1.4 FPGA使數(shù)字系統(tǒng)調試方法發(fā)生變革

FPGA已由一種只能進行簡單運算和控制的低端產品，演變成可作為系統(tǒng)運行的高端產品，其調試方法也隨之發(fā)生了極大的變化。最典型的表現(xiàn)是出現(xiàn)了所謂的片上邏輯分析儀，如Xilinx公司的ChipScope Pro。這種工具可以通過FPGA本身的JTAG邊界掃描端口將設計師想觀察的信號，送到計算機上加以顯示。在FPGA調試階段，傳統(tǒng)的信號分析手段是用邏輯分析儀分析信號和時序，設計時要求FPGA和PCB設計人員保留一定數(shù)量的FPGA引腳作為測試引腳，編寫FPGA代碼時要將需要觀察的信號作為模塊的輸出信號，在綜合實現(xiàn)時再把這些輸出信號鎖定到測試引腳上，然后連接邏輯分析儀的探頭到這些測試引腳，設定觸發(fā)條件，進行觀測。這個過程比較復雜，靈活性差，PCB布線后測試引腳的數(shù)量就固定了，不能靈活增加，當測試引腳不夠用時影響測試，當測試引腳太多時又影響PCB布局布線，使用ChipScope Pro能較好地解決這些問題。ChipScope Pro是FPGA的在線片內信號分析工具，其主要功能是通過JTAG口，在線、實時地讀出FPGA的內部信號。其基本原理是利用FPGA中未使用的BRAM，根據(jù)用戶設定的觸發(fā)條件將信號實時地保存到這些BRAM中，然后通過JTAG口傳送到計算機，最后在計算機屏幕上顯示出時序波形。

ChipScope Pro可以十分方便地觀測FPGA內部的所有信號[10]，使得對FPGA內部邏輯調試非常方便。ChipScope Pro系統(tǒng)框圖如圖1.19 所示。其中，ILA和ICON是為了使用ChipScope Pro觀察信號而插入的核。一般來說，ChipScope Pro工作時需要在用戶設計中實例化兩種核，一是集成邏輯分析儀核（Integrated Logic Analyzer Pro core，ILA Pro core），用于提供觸發(fā)和跟蹤捕獲的功能；二是集成控制器核（Integrated Controller Pro core，ICON Pro core），負責ILA Pro core和邊界掃描端口的通信。ChipScope Pro工作時，ILA Pro core根據(jù)用戶設置的觸發(fā)條件捕獲數(shù)據(jù)，然后在ICON Pro core的控制下，通過JTAG邊界掃描端口上傳到計算機，最后用ChipScope Pro Analyzer顯示出信號波形。

圖1.19 ChipScope Pro系統(tǒng)框圖

使用ChipScope Pro可進行方便、快捷的調試，在一定程度上提高了FPGA的設計效率，降低了研發(fā)成本。