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1、本(běn)章(zhāng)主(zhǔ)要(yào)介紹在(zài)FPGA的(de)開(kāi)發(fà)过(guò)程中(zhōng)，在(zài)邏輯代(dài)碼上(shàng)板運行前(qián)都会(huì)進(jìn)行仿真(zhēn)验(yàn)證。
2、本(běn)章(zhāng)主(zhǔ)要(yào)介紹一(yī)个(gè)实时(shí)的(de)信(xìn)号(hào)分(fēn)析工具獲取(qǔ)FPGA內(nèi)部(bù)的(de)实时(shí)信(xìn)号(hào)從而(ér)進(jìn)行調試分(fēn)析——SignalTap的(de)工作原理、使用(yòng)流程，并且通(tòng)过(guò)3个(gè)案(àn)例又对(duì)SignalTap的(de)使用(yòng)步驟進(jìn)行了(le)詳细(xì)说(shuō)明(míng)。
3、这(zhè)是(shì)ALTERA的(de)文(wén)檔
第(dì)五(wǔ)章(zhāng) SIGNALTAP調試工具
SignalTap是(shì)由(yóu)Altera公司開(kāi)發(fà)的(de)一(yī)个(gè)在(zài)線(xiàn)、片(piàn)內(nèi)信(xìn)号(hào)分(fēn)析的(de)工具，为(wèi)設計(jì)開(kāi)發(fà)者(zhě)验(yàn)證所(suǒ)用(yòng)。
我(wǒ)们(men)什麼(me)时(shí)候会(huì)用(yòng)到(dào)signalTap呢？當代(dài)碼經(jīng)过(guò)仿真(zhēn)沒(méi)有(yǒu)問(wèn)題(tí)，但加载到(dào)FPGA電(diàn)路(lù)板後(hòu)，發(fà)現(xiàn)功能(néng)不(bù)正(zhèng)确时(shí)，我(wǒ)们(men)就(jiù)可(kě)以(yǐ)用(yòng)signalTap工具進(jìn)行分(fēn)析， 它(tā)的(de)作用(yòng)就(jiù)類(lèi)似于(yú)一(yī)个(gè)數字(zì)邏輯分(fēn)析儀。利用(yòng)signaltap基本(běn)上(shàng)可(kě)以(yǐ)代(dài)替數字(zì)邏輯分(fēn)析儀了(le) ，它(tā)是(shì)quartus里(lǐ)最(zuì)常用(yòng)的(de)工具，同(tóng)学们(men)必須熟練使用(yòng)这(zhè)个(gè)工具。
1 软(ruǎn)件(jiàn)介紹和(hé)原理
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在(zài)使用(yòng)signalTap前(qián)，我(wǒ)们(men)先(xiān)理解(jiě)一(yī)下(xià)SignalTap的(de)原理， 这(zhè)樣(yàng)就(jiù)助于(yú)理解(jiě)每个(gè)參數。
图(tú) 77
如(rú)图(tú)为(wèi)SignalTap II的(de)基本(běn)工作原理，通(tòng)过(guò)此(cǐ)图(tú)也(yě)能(néng)很好(hǎo)的(de)理解(jiě)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)、采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)、采樣(yàng)深度(dù)等的(de)概念（概念 及(jí)相關(guān)設置見(jiàn)第(dì)三(sān)节(jié)）及(jí)其之間(jiān)的(de)關(guān)系(xì)。
需要(yào)观察分(fēn)析的(de)信(xìn)号(hào)，我(wǒ)们(men)稱之为(wèi)“被(bèi)测信(xìn)号(hào)”（可(kě)以(yǐ)有(yǒu) 多(duō)个(gè)），SignalTap II的(de)基本(běn)工作过(guò)程如(rú)下(xià)：以(yǐ)被(bèi)测信(xìn)号(hào)为(wèi)对(duì)象(xiàng)，根(gēn)據(jù)需要(yào)設置合理的(de)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)，在(zài)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)（如(rú)图(tú)中(zhōng)的(de)被(bèi)测信(xìn)号(hào)下(xià)降沿）滿足时(shí)的(de)前(qián)後(hòu)一(yī)段(duàn)时(shí)間(jiān)，每个(gè)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)的(de)上(shàng)升(shēng)沿都会(huì)对(duì)被(bèi)测信(xìn)号(hào)進(jìn)行一(yī)次(cì)采集，并将采集的(de)信(xìn)号(hào)值存儲在(zài)內(nèi)部(bù)的(de)RAM中(zhōng)。