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嵌入式邏輯分析儀在FPGA測試中的應(yīng)用

   2009年04月21日 16:08  

  邏輯分析儀自1973年問世以來,在短短幾十年的時間內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。傳統(tǒng)邏輯分析儀利用芯片的引腳對信號采樣,并送到顯示部分對系統(tǒng)進行分析,但對于無引腳的封裝類型,傳統(tǒng)邏輯分析儀很難有效的監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部信號。而在FPGA測試中,嵌入式邏輯分析儀(ELA)的出現(xiàn)解決了內(nèi)部信號的在線調(diào)試問題。ELA綜合了嵌入式技術(shù)和邏輯分析儀技術(shù),將邏輯分析IP核嵌入到FPGA中,在不引出內(nèi)部信號的情況下即可方便的對系統(tǒng)進行調(diào)試。常用的嵌入式邏輯分析儀有Altera公司的SignalTap II、Xilinx公司的ChipScope Pro以及Lattice公司的ispTRACY等。本文以Altera公司的SignalTap II為例,對嵌入式邏輯分析儀的工作原理及在線調(diào)試進行探討。

ELA的工作原理及特點


  嵌入式邏輯分析儀的組成框圖如圖1所示,主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分由待測設(shè)計(DUT)、嵌入到FPGA中的ELA IP核、RAM存儲單元以及JTAG接口組成;軟件部分由用戶設(shè)計軟件和集成在其中的ELA在線調(diào)試軟件組成。ELA的工作原理為:設(shè)置ELA在線調(diào)試軟件中需要監(jiān)測的信號、觸發(fā)

 
邏輯、采樣深度和時鐘信號等各項參數(shù);把設(shè)置好的ELA文件與用戶設(shè)計編譯綜合后一起下載到FPGA中;運行ELA,如果滿足觸發(fā)條件,ELA就在時鐘的上升沿對被測信號采樣,并儲存在RAM存儲單元中;當(dāng)采樣完數(shù)據(jù),即可通過JTAG接口將數(shù)據(jù)上傳到SignalTap II中進行在線調(diào)試。

 

圖1 嵌入式邏輯分析儀的組成框圖

  嵌入式邏輯分析儀能夠方便地對設(shè)計進行在線調(diào)試,及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部所存在的問題,無須對設(shè)計文件進行任何修改就可以得到內(nèi)部節(jié)點或者I/O引腳的狀態(tài)。例如,SignalTap II 支持多達1024個通道,采樣深度高達128Kb,時鐘支持超過200MHz,每個分析儀均有10級觸發(fā)輸入/輸出,從而增加了采樣的精度。

ELA在FPGA測試中的應(yīng)用

  嵌入式邏輯分析儀在FPGA的測試中應(yīng)用極為廣泛,能夠?qū)ο到y(tǒng)實時監(jiān)測。本文以交通燈控制器的設(shè)計為例,對SignalTap II應(yīng)用于FPGA的在線調(diào)試進行了探討。設(shè)計中所使用的FPGA芯片為Altera公司Cyclone系列中的EP1C12Q240C8,它支持SignalTap II,有12 060個邏輯單元,存儲位的大小為239 616,能夠較好的支持各種復(fù)雜的設(shè)計。

ELA的應(yīng)用設(shè)計流程如下。

1 Stp文件的創(chuàng)建

  在交通燈控制器的設(shè)計完成并編譯綜合后,即可創(chuàng)建一個SignalTap II文件(stp文件)。通常有兩種方式來建立stp文件,一是直接建立stp文件,并利用SignalTap II Editor配置邏輯分析儀的各項參數(shù);二是利用MegaWizard Plug-in Manager生成和配置stp文件。相比于第二種方式,*種更為簡單,只需在File中選擇New,單擊Other Files,選擇SignalTap II File即可,如圖2所示。

 

 

圖2 Stp文件的載入


2 ELA的設(shè)置


  將stp文件加入到設(shè)計中后,就可以對其進行設(shè)置,流程如下。


  ①添加被測信號。通過Node Finder中的SignalTap II Filter查找設(shè)計中所有預(yù)綜合和布局布線后的信號,選擇需要觀察的信號,在本設(shè)計中,可以全部選定。

 ?、谠O(shè)置采樣時鐘。在設(shè)置采樣時鐘時,可以使用其中任何一個信號作為采樣時鐘,但不能用布局布線后的信號,為獲得更準確的采樣數(shù)據(jù),采樣時鐘應(yīng)選擇全局時鐘。

 ?、鄞_定采樣深度。SignalTap II的采樣深度zui大可達128Kb。在選擇采樣深度時,必須考慮到FPGA的內(nèi)存大小,此處選擇1Kb的采樣深度。

  ④設(shè)置緩沖獲得模式。通過設(shè)置緩沖獲得模式,用戶可以在SignalTap II觸發(fā)前和觸發(fā)后所捕獲的數(shù)據(jù)量,緩沖獲得模式主要有環(huán)形模式和分段緩沖模式。在此選擇環(huán)形模式的預(yù)觸發(fā)位置。

 ?、菰O(shè)置觸發(fā)條件。SignalTap II支持基本觸發(fā)和觸發(fā)的功能。在基本觸發(fā)中,它支持10級觸發(fā)級數(shù),對于每一級觸發(fā),可以根據(jù)設(shè)計的需要設(shè)置不同的觸發(fā)電平。

  本設(shè)計對SignalTap II的設(shè)置如圖3所示,其中采樣深度為1Kb,緩沖獲得模式選擇環(huán)形模式的預(yù)觸發(fā)位置,觸發(fā)條件為基本觸發(fā);此外,采樣時鐘選擇為全局時鐘。這些設(shè)置能夠準確地對本設(shè)計進行在線調(diào)試,有效地監(jiān)測內(nèi)部信號。

 

 

圖3 SignalTap II設(shè)置窗口

3 設(shè)計下載

  當(dāng)設(shè)置完stp文件并編譯綜合后,軟件將ELA IP嵌入設(shè)計里面,同設(shè)計一起下載到FPGA中。在器件列表中,邏輯分析儀會自動探測編程硬件,如果在保存設(shè)

 
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