9.4 ChipScope Pro分析儀

ChipScope Pro 分析工具（Analyzer tool）直接與ICON、ILA、IBA、VIO及IBERT核相連，用戶可以實(shí)時(shí)地創(chuàng)建或修改觸發(fā)條件。

注意：雖然ChipScope Pro分析工具能識(shí)別設(shè)計(jì)中的ATC2核，但是需要將JTAG接口與安捷倫邏輯分析儀相連，建立ATC2核與安捷倫邏輯分析儀的通信。

分析工具有兩部分：分析工具服務(wù)器和客戶端。

(1) 服務(wù)器是命令行服務(wù)程序，可以通過(guò)JTAG下載電纜連接目標(biāo)器件的JTAG口。如果用戶想通過(guò)JTAG下載線調(diào)試本地目標(biāo)系統(tǒng)，不需要手動(dòng)打開(kāi)分析工具服務(wù)器，只有當(dāng)用戶需要和遠(yuǎn)程客戶端相連時(shí)，才需要手動(dòng)打開(kāi)分析工具服務(wù)器

(2) 分析工具客戶端是一個(gè)圖形化的用戶接口界面（GUI），它連接目標(biāo)系統(tǒng)的JTAG鏈，與目標(biāo)器件中的ChipScope內(nèi)核通信。分析工具的客戶端和服務(wù)器可以運(yùn)行在一臺(tái)機(jī)器上（local host模式）或者不同機(jī)器上（remote模式），remote模式在以下情況下非常有用。

調(diào)試一個(gè)遠(yuǎn)程系統(tǒng)。

和其他同事共享一個(gè)系統(tǒng)資源。

給遠(yuǎn)程客戶演示問(wèn)題或功能。

在大部分情況下，用戶是通過(guò)分析工具客戶端來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析的，這里詳細(xì)介紹客戶端界面和功能。客戶端界面如圖9-38所示。

圖9-38 【Chipscope Pro Analyzer tool】客戶端接口

分析工具客戶端由菜單欄、常用工具欄、項(xiàng)目瀏覽器、信號(hào)瀏覽器、主窗口以及信息顯示窗口組成。

(1) 菜單欄。

【File】文件菜單：包含與工程相關(guān)的操作，如【New Project】新建項(xiàng)目、【Open Project】打開(kāi)項(xiàng)目、【Save Project】保存項(xiàng)目、【Save Project As】項(xiàng)目另存、【Page Setup】頁(yè)面建立、【Print】打印、【Import】導(dǎo)入、【Export】導(dǎo)出以及【Exit】退出等命令。其中比較重要的導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，【Import】導(dǎo)入用于從設(shè)計(jì)文件中獲取信號(hào)列表，【Export】導(dǎo)出用于提取捕獲數(shù)據(jù)，以便后續(xù)觀察和處理。

【View】視圖菜單：包含了顯示【Project Tree】項(xiàng)目瀏覽器和顯示【Messages】信息顯示窗口兩個(gè)命令。

【JTAG Chain】邊界掃描鏈路菜單：包含了下載電纜相關(guān)的命令，有【Serve Host Setting】主機(jī)服務(wù)設(shè)臵、【JTAG Chain Setup】JTAG鏈建立、【Xilinx parallel Cable】連接X(jué)ilinx并行下載線、【Xilinx parallel USB Cable】連接X(jué)ilinx并行USB下載線、【Close Cable】關(guān)閉電纜、【Get Cable Information】獲取電纜信息以及【Auto Core Status Poll】打開(kāi)自動(dòng)核狀態(tài)查詢等。

【Device】器件菜單：包含了【JTAG Device Chain Setup】邊界掃描鏈設(shè)臵、【Configure】配臵器件、【Show IDCODE】顯示器件識(shí)別碼和【Show USERCODE】顯示用戶碼等命令。

【W(wǎng)indows】窗口菜單：包含了【New Unit Window】新建窗口單元、【Close】關(guān)閉、【Auto Layout】自動(dòng)重排等相關(guān)命令。

【Help】幫助菜單：包含了版本信息以及所有核信息。

(2) 項(xiàng)目瀏覽器：項(xiàng)目瀏覽器在JTAG邊界掃描鏈正確初始化后會(huì)列出掃描鏈上所有能識(shí)別的器件，顯示核的數(shù)目，并為每個(gè)核創(chuàng)建一個(gè)文件夾，其中包含了觸發(fā)條件設(shè)置和要觀察信號(hào)的波形文件。在配置下載完成后，項(xiàng)目瀏覽器也會(huì)同時(shí)更新。