我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)指定(dìng)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)前(qián)後(hòu)采多(duō)少(shǎo)个(gè)樣(yàng)點(diǎn)，如(rú)果(guǒ)RAM比較大，那(nà)麼(me)可(kě)以(yǐ)保存的(de)數據(jù)就(jiù)比較多(duō)，如(rú)果(guǒ)RAM比較小，那(nà)麼(me)保存的(de)數據(jù)自(zì)然少(shǎo)，RAM大小決定(dìng)了(le)观察數據(jù)的(de)多(duō)少(shǎo)。
最(zuì)後(hòu)SignalTap将读(dú)出(chū)RAM中(zhōng)的(de)數據(jù)，并逐个(gè)在(zài)顯示器中(zhōng)顯示出(chū)来(lái)（因(yīn)此(cǐ)SignalTap看(kàn)到(dào)的(de)都是(shì)理想(xiǎng)的(de)，沒(méi)有(yǒu)毛(máo)刺的(de)信(xìn)号(hào)），达(dá)到(dào)了(le)我(wǒ)们(men)对(duì)信(xìn)号(hào)進(jìn)行在(zài)線(xiàn)調試分(fēn)析的(de)目的(de)。
2 软(ruǎn)件(jiàn)界面(miàn)
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打(dǎ)開(kāi)Quartus後(hòu)，在(zài)菜單欄中(zhōng)，選擇“Tools”- >”SignalTal II Logic Analyzer”，就(jiù)可(kě)以(yǐ)打(dǎ)開(kāi)SignalTap工具。如(rú)下(xià)图(tú)：
图(tú) 78
图(tú) 79
◆ 1—4为(wèi)基本(běn)的(de)软(ruǎn)硬(yìng)件(jiàn)配置。
1下(xià)载線(xiàn)選擇；2硬(yìng)件(jiàn)檢测（識别相關(guān)的(de)FPGA設備）；3工程配置文(wén)件(jiàn)選擇（sof文(wén)件(jiàn)）；4加载sof文(wén)件(jiàn)（1-3均完成(chéng)後(hòu)即可(kě)加载文(wén)件(jiàn)）。
◆ 5—7为(wèi)采樣(yàng)設置。
5選擇采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)，采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)要(yào)根(gēn)據(jù)具體(tǐ)需要(yào)進(jìn)行設置 , 可(kě)以(yǐ)为(wèi)模块(kuài)的(de)工作时(shí)鐘(zhōng)，也(yě)可(kě)以(yǐ)为(wèi)內(nèi)部(bù)信(xìn)号(hào)；
◆ 6为(wèi)采樣(yàng)深度(dù)設置，采樣(yàng)深度(dù)并非(fēi)越大越好(hǎo)，要(yào)根(gēn)據(jù)分(fēn)析需求進(jìn)行合理設置；
◆ 7为(wèi)觸發(fà)位置選擇，包(bāo)括前(qián)段(duàn)觸發(fà)、中(zhōng)間(jiān)觸發(fà)、後(hòu)端觸發(fà)三(sān)種(zhǒng)方(fāng)式，以(yǐ)觸發(fà)點(diǎn)为(wèi)參考，觸發(fà)位置不(bù)同(tóng)，我(wǒ)们(men)能(néng)得到(dào)不(bù)同(tóng)时(shí)間(jiān)段(duàn)的(de)信(xìn)号(hào)值。
◆ 8—9为(wèi)信(xìn)号(hào)設置，包(bāo)括添加信(xìn)号(hào)，設置信(xìn)号(hào)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)等。在(zài)8中(zhōng)空白处双(shuāng)擊即可(kě)添加信(xìn)号(hào)界面(miàn)，根(gēn)據(jù)需要(yào)添加工程中(zhōng)的(de)相應(yìng)信(xìn)号(hào)，添加信(xìn)号(hào)後(hòu)即可(kě)設置其觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)。
◆ 10为(wèi)資源使用(yòng)情(qíng)況指示，如(rú)果(guǒ)資源多(duō)于(yú)FPGA本(běn)身(shēn)的(de)資源，綜合时(shí)会(huì)報錯，无法進(jìn)行分(fēn)析。
