FPGA設(shè)計(jì)開發(fā)軟件Quartus II的使用技巧之： SignalTap II在線邏輯分析儀的使用方法

5.9??SignalTap?II在線邏輯分析儀的使用方法

隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜度的增加，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法需要其他技術(shù)和工具的補(bǔ)充，因?yàn)檫@些可編程芯片系統(tǒng)（SOPC）進(jìn)行完全的真實(shí)模擬是不可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)完成。而且，設(shè)計(jì)規(guī)模的陡增必然需要新的工具來觀察已編程期間的內(nèi)部操作。尤其是隨著第三方IP使用的增加，它們需要獲取內(nèi)部探測來驗(yàn)證操作，使其和設(shè)計(jì)的其他部分相分離。最后，由于封裝技術(shù)的提高，必須開發(fā)新的方法以便對日趨小型化和大規(guī)模封裝的硬件（如BGA）進(jìn)行驗(yàn)證。

5.9.1??SignalTap?II介紹

Quartus?II?5.0支持SignalTap?II，滿足這些需求。SignalTap允許設(shè)計(jì)者在FPGA運(yùn)行期間同時(shí)監(jiān)視內(nèi)部信號。通過下載電纜或傳統(tǒng)的分析設(shè)備連接到用戶的PC板卡上，便可以觀察到這些信號的波形。使用SingnalTap就類似于使用邏輯分析儀，能夠設(shè)置初始化、觸發(fā)（內(nèi)部或外部）和顯示條件以及觀察的內(nèi)部信號，用戶以此可以研究設(shè)計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。用戶的分析參數(shù)可以被編譯為嵌入邏輯分析儀（ELA），它和設(shè)計(jì)的其他數(shù)據(jù)一起配置FPGA。Altera全系列FPGA器件支持SignalTap，采用Byteblaster?II或者USB?blaster作為器件的下載電纜。

若沒有采用SignalTap接口，用戶必須更改設(shè)計(jì)以探測內(nèi)部邏輯的連線。設(shè)計(jì)的內(nèi)部連線必須連接到頂層設(shè)計(jì)的管腳上。如果結(jié)點(diǎn)處于龐大分級設(shè)計(jì)的下層，那么改起來很復(fù)雜，同時(shí)很耗時(shí)，而且破壞了設(shè)計(jì)的完整性。ELA接口支持拖放選擇用于邏輯分析的連線。這個(gè)接口根本就無需改變設(shè)計(jì)。選擇了ELA的輸入通道之后，需要重新編譯設(shè)。更新后的配置文件重新配置器件后，標(biāo)準(zhǔn)邏輯分析儀就會可以檢測那些被連接到器件管腳的內(nèi)部信號了。

輸入通道的樣值存儲在器件的嵌入存儲塊內(nèi)，ELA功能監(jiān)測輸入通道是否發(fā)生觸發(fā)事件。一旦ELA存儲了滿足觸發(fā)狀態(tài)的足夠數(shù)據(jù)，ELA停止采樣監(jiān)測輸入通道。然后數(shù)據(jù)上載到主機(jī)，顯示在Quartus的波形編程器中。數(shù)據(jù)的主載速率取決于JTAG?TCK信號的速率。ELA功能會使用設(shè)計(jì)本身占用以外的器件資源。ELA是可參數(shù)化的，因此能夠使用有效的資源。

SignalTap?II支持以用戶指定的格式識別和顯示總線使所捕獲的數(shù)據(jù)更加易懂。SignalTap?II嵌入式邏輯分析儀能夠以等價(jià)的十六進(jìn)制、無符號十進(jìn)制、二元補(bǔ)碼形式的符號十進(jìn)制，符號大小表示法表示的符號十進(jìn)制、八進(jìn)制、二進(jìn)制、8比特ASCII等格式來顯示總線。用戶還可以選擇條形圖或者線性圖表示總線時(shí)間關(guān)系。

SignalTap?II支持多文件輸出數(shù)據(jù)結(jié)果，嵌入式邏輯分析儀可以采用矢量波形（vwf）、矢量表（tbl）、矢量文件（vec）、逗號分割數(shù)據(jù)（csv）和Verilog數(shù)值更改轉(zhuǎn)存（vcd）文件格式輸出所捕獲的數(shù)據(jù)。這些文件格式可以被第三方驗(yàn)證工具讀入，顯示和分析SignalTap?II嵌入式邏輯分析儀所捕獲的數(shù)據(jù)。