(3) 信號(hào)瀏覽器：信號(hào)瀏覽器用于添加和刪除視圖中的信號(hào)，當(dāng)在項(xiàng)目瀏覽器中選中一個(gè)ChipScope核后，在信號(hào)瀏覽器中會(huì)顯示出與此核相關(guān)的信號(hào)，可以對(duì)這些信號(hào)重命名或?qū)⑿盘?hào)組合成總線的形式。

命名信號(hào)和總線，雙擊或者單擊右鍵后選擇【Rename】，可以重新命名信號(hào)和總線名稱。

從窗口中添加/移除信號(hào)。用【Clear All】→【W(wǎng)aveform】或者【Clear All】→【Listing】命令刪除信號(hào)。用【Add ALL To View】命令添加信號(hào)。

合并/添加信號(hào)到總線。對(duì)于ILA核和IBA核，只有數(shù)據(jù)信號(hào)可以合并總線，對(duì)于VIO核，可以將各類(lèi)信號(hào)分組。單擊要分組的信號(hào)，選擇【Add To Bus】→【New Bus】，將總線信號(hào)重新排序。利用【Reverse Bus Order】命令可以將LSB到MSB排列的總線順序變成MSB到LSB排列。

(4) 主窗口：主窗口主要用于顯示【Trigger Setup】、【W(wǎng)avaform】、【Listing】以及【Bus Plot】等窗口。
(5) 信息顯示窗口：信息顯示窗口會(huì)列出分析儀所有的狀態(tài)信息，便于用戶查看。
使用Analyzer觀察信號(hào)波形時(shí)，首先需要將設(shè)計(jì)和ChipScope Pro核共同生成的配置文件下載到FPGA芯片中。然后通過(guò)設(shè)定不同的觸發(fā)條件捕獲數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)在芯片的BRAM中，通過(guò)JTAG鏈回讀到PC上觀察波形。

一、 配置目標(biāo)芯片

打開(kāi)Analyzer，在常用工具欄上單擊，初始化邊界掃描鏈，成功完成掃描后，項(xiàng)目瀏覽器會(huì)列出JTAG鏈上的器件，如圖9-39所示。Analyzer能自動(dòng)識(shí)別出邊界掃描鏈上的所有Xilinx的CPLD、FPGA、PROM以及System ACE芯片。圖9-39所示為ML505目標(biāo)板的JTAG鏈掃描結(jié)果。

圖9-39 Analyzer邊界掃描結(jié)果

當(dāng)JTAG鏈掃描正確后，菜單項(xiàng)“Device”才能由灰色變?yōu)檎！Ｐ枰⒁獾氖牵篊hipScope通過(guò)JTAG鏈來(lái)觀察芯片內(nèi)部邏輯，因此在生成配置文件時(shí)只能利用.bit格式的配置文件，且時(shí)鐘需要選擇“JTAG CLK”，選擇“CCLK”可能會(huì)導(dǎo)致配置失敗。

二、 設(shè)置觸發(fā)條件

將包含ChipScope核的工程下載到FPGA中以后，還需要設(shè)定觸發(fā)條件才能在Analyzer中捕獲到有效波形。Analyzer的觸發(fā)設(shè)置由【Match】匹配、【Trig】觸發(fā)以及【Capture】捕獲三部分組成，其中【Match】用于設(shè)置匹配函數(shù)，【Trig】用于把一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)條件組合起來(lái)構(gòu)成復(fù)雜的觸發(fā)條件，【Capture】用于設(shè)定窗口的數(shù)目和觸發(fā)位置，典型的配置界面如圖9-40所示。

圖9-40 Analyzer觸發(fā)條件配置示意圖

(1) 【Match】里設(shè)置觸發(fā)條件的匹配函數(shù)，多個(gè)函數(shù)的組合構(gòu)成ChipScope Pro核的整個(gè)觸發(fā)條件。

【Match Unit】：用于指定該函數(shù)用于哪個(gè)觸發(fā)的匹配函數(shù)。

【Function】：選擇比較類(lèi)型。

【Value】：設(shè)臵比較的具體數(shù)值。

【Radix】：設(shè)臵【Value】里的數(shù)據(jù)格式。可以是十六進(jìn)制、八進(jìn)制、二進(jìn)制、有符號(hào)或者無(wú)符號(hào)數(shù)。

