种。

（1）挺直运行“开头”/“程序”/“ChipScopePro8.2i”/“ChipScopeProAnalyzer”。

（2）在ISE下启动。

6.46所示，双击“AnalyzeDesignUsingChipScope”即可启动，ChipScopeProAnalyzer界面6.47所示。

图6.46从ISE中挺直启动ChipScopeProAnalyzer

图6.47ChipScopeProAnalyzer用户界面

ChipScopeProAnalyzer用法步骤如下。

1.单击

图标，打开JTAG并口衔接电缆

在此之前要保证已将JTAG与器件衔接好，假如衔接无误，会浮现6.48所示的对话框。

对话框中会显示JTAG衔接的FPGA类型和所用的配置器件类型，这里用法的FPGA为Spartan3系列，配置器件选用的是XCF02S。

图6.48JTAG正常衔接后提醒

2.下载配置文件

在ISE下完布局布线后，生成配置文件*.bit文件。

注重：

ChipScopePro采纳JTAG方式观测FPGA内部信号，这就要求在生成下载文件时。

在“GenerateProgrammingFile”的属性对话框（6.49所示）中设置“StartupOptions”/“FPGAStart-UpClock”为JTAGClock，否则ChipScopePro将无法正确配置器件。

下载配置文件时，挑选“Device”/“DEV1”/“Configure”选项，6.50所示。

单击后会浮现6.51所示的对话框，挑选要下载的*.bit文件，对FPGA举行配置。

图6.50配置FPGA

图6.51挑选配置文件对话框

3.设置触发条件

胜利完成对FPGA的配置后，会浮现6.52所示界面。

图6.52胜利完成配置后用户界面

6.52所示，ChipScopeProAnalyzer的界面由两部分组成。

左边一栏为工程视窗和信号列表。

工程视窗的下拉列表中有“TriggerSetup”、“Waveform”选项。

双击后，就会有相应的视窗在右边显示。

信号列表中列出了全部信号，在这里可以增强或删除视图中的信号，对信号重命名，也可以将信号组合为以便于观看。

右边一栏主要有两个视窗：

一个为“TriggerSetup”，用于设置触发条件;一个为“Waveform”用于观看波形。

设置触发条件包括设置触发条件函数（Match）、触发条件（Trig）和捕捉参数（Capture），下面分离介绍。

（1）“Match”选项卡。

主要完成触发条件函数的设置。

所谓触发条件函数是与表6.4中的匹配功能相对应的。

要设置数值大小和函数，即挑选：

=、、>、>=、

图6.53“Match”选项卡设置对话框

（2）“Trig”选项卡。

主要用于设置触发条件。

在“Match”下设置了触发所需要满足的条件。

当有多个条件时这里可以设置是让哪一个条件起作用，也可以将条件设置为几个条件的规律组合。

或者是将几个条件设置为“条件链”，即当依次满足条件链设置的各个条件后，才可以捕捉数据，6.54所示。

图6.54“Trig”选项卡设置对话框

6.54所示，单击“TriggerConditionEquation”下的选项，会弹出6.55所示的对话框。

在对话框中，有两个选项卡。

在“Boolean”选项卡下，可以设置哪一个条件起作用，也可将条件设置为几个条件的规律组合;在“Sequencer”选项卡下，可以设置条件链，6.55所示。

当依次满足条件链下的几个条件后，就被触发。

图6.55“Sequencer”选项卡设置对话框

4.观测波形

触发条件设置好后，单击左上角的

按钮开头执行。

当满足触发条后，ChipScopePro开头采集数据，采集到一定数目后（该数目取决于存储深度），就可以观看波形了。

6.56为ChipScopePro显示波形的效果图。

在波形显示窗口下可对波形举行放大

和缩小

，也可以举行局部放缩

。

当要观看总

图6.56ChipScopePro波形显示效果图

线数据时，可以先选中全部总线数据，然后单击右键，挑选“AddtoBus”/“NewBus”即可，6.57所示。

图6.57组合总线数据

添加胜利后，就可以在新生成的bus下看到总线数据。

6.58所示，图中DataPort为新生成的总线，设计者可以按照需要修改总线的名称。

图6.58总线数据生成结果

6.7.5小结

本节对在线规律分析工具ChipScopePro作了具体介绍。

通过本节的学习，读者应当把握ChipScopePro的设计流程以及用法办法。

ChipScopePro本身的功能很强大，在调试阶段应用很广泛。

它可以观看FPGA内部的任何信号，用法也比较容易，希翼读者能够很好地把握。

为了让读者能够尽快地认识这一工具的用法，在6.8节给出一个容易的实例，分离应用两种设计流程来完成，读者可参照这一例程来进一步认识ChipScopePro的用法。