◆ 11为(wèi)運行操作按鈕，開(kāi)始運行後(hòu)，待觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)滿足後(hòu)会(huì)顯示波(bō)形。
3 上(shàng)板例程
a、選擇下(xià)载線(xiàn)、fpga芯片(piàn)型号(hào)、工程配置文(wén)件(jiàn)
图(tú) 80
b、設置采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)、采樣(yàng)深度(dù)
图(tú) 81
这(zhè)里(lǐ)我(wǒ)们(men)選擇內(nèi)部(bù)pll的(de)輸出(chū)信(xìn)号(hào)c1作为(wèi)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)，注意(yì)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)不(bù)一(yī)定(dìng)是(shì)工程里(lǐ)的(de)时(shí)鐘(zhōng)，內(nèi)部(bù)任何信(xìn)号(hào)都可(kě)以(yǐ)是(shì)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)。
这(zhè)里(lǐ)我(wǒ)们(men)将采樣(yàng)深度(dù)設置为(wèi)128个(gè)。也(yě)就(jiù)是(shì)我(wǒ)们(men)總(zǒng)共(gòng)能(néng)看(kàn)到(dào)128采樣(yàng)點(diǎn)的(de)數據(jù)。
c、選擇采樣(yàng)信(xìn)号(hào)
在(zài)setup窗(chuāng)口(kǒu)中(zhōng)，双(shuāng)擊空白地(dì)方(fāng)，弹出(chū)如(rú)下(xià)界面(miàn)
图(tú) 82
紅(hóng)色(sè)框是(shì)選擇哪个(gè)階(jiē)段(duàn)的(de)信(xìn)号(hào)，例如(rú)是(shì)綜合前(qián)、綜合後(hòu)等 ，因(yīn)为(wèi)綜合时(shí)会(huì)优化(huà)，有(yǒu)些信(xìn)号(hào)可(kě)能(néng)会(huì)找(zhǎo)不(bù)到(dào)。我(wǒ)们(men)一(yī)般選擇pre-synthesis或(huò)Design Entry(all name)。
在(zài)Nodes Found選擇我(wǒ)们(men)要(yào)观察的(de)信(xìn)号(hào)，添加到(dào)右(yòu)邊(biān)框即可(kě) 。
本(běn)例我(wǒ)们(men)这(zhè)里(lǐ)選擇key_col和(hé)rst_n信(xìn)号(hào)来(lái)观察。
图(tú) 83
d、設置觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)
選擇好(hǎo)信(xìn)号(hào)後(hòu)，即可(kě)進(jìn)行觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)的(de)設置。
观察trigger Conditions一(yī)列，key_col的(de)默認值为(wèi)xh（總(zǒng)線(xiàn)型信(xìn)号(hào)的(de)don’t care ），rst_n的(de)默認值为(wèi)don’t care。在(zài)trigger Conditions一(yī)列中(zhōng)，右(yòu)擊rst_n所(suǒ)在(zài)的(de)行，将出(chū)現(xiàn)6種(zhǒng)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)供選擇。
图(tú) 84
6種(zhǒng)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)的(de)含義如(rú)下(xià)：
don’t care：表(biǎo)示不(bù)關(guān)心(xīn)，也(yě)即任意(yì)，此(cǐ)信(xìn)号(hào)的(de)值不(bù)影響觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)；
Low ：低電(diàn)平觸發(fà)；
Falling Edge：下(xià)降沿觸發(fà)；
Rising Edge：上(shàng)升(shēng)沿觸發(fà)；
High：高(gāo)電(diàn)平觸發(fà)；
Either Edge：双(shuāng)沿觸發(fà)，即有(yǒu)變(biàn)化(huà)时(shí)觸發(fà)。
假設取(qǔ)上(shàng)升(shēng)沿觸發(fà)，并对(duì)key_col也(yě)做觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)的(de)設置如(rú)下(xià)：