【Count】：觸發(fā)條件所設(shè)臵的事件發(fā)生多少次之后才認(rèn)為滿足觸發(fā)條件。

【at least n times】：事件連續(xù)或者不連續(xù)發(fā)生n次后滿足觸發(fā)函數(shù)條件。

【for n cycles】：事件只有連續(xù)發(fā)生n次才算滿足觸發(fā)函數(shù)條件。

(2) 【Trig】窗格可以把一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)條件組合起來(lái)，構(gòu)成復(fù)雜的觸發(fā)條件。觸發(fā)條件是一個(gè)或者多個(gè)觸發(fā)條件的組合，ChipScope Pro根據(jù)觸發(fā)條件判斷是否捕獲數(shù)據(jù)。在Analyzer中可以定義多個(gè)觸發(fā)條件。

【Add】按鈕：可以加入新的觸發(fā)條件。

【Del】按鈕：可以刪除觸發(fā)條件。

【Trigger Condition Name】：允許用戶為觸發(fā)條件命名。

【Trigger Condition Equation】：顯示觸發(fā)條件的構(gòu)成，默認(rèn)為來(lái)自不同觸發(fā)條件函數(shù)的邏輯與。如果希望改變?cè)撛O(shè)臵，可以單擊該區(qū)域，彈出【Trigger Condition】對(duì)話框，如圖9-41所示。可以根據(jù)需要設(shè)臵，設(shè)臵的觸發(fā)條件等式將重新顯示在對(duì)話框的下方。在工程管理窗口選擇【Trigger Setup】→【Save Trigger Setup】命令，可以將觸發(fā)設(shè)臵保存到后綴為.ctj的文件中，方便下次調(diào)用。選擇【Trigger Setup】→【Read Trigger Setup】命令，可以從該文件中讀入觸發(fā)條件設(shè)臵參數(shù)。

圖9-41 【Trigger Condition】設(shè)置界面

(3) 【Capture】里可以設(shè)置視窗的數(shù)目和視窗中觸發(fā)事件的位置，這些視窗通常包含由一個(gè)觸發(fā)事件產(chǎn)生的一連串連續(xù)采樣點(diǎn)。

【Type】下拉列表框：定義了所用視窗的類(lèi)型，如果選擇【W(wǎng)indows】類(lèi)型，那么視窗中的采樣數(shù)必須是2的若干次方，觸發(fā)可以發(fā)生在視窗的任何位臵；選擇【N Samples】類(lèi)型，緩沖器buffer中將包含多個(gè)視窗。每個(gè)視窗包含N個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)觸發(fā)總在第一個(gè)采樣窗口。

【W(wǎng)indows】編輯框：用來(lái)定義窗口的數(shù)目，數(shù)值范圍為1到捕獲緩沖區(qū)的深度之間。

【Depth】下拉列表框：每個(gè)觸發(fā)窗口的深度，深度由窗口數(shù)量決定。

【Position】編輯框：觸發(fā)位臵，范圍為1到捕獲緩沖區(qū)深度減1之間。

三、 捕獲數(shù)據(jù)

運(yùn)行捕獲Running/Arming the Trigger，設(shè)置好觸發(fā)條件后，在工程管理窗口中選擇【Trigger Setup】→【Run】命令，分析儀進(jìn)入捕獲（arm）狀態(tài)。如果觸發(fā)條件得到滿足，Core捕獲數(shù)據(jù)，直到設(shè)置的緩沖區(qū)填滿為止，然后通過(guò)JTAG上傳數(shù)據(jù)，并在【W(wǎng)aveform】和【Listing】窗口中顯示。如果需要強(qiáng)制進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲，可以選擇【Trigger Setup】→【Trigger Immediate】命令，該命令忽略觸發(fā)條件并立刻進(jìn)行捕獲，直到設(shè)置的緩沖區(qū)填滿為止，并在【W(wǎng)aveform】和【Listing】窗口中顯示。

要停止捕獲，選擇【Trigger Setup】→【Stop Acuqisition】命令。

四、 觀察信號(hào)

