1.4 FPGA使数字系统调试方法发生变革

FPGA已由一种只能进行简单运算和控制的低端产品，演变成可作为系统运行的高端产品，其调试方法也随之发生了极大的变化。最典型的表现是出现了所谓的片上逻辑分析仪，如Xilinx公司的ChipScope Pro。这种工具可以通过FPGA本身的JTAG边界扫描端口将设计师想观察的信号，送到计算机上加以显示。在FPGA调试阶段，传统的信号分析手段是用逻辑分析仪分析信号和时序，设计时要求FPGA和PCB设计人员保留一定数量的FPGA引脚作为测试引脚，编写FPGA代码时要将需要观察的信号作为模块的输出信号，在综合实现时再把这些输出信号锁定到测试引脚上，然后连接逻辑分析仪的探头到这些测试引脚，设定触发条件，进行观测。这个过程比较复杂，灵活性差，PCB布线后测试引脚的数量就固定了，不能灵活增加，当测试引脚不够用时影响测试，当测试引脚太多时又影响PCB布局布线，使用ChipScope Pro能较好地解决这些问题。ChipScope Pro是FPGA的在线片内信号分析工具，其主要功能是通过JTAG口，在线、实时地读出FPGA的内部信号。其基本原理是利用FPGA中未使用的BRAM，根据用户设定的触发条件将信号实时地保存到这些BRAM中，然后通过JTAG口传送到计算机，最后在计算机屏幕上显示出时序波形。

ChipScope Pro可以十分方便地观测FPGA内部的所有信号[10]，使得对FPGA内部逻辑调试非常方便。ChipScope Pro系统框图如图1.19 所示。其中，ILA和ICON是为了使用ChipScope Pro观察信号而插入的核。一般来说，ChipScope Pro工作时需要在用户设计中实例化两种核，一是集成逻辑分析仪核（Integrated Logic Analyzer Pro core，ILA Pro core），用于提供触发和跟踪捕获的功能；二是集成控制器核（Integrated Controller Pro core，ICON Pro core），负责ILA Pro core和边界扫描端口的通信。ChipScope Pro工作时，ILA Pro core根据用户设置的触发条件捕获数据，然后在ICON Pro core的控制下，通过JTAG边界扫描端口上传到计算机，最后用ChipScope Pro Analyzer显示出信号波形。

图1.19 ChipScope Pro系统框图

使用ChipScope Pro可进行方便、快捷的调试，在一定程度上提高了FPGA的设计效率，降低了研发成本。