5.9.2??使用SignalTap?II操作流程

若要使用SignalTap?II邏輯分析器，必須先建立SignalTap?II文件（stp）此文件包括所有配置設(shè)置并以波形顯示捕獲到的信號。一旦設(shè)置了SignalTap?II文件，就可以編譯工程，對器件進(jìn)行編程并使用邏輯分析器采集和分析數(shù)據(jù)。

以下步驟描述設(shè)置SignalTap?II文件和采集信號數(shù)據(jù)的基本流程。

（1）建立新的SignalTap?II文件。

（2）向SignalTap?II文件添加實(shí)例，并向每個(gè)實(shí)例添加節(jié)點(diǎn)?？梢允褂肗ode?Finder中的SignalTap?II濾波器查找所有預(yù)綜合和布局布線后的SignalTap?II節(jié)點(diǎn)。

（3）分配一個(gè)采樣時(shí)鐘。

（4）設(shè)置其他選項(xiàng)，例如采樣深度和觸發(fā)級別等。

（5）完全編譯工程文件。

（6）下載程序到FPGA中。

（7）運(yùn)行硬件并打開SignalTap?II觀察信號波形。

5.9.3??設(shè)置觸發(fā)器

如圖5.39所示是SignalTap?II邏輯分析儀的界面。其中實(shí)例管理器對話框識別出設(shè)計(jì)中

圖5.39??SignalTap?II邏輯分析儀

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等待測試的所有驗(yàn)證過的邏輯分析儀，它們可以用來捕獲并存儲數(shù)據(jù)。該對話框還可以對用來生成每個(gè)分析儀的資源進(jìn)行估算。

信號配置面板用于設(shè)置采樣信號和觸發(fā)信號。采樣時(shí)鐘信號支持超過200MHz頻率，采樣深度最大高達(dá)128K。

數(shù)字示波器或邏輯分析儀中，觸發(fā)器是一個(gè)重要的組成部分。觸發(fā)器的性能很大程度上決定了儀器的性能。觸發(fā)器是邏輯級別、邏輯邊緣觸發(fā)方式、邏輯樣本等邏輯事件的組合。通過不同的觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)對信號的不同采樣。

SignalTap接口定義的觸發(fā)事件中，每個(gè)事件的輸入通道可以監(jiān)測10個(gè)基本或高級的觸發(fā)級別。觸發(fā)級別向SignalTap?II邏輯分析儀指明何時(shí)開始采集數(shù)據(jù)，10個(gè)觸發(fā)級別為設(shè)置復(fù)雜的觸發(fā)條件提供了足夠的靈活性，幫助驗(yàn)證工程師分離錯(cuò)誤或者找出問題原因，如果設(shè)置了多觸發(fā)級別，直到所有的觸發(fā)條件順序滿足后，才開始采集數(shù)據(jù)。

觸發(fā)位置允許指定在選定實(shí)例中在觸發(fā)器之前和觸發(fā)器之后應(yīng)采集的數(shù)據(jù)量。分段的模式允許通過將存儲器分為周密的時(shí)間段，為定期事件捕獲數(shù)據(jù)，而無需分配很深的采樣深度。其中對環(huán)形緩沖模式支持4個(gè)觸發(fā)位置；這樣，當(dāng)觸發(fā)條件滿足后，用戶可以更多地控制應(yīng)該捕獲并顯示什么樣的數(shù)據(jù)。

·??“前”觸發(fā)位置向軟件表明，在達(dá)到觸發(fā)條件前，保存所發(fā)生采樣的12%，達(dá)到觸發(fā)條件后，再保存采樣的88%。?

·??“中”觸發(fā)位置向軟件表明，在達(dá)到觸發(fā)條件前，保存所發(fā)生采樣的50%，達(dá)到觸發(fā)條件后，再保存采樣的50%。?

·??“后”觸發(fā)位置向軟件表明，在達(dá)到觸發(fā)條件前，保存所發(fā)生采樣的88%，達(dá)到觸發(fā)條件后，再保存采樣的12%。?

·??“連續(xù)”觸發(fā)位置向軟件表明，以環(huán)形緩沖的方式進(jìn)行連續(xù)采樣保存，直到用戶中斷為止。