ILA核可以通過(guò)【W(wǎng)aveform】、【Listing】和【Bus Plot】窗口觀察信號(hào)波形。

(1) 【W(wǎng)aveform】窗口

在圖9-42所示【JTAG Chain】的ILA核下單擊【W(wǎng)aveform】，打開(kāi)圖9-43所示波形顯示界面，它類(lèi)似于邏輯分析儀，可以支持如下操作。

圖9-42 觀察波形設(shè)置

圖9-43 Analyzer波形顯示界面示意圖

重新排列總線和信號(hào)的位臵：用戶可以拖動(dòng)信號(hào)到所希望的位臵，重新排列總線和信號(hào)的位臵。

添加總線：可按住Ctrl鍵，選擇多個(gè)總線信號(hào)，單擊右鍵，選擇“Add to Bus”命令，將其組合成相應(yīng)的總線信號(hào)，如DataPort，如圖9-43所示。

對(duì)信號(hào)和總線進(jìn)行編輯：剪切/復(fù)制/粘貼/刪除信號(hào)和總線，在信號(hào)或總線名稱上單擊右鍵，選擇相應(yīng)的命令。同時(shí)支持Windows組合鍵操作（剪切命令Ctrl+X，復(fù)制命令Ctrl+C，粘貼命令Ctrl+V，刪除命令Delete）。

對(duì)信號(hào)和總線進(jìn)行放大和縮小。

測(cè)量光標(biāo)：【W(wǎng)aveform】窗口中可以設(shè)臵兩個(gè)光標(biāo)──X和O。用戶可以放臵這兩個(gè)光標(biāo)到采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)上。該點(diǎn)的信號(hào)和總線狀態(tài)將在X或者O里顯示，兩個(gè)帶顏色的豎線分別為X和O坐標(biāo)。

(2) 【Listing】窗口如圖9-44所示。

圖9-44 【Listing】窗口界面

【Listing】窗口以列表形式顯示采樣緩沖區(qū)。基本功能和【W(wǎng)aveform】相同。

(3) 【Bus Plot】繪圖窗口如圖9-45所示。

圖9-45 【Bus Plot】窗口界面

【Plot】選項(xiàng)組。
【data vs. time】：顯示所有的總線，每條總線有單獨(dú)的顏色，可以根據(jù)數(shù)據(jù)格式（十六進(jìn)制，二進(jìn)制，十進(jìn)制等）顯示。
【data vs. data】：需要選擇兩條總線，x和y坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)一組總線。

【Display】選項(xiàng)組：圖形繪制方式可以是【lines】線、【points】點(diǎn)或者【 lines and points】點(diǎn)線。

【Bus Selection】選項(xiàng)組：選項(xiàng)中列出設(shè)臵中所有的總線，根據(jù)【Plot】選項(xiàng)組設(shè)臵的方式，選擇所要觀測(cè)的總線組。可以單擊總線名旁邊的【Colored】按鈕，選擇總線的顏色。

【Min/Max】選項(xiàng)組：顯示視圖中的最大最小值。

【X】【Y】：顯示鼠標(biāo)所在位臵的x或y坐標(biāo)。

如果設(shè)計(jì)中有VIO核，可以在【VIO Console】窗口觀測(cè)虛擬輸入輸出信號(hào)狀態(tài)，如圖9-46所示。

圖9-46 【VIO Console】窗口界面

(1) 【Bus/Signal】欄：包含VIO核的總線或者信號(hào)名稱。單擊右鍵，設(shè)置信號(hào)/總線的【Type】顯示類(lèi)型和【Persistence】顯示時(shí)間長(zhǎng)度。

【Type】：設(shè)臵VIO總線/信號(hào)的類(lèi)型。
VIO輸入信號(hào)支持的顯示類(lèi)型：

文本：ASCII字符

LEDs（紅、藍(lán)、綠三個(gè)顏色可選；可以設(shè)置為高有效或低有效）
VIO輸入總線只支持一個(gè)有效顯示類(lèi)型

文本
VIO輸出信號(hào)支持的顯示類(lèi)型：

文本：ASCII文本

按鈕：高有效或低有效

反轉(zhuǎn)按鈕

脈沖序列（只針對(duì)同步輸出）

單脈沖（只針對(duì)同步輸出）
VIO輸出總線就有兩個(gè)有效顯示類(lèi)型：

文本

脈沖序列（只針對(duì)同步輸出）

【Persistence】：設(shè)臵VIO總線/信號(hào)【Value】欄的顯示時(shí)間長(zhǎng)度。
【Infinite】：一直顯示VIO總線/信號(hào)。
【Long】：顯示80個(gè)采樣周期。
【Short】：顯示8個(gè)采樣周期。

