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(多图) 加速FPGA系统实时调试技术

张楷?? 泰克科技(中国)有限公司 高级技术支持经理?? 2007年01月10日 ?? 收藏0

  摘要:随着FPGA的设计速度、尺寸和复杂度明显增长,在整个设计流程中的实时验证和调试部分成为当前FPGA系统的关键部分。获得FPGA内部信号有限、FPGA封装和印刷电路板(PCB)电气噪声,这一切使得设计调试和检验变成设计周期中最困难的流程。本文重点介绍在调试FPGA系统时遇到的问题及有助于提高调试效率的技术,通过逻辑分析仪配合FPGA View软件快速有效的观测FPGA内部节点信号。最后提供了FPGA具体的调试过程和方法。


  引言
  随着FPGA的设计速度、尺寸和复杂度明显增长,使得整个设计流程中的实时验证和调试成为当前FPGA系统的关键部分。获得FPGA内部信号有限、FPGA封装和印刷电路板(PCB)电气噪声,这一切使得设计调试和检验变成设计周期中最困难的流程。另一方面,几乎当前所有的像CPU、DSP、ASIC等高速芯片的总线,除了提供高速并行总线接口外,正迅速向高速串行接口的方向发展,FPGA也不例外,每一条物理链路的速度从600Mbps到高达10Gbps,高速I/O的测试和验证更成为传统专注于FPGA内部逻辑设计的设计人员面临的巨大挑战。这些挑战使设计人员非常容

易会把绝大部分设计周期时间放在调试和检验设计上。

  为帮助您完成设计调试和检验流程,它需要使用新的调试和测试工具,帮助调试设计,同时支持在FPGA上全速运行。

  本文重点介绍在调试FPGA系统时遇到的问题及有助于提高调试效率的技术,针对Altera和Xilinx的FPGA调试提供了最新的方法和工具。

  FPGA设计流程概述

  在FPGA系统设计完成前,有两个不同的阶段:设计阶段,调试和检验阶段(参见图1)。设计阶段的主要任务是输入、仿真和实现。调试和检验阶段的主要任务是检验设计,校正发现的任何错误。

FPGA设计流程图

  [图示内容:]
Simplify, Leonardo Spectrum, Design Compiler FPGA: Simplify, Leonardo Spectrum, 设计汇编器FPGA
Vendor Specific Tools: 厂商特定工具
Design Phase: 设计阶段
Entry: 输入
Synthesis: 综合
Implementation: 实现
Place: 装配
Route: 布线
Download to FPGA Device: 下载到FPGA器件
Back Annotation: 反向注释
Debug & Verification Phase: 设计检验阶段:
Functional Simulation: 功能仿真
Static Timing Analysis: 静态定时分析
Timing Simulation: 定时仿真
In-Circuit Verification: 在线验证
ILA, SingalTap, Dynamic FPGA Probe, Logic Analyzer: ILA, SingalTapII, 动态FPGA探头, 逻辑分析仪


  设计阶段

  在这一阶段不仅要设计,而且要使用仿真工具开始调试。实践证明,正确使用仿真为找到和校正设计错误提供了一条有效的途径。但是,不应依赖仿真作为调试FPGA设计的唯一工具。

  在设计阶段,还需要提前考虑调试和检验阶段,规划怎样在线快速调试FPGA,这可以定义整体调试方法,帮助识别要求的任何测试测量工具,确定选择的调试方法对电路板设计带来的影响。针对可能选用的FPGA存在的高速总线,除了考虑逻辑时序的测试和验证外,还应该充分考虑后面可能面临的信号完整性测试和分析难题。

  调试和检验阶段

  在调试阶段,必需找到仿真没有找到的棘手问题。怎样以省时省力的方式完成这一工作是一个挑战。

  在本文的第一部分,我们将考察怎样选择正确的FPGA调试方法及怎样有效利用新方法的处理能力,这些新方法可以只使用少量的FPGA针脚查看许多内部FPGA信号。如果使用得当,您可以突破最棘手的FPGA调试问题。

  FPGA调试方法

  在设计阶段需要作出的关键选择是使用哪种FPGA调试方法。在理想情况下,您希望有一种方法,这种方法可以移植到所有FPGA设计中,能够洞察FPGA内部运行和系统运行过程,为确定和分析棘手的问题提供相应的处理能力。

  基本在线FPGA调试方法有两种:使用嵌入式逻辑分析仪以及使用外部逻辑分析仪。选择使用哪种方法取决于项目的调试需求。

  嵌入式逻辑分析仪内核

  主要FPGA厂商针对器件的在线调试都提供了嵌入式逻辑分析仪内核,如Altera的SignalTap II和Xilinx的ChipScope ILA。这些知识产权模块插入FPGA设计中,同时提供触发功能和存储功能。它们使用FPGA逻辑资源实现触发电路,使用FPGA存储模块实现存储功能。它们使用JTAG配置内


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FPGA调试? 外部逻辑分析仪? FPGA View? 嵌入式逻辑分析?

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