图(tú) 85
此(cǐ)时(shí)的(de)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)含義为(wèi)：當rst_n为(wèi)上(shàng)升(shēng)沿并且 key_col全(quán)为(wèi)高(gāo)时(shí)觸發(fà)。注意(yì)，这(zhè)里(lǐ)多(duō)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)之間(jiān)默認的(de)是(shì)“與(yǔ) ”的(de)關(guān)系(xì)，很多(duō)人(rén)会(huì)誤認为(wèi)是(shì)“或(huò)”的(de)關(guān)系(xì)。
e、綜合并下(xià)载，點(diǎn)擊“Run Analysis”按鈕，观看(kàn)結果(guǒ)
如(rú)果(guǒ)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)成(chéng)立，則可(kě)在(zài)Data窗(chuāng)口(kǒu)观察到(dào)采樣(yàng)波(bō)形 ，此(cǐ)处是(shì)某一(yī)工程的(de)采樣(yàng)結果(guǒ)，可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)，其與(yǔ)modelsim波(bō)形是(shì)很相似的(de)。
點(diǎn)擊波(bō)形，則可(kě)以(yǐ)放(fàng)大波(bō)形观看(kàn)；右(yòu)擊波(bō)形，則是(shì)縮小波(bō)形。
图(tú) 86
4 案(àn)例说(shuō)明(míng)
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案(àn)例 1：SIGNALTAP的(de)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)，不(bù)一(yī)定(dìng)是(shì)时(shí)鐘(zhōng)信(xìn)号(hào)，可(kě)以(yǐ)是(shì)其他(tā)任意(yì)的(de)信(xìn)号(hào)。總(zǒng)之，SIGNALTAP会(huì)在(zài)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)的(de)上(shàng)升(shēng)沿去(qù)捕捉信(xìn)号(hào)的(de)值，如(rú)果(guǒ)沒(méi)有(yǒu)上(shàng)升(shēng)沿，則会(huì)一(yī)直(zhí)等待。例如(rú)下(xià)图(tú)，就(jiù)是(shì)以(yǐ)按鍵信(xìn)号(hào)key为(wèi)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)。在(zài)key由(yóu)0變(biàn)1时(shí)，就(jiù)会(huì)采樣(yàng)一(yī)个(gè)值。
案(àn)例 2：我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)改變(biàn)采樣(yàng)的(de)深度(dù)，以(yǐ)便观察到(dào)信(xìn)号(hào)更(gèng)长时(shí)刻的(de)值。下(xià)面(miàn)的(de)深度(dù)設置成(chéng)128，这(zhè)意(yì)味着，一(yī)共(gòng)可(kě)以(yǐ)看(kàn)到(dào)128个(gè)點(diǎn)的(de)值。如(rú)果(guǒ)不(bù)够，可(kě)以(yǐ)設置成(chéng)更(gèng)大。但注意(yì)的(de)是(shì)，SIGNALTAP需要(yào)RAM来(lái)保存采樣(yàng)的(de)數據(jù)，所(suǒ)以(yǐ)采樣(yàng)深度(dù)越大，需要(yào)的(de)RAM越大，这(zhè)需要(yào)占用(yòng)FPGA的(de)資源，而(ér)有(yǒu)些FPGA是(shì)有(yǒu)限的(de)。如(rú)果(guǒ)不(bù)支持(chí)这(zhè)麼(me)大的(de)RAM，在(zài)編譯时(shí)会(huì)提(tí)示錯誤的(de)。
图(tú) 87
案(àn)例3：通(tòng)过(guò)設置segmented，可(kě)以(yǐ)檢查滿足觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)的(de)次(cì)數。例如(rú)，發(fà)現(xiàn)按鍵有(yǒu)时(shí)候失靈的(de)情(qíng)況，为(wèi)了(le)定(dìng)位此(cǐ)問(wèn)題(tí)，我(wǒ)想(xiǎng)檢查按鍵按下(xià)的(de)次(cì)數，是(shì)否與(yǔ)捕捉到(dào)信(xìn)号(hào)次(cì)數一(yī)致(zhì)。其主(zhǔ)要(yào)設置为(wèi)：