(2) 【Value】欄：顯示信號(hào)的當(dāng)前值。

五、 導(dǎo)入、導(dǎo)出數(shù)據(jù)

ChipScope提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力，最大深度可達(dá)16384，單靠肉眼觀測(cè)是不可行的，需要將采集波形存儲(chǔ)下來(lái)，再通過(guò)VC、MATLAB等工具完成后續(xù)分析。【File】菜單下【Export】命令，可導(dǎo)出.VCD、.ASCII以及.FBDT等3種類(lèi)型的文件。

用戶可以對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行重命名，然后在ChipScope中導(dǎo)入所有信號(hào)名，以方便觀察和分析。Core Generator、Core Inserter、Synplicity Certify和FPGA Editor 工具都可以產(chǎn)生有關(guān)信號(hào)名的文件，在ChipScope中，可以運(yùn)行【File】菜單下【Import】命令，從指定文件中導(dǎo)入信號(hào)名。

9.5 利用FPGA Editor修改Chipscope Pro核信號(hào)連接

對(duì)于使用高密度FPGA實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)，每次在ChipScope Pro Core中修改信號(hào)探點(diǎn)都需要重新進(jìn)行布局布線，布局布線需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。更令人頭痛的是，布局布線后的結(jié)果可能每次都有差異，有時(shí)會(huì)變得很差。如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？FPGA Editor與ChipScope的協(xié)同工作有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。

利用FPGA Editor和ChipScope Pro協(xié)同工作，可在FPGA Editor中對(duì)器件內(nèi)的ChipScope Pro探點(diǎn)直接修改。由于不再布局布線，不僅提高了工作效率，而且ChipScope Pro Analyzer的跟蹤和分析也更準(zhǔn)確。

運(yùn)行ISE 11.x設(shè)計(jì)工具，在【Processes for Source....】窗口中單擊【View／Edit Routed Design（FPGA Editor）】。彈出FPGA Editor界面，在右邊菜單欄中單擊【ILA】命令，打開(kāi)如圖9-47所示的ILA設(shè)計(jì)界面，在【Array】窗口中修改布線。

圖9-47 【FPGA Editor】ILA設(shè)計(jì)界面

【ILA Capture Units】列表框：列出了設(shè)計(jì)中ILA捕獲單元的名稱和位信息。

【Data and Trigger Bits】列表框：列出了所選ILA捕獲單元的類(lèi)型、位數(shù)、網(wǎng)線和部件信息。

【W(wǎng)rite CDC..】按鈕：保存ChipScope Pro Core的修改為后綴為.cdc的文件，默認(rèn)值為原設(shè)計(jì)文件。

【Change Net】按鈕：用來(lái)修改ILA Core的連線，單擊該按鈕，在FPGAEditor窗口下邊信息欄中同時(shí)顯示該連線的延時(shí)數(shù)據(jù)。用這個(gè)按鈕可以更改ChipScope網(wǎng)線連接到一個(gè)設(shè)計(jì)者所關(guān)心的網(wǎng)線上。

【View Component】按鈕：用于在【Block】窗口中顯示所選部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

【Bitgen..】按鈕：用于重新生成FPGA的比特流文件。

【Download】按鈕：?jiǎn)?dòng)iMPACT工具，把比特流文件下載到目標(biāo)器件中。

9.6 小結(jié)

本章詳細(xì)介紹了Xilinx內(nèi)嵌邏輯分析儀ChipScope Pro，它是Xilinx開(kāi)發(fā)的功能強(qiáng)大的在線調(diào)試工具，它解決了用片外邏輯分析儀進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試時(shí)需要硬連接的瓶頸。本章首先介紹了ChipScope Pro的各個(gè)組成部分，包括ICON、ILA、VIO和ATC2等功能模塊，接著用一個(gè)實(shí)例介紹了ChipScope Pro的應(yīng)用，最后討論了用ChipScope Pro分析儀進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試的方法。希望通過(guò)本章介紹，讀者能快速熟悉并掌握ChipScope Pro的應(yīng)用，并借助此工具，快速找到并排除設(shè)計(jì)中的問(wèn)題。