FPGA系统内部逻辑在线测试技术研究之二

FPGA系统内部逻辑在线测试技术研究之二

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          (5)触发条件。可以设定复杂的触发条件用以捕获相应的数据，以协助调试设计。当满足触发条件时，在SignalTapⅡ时钟的上升沿采样被测信号。

          (6)设置被测信号。在SignalTapⅡ逻辑分析仪窗口，双击鼠标左键，弹出的Node Finder对话框，在filter中选择要加人STP文件的节点或总线。图2所示给出了待测信号及触发设置。

         完成STP设置后，加载SAM对象文件(.sof)，在Device列表中选择目标器件，点击Program Device图标进行器件编程，点击Run Analysis进行采集、分析数据，如图3所示。

         4 实例分析

         现以FT245BM型USB与EP2C8 0208C8N型FPGA间的简单通信为实例，具体说明如何采用SignalTapⅡ验证FPGA的设计。其顶层设计文件如图4所示。

         FT245BM是FTDI(Future Technology Devices IntlLtd)公司的一种快速USB通信接口。它无需编写片内固件程序。FTDI公司提供D2XX官方驱动程序，使用D2XX驱动程序能获得更好的数据传输性能，且传输速率最大可达1 MB／s。

         FT245BM的主要功能是在内部硬件逻辑的作用下实现USB串行数据格式与并行数据格式的双向转换。PC机通过USB接口与FT245BM进行数据交换，FT245BM通过并行方式与下位微控制器通信。利用单芯片实现USB与并行FIFO缓冲区的双向数据传输；通过简单的四线握手信号与FPGA等逻辑器件接口；FT245BM通过8位并行数据口D[0，7]和4位读写状态／控制口RXF#、TXE#、RD#、WR实现与EP2C8交换数据，而PC机与FT245BM间通过UISB总线传输数据。可选的外部EEPROM用于存储USB设备的特定信息，通过EECS、EESK、EEDATA来完成数据的写入和读出。

         在调试中，按照上述SignalTapⅡ的使用步骤，在编译后的工程中添加STP文件，并对文件进行设置。首先设置采样时钟gclk，系统时钟采用32.768 MHz；然后添加采样深度的设置，设为2 K；最后在STP文件中将Buffer AcquisitionMode分别设为连续存储和循环采样存储两种模式进行验证。连续存储方式记录采样操作的连续过程，而在循环采样存储方式下SignalTapⅡ记录多次采样时刻数据。

          当外部实验开发系统连接好后，进行编译下载。单击SignalTapⅡ面板上的Autorun Analysis按钮，启动SignalTapⅡ进行采样和分析，此时就能从SignalTaDⅡ数据窗通过JTAG口观察到来自实验板上FPGA内部的实时信号，该实例的输出信号如图5所示。

         实际中将遇到许多竞争处理和不完善的地方，然而由于使用了SignalTapⅡ工具，所以能直观地看到内部的逻辑状况，这大大减少了开发周期，并能顺利地进行调试。

        5 结语


        Quartus中的SignalTapⅡ工具成功克服了传统逻辑分析仪的缺点，提供了一个测试器件的很好途径，还具有实时可视性，大大减少了调试、验证过程花费的时间，加快了设计周期。通过对CycloneⅡ系列EP2C8Q208C8进行实验，证实该测试手段大大提高了系统的调试能力，效果很好。但需注意的是，它是一块自主逻辑，需要占据FPGA资源。比如RAM，LE等，资源消耗量与需采集的数据量成正比。因此不能无限制地采集信号，一般采集信号的深度不大。再者，由于时钟的限制，无法看到有毛刺的现象，实际应用中也存在一定的限制。另外，SignalTapⅡ工作在JTAG方式，调试完成后，需将SignalTapⅡ移除设计，以免浪费资源。