1. 把segmented設置为(wèi)32；
2. 把捕捉到(dào)信(xìn)号(hào)key_vld拉到(dào)顯示窗(chuāng)口(kǒu)，該信(xìn) 号(hào)为(wèi)1表(biǎo)示捕捉到(dào)一(yī)个(gè)按鍵。
3. 設置觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)：key_vld的(de)上(shàng)升(shēng)沿；
4. 按下(xià)run鍵，等待觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)滿足；
5. 按下(xià)按鍵4次(cì)。
6. 按停止捕捉鍵。
如(rú)果(guǒ)此(cǐ)时(shí) SIGNALTAP出(chū)現(xiàn)5个(gè)窗(chuāng)口(kǒu)，其中(zhōng)前(qián)4个(gè)表(biǎo)示条(tiáo)件(jiàn)滿足捕捉到(dào)的(de)窗(chuāng)口(kǒu)，則表(biǎo)示近(jìn)下(xià)按鍵的(de)次(cì)數，與(yǔ)捕捉到(dào)的(de)次(cì)數一(yī)致(zhì)。否則，就(jiù)是(shì)有(yǒu)錯誤。
案(àn)例 4：當添加信(xìn)号(hào)後(hòu)，該信(xìn)号(hào)顯示紅(hóng)色(sè)，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。表(biǎo)示該信(xìn)号(hào)的(de)捕捉将会(huì)有(yǒu)問(wèn)題(tí)。
图(tú) 88
出(chū)現(xiàn)該問(wèn)題(tí)的(de)可(kě)能(néng)性(xìng)原因(yīn)有(yǒu)：
1. 該信(xìn)号(hào)在(zài)電(diàn)路(lù)綜合时(shí)被(bèi)优化(huà)。
a) 該信(xìn)号(hào)虽然産生(shēng)了(le)，但沒(méi)有(yǒu)被(bèi)當作条(tiáo)件(jiàn)使用(yòng)，或(huò) 者(zhě)不(bù)是(shì)輸出(chū)信(xìn)号(hào)。说(shuō)明(míng)該信(xìn)号(hào)是(shì)多(duō)餘的(de)，所(suǒ)以(yǐ)綜合时(shí)把該信(xìn)号(hào)优化(huà)掉。
b) 如(rú)果(guǒ)認为(wèi)該信(xìn)号(hào)是(shì)有(yǒu)用(yòng)的(de)，不(bù)應(yìng)該被(bèi)优化(huà)掉。那(nà)说(shuō)明(míng)電(diàn)路(lù)有(yǒu)BUG，需要(yào)你去(qù)定(dìng)位。
2. 組合邏輯信(xìn)号(hào)一(yī)般是(shì)捕捉不(bù)到(dào)的(de)。解(jiě)決方(fāng)法：那(nà)就(jiù)不(bù)看(kàn)这(zhè)个(gè)信(xìn)号(hào)，可(kě)以(yǐ)把産生(shēng)这(zhè)个(gè)信(xìn)号(hào)的(de)所(suǒ)有(yǒu)条(tiáo)件(jiàn)都抓出(chū)来(lái)，從而(ér)推敲結果(guǒ)是(shì)否正(zhèng)确。
案(àn)例 5：下(xià)面(miàn)的(de)觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)是(shì)：當en下(xià)降沿，并且en_tmp有(yǒu)變(biàn)化(huà)。注意(yì)，是(shì)采樣(yàng)时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，同(tóng)时(shí)两(liǎng)个(gè)条(tiáo)件(jiàn)滿足才能(néng)觸發(fà)。
图(tú) 89
图(tú) 90
上(shàng)面(miàn)波(bō)形中(zhōng)，第(dì)5时(shí)鐘(zhōng)上(shàng)升(shēng)沿时(shí)，看(kàn)到(dào)en=1，en_tmp等于(yú)1，不(bù)滿足条(tiáo)件(jiàn)。而(ér)在(zài)第(dì) 6时(shí)鐘(zhōng)时(shí)，發(fà)現(xiàn)en的(de)下(xià)降沿（之前(qián)为(wèi)1，現(xiàn)在(zài)为(wèi)0），en_tmp的(de)下(xià)降沿（之前(qián)为(wèi)1，現(xiàn)在(zài)为(wèi)0）。所(suǒ)以(yǐ)只(zhī)有(yǒu)第(dì) 6时(shí)鐘(zhōng)才滿足觸發(fà)条(tiáo)件(jiàn)。
