【09期】 逻辑分析仪在FPGA开发的应用.pdf

逻辑分析仪─从入门到精通讲座(09) 逻辑分析仪在FPGA 开发的应用 1. 引言 随着 FPGA 设计的日益复杂，如今整个设计流程中的实时验证和调试已经成为当前设 计 FPGA 系统的关键部分。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。设计阶段的主要任务是输入、仿真和RTL 设计。调试和检验阶段的主要任 务是检验设计，纠正发现的任何错误。本文将提出使用逻辑分析仪和Altera 的Logic Analog Interface 相结合的方法进行在线调试以达到只使用少量的FPGA 管脚查看许多FPGA 内部信 号。如果使用得当，您可以突破最棘手的FPGA 调试问题。 2. FPGA 调试方法的比较 在调试和检验阶段需要做出的关键选择是使用哪种 FPGA 调试方法。基本的FPGA 在 线调试方法有两种：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。 2.1 嵌入式逻辑分析仪 主流 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。这些IP 核插入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 片内存储模块实现存储功能，使用JTAG 配置内核操作， 并把捕获的数据传送到PC 上进行查看。 2.2 外部逻辑分析仪 由于使用嵌入式逻辑分析仪受制于FPGA 的资源，很多大数据量的分析调试难以完成， 而采用外部逻辑分析仪如广州致远电子有限公司的LAB6000 系列逻辑分析仪，具有高达从 200M 到5G 不等的采样率，同时32 通道每通道容量最高达32Mbits（半通道最大64Mbits ）， 很好地解决了使用片内逻辑分析仪调试时数据样本不够充分的问题。除此之外，灵活强大的 协议分析触发功能、单机集成多种测量仪器功能等特性更是片内逻辑分析仪所不具备的，在 高速FPGA 设计调试上进一步缩短了调试周期，帮你轻松完成测量测试的问题。 在这种方法中，可以将感兴趣的内部信号引到FPGA 没有使用的FPGA 管脚上，然后 连接到逻辑分析仪上。这种方法提供了非常深的内存，对于需要采集大量数据进行后期分析 的设计人员非常必要。 表 1 嵌入式逻辑分析仪和外部逻辑分析仪对比 嵌入式逻辑分析仪 外部逻辑分析仪 FPGA 管脚 不使用额外的测试FPGA 管脚 需要较多的用于调试的 FPGA 管 脚数量 探测 使用现有的JTAGFPGA 管脚，探 探测方法稍复杂 1 / 4 测简单 内部资源 内存深度与器件资源大小有关 不使用FPGA 内存资源 工作模式 只能进行状态分析 可做各种分析 这两种方式各有优缺点，那到底有没有一种方法可以结合二者的优点，从而加速FPGA 系统的实时调试呢？ 使用逻辑分析仪和Logic Analog Interface 相结合进行FPGA 调试。 FPGA 外部IO Signal_0[7:0] Signal_1[7:0] Signal_2[7:0] 一组外部IO Signal_3[7:0] 对应内部多 LAB6000逻辑分析仪 Signal_4[7:0]