ChipScope使用方法说明.doc

ChipScope使用方法说明

ChipScope使用方法说明

拟 制 李雷鸣
日 期 2005-6-4

1 ChipScope简介
ChipScope的主要功能是能通过JTAG口，在线、实时地读出FPGA内部逻辑的任何信号。其基本原理是利用FPGA中未使用的Block Ram，将想要观察的信号（寄存器，网线）实时地存到这些BlockRam中，然后根据用户设定的触发条件生成特定的地址译码选择数据读出，送到JTAG口，然后在计算机中根据这些数据动态地画出时序波形来。
使用ChipScope分析FPGA内部信号的优点如下：
1. 成本低廉，只要有这套软件加上一根JTAG电缆就可完成信号的分析。
2. 灵活性大，可观测信号的数量和存储深度仅由器件剩余的Block Ram数量决定。剩余Block Ram越多，可分析的信号的数量和存储深度就越大。
3. 使用方便，该软件可以自动读取原设计生成的网表（*.ngc,*.edf,*.edn）区分时钟信号和普通信号，待观测信号的设定也十分方便，存储深度可变。可以设计多种触发条件的组合。然后软件自动将其IP核的网表插入到原设计的网表中。其IP核只使用少量的查找表资源和寄存器资源，对原设计的影响很小。
4. 使FPGA不再是“黑箱”。Chip Scope 可以十分方便的观测FPGA内部的所有信号，包括寄存器，网线型，甚至可以观测综合器产生的重命名的连接信号，使FPGA不再是“黑箱”，对FPGA内部逻辑调试非常方便。
2 ChipScope组成
ChipScope工具箱包含三个工具：ChipScope Core Generator, ChipScope Core Inserter,和ChipScope Analyzer。
ChipScope Core Generator的作用是根据设定条件生成在线逻辑分析仪的IP核。使用方法和Xilinx的Core Generator相似。ChipScope Core Inserter完成读取并分析原设计的网表，设置待分析信号，设定触发条件，和自动生成的该在线逻辑分析仪lP核的网表，并将网表插入到原设计的网表中去。ChipScope Analyzer的作用是根据生成的工程，接收JTAG传输的FPGA内部信号，再现为波形。其使用界面就像是JTAG Programer（下载工具）＋Agilent 逻辑分析仪。
3 ChipScope使用方法
ChipScope 有两种使用方法。第一种是ChipScope Core Generator＋ChipScope Analyzer方式，第二种是ChipScope Core Inserter＋ChipScope Analyzer方式。
第一种方法是在ISE设计工具中通过内核生成器产生ICON,ILA,IBA等内核，将这些内核例化后添加到设计源文件中，并对包含ChipScope内核的文件进行综合，实现，下载到器件中。第二种方法是不修改源文件，利用内核插入器将所生成的ICON,ILA,IBA等内核插入到综合工具所产生的设计网表文件（.NGC或EDIF）中，然后再对这个新的网表文件进行设计实现和下载。第一种方法每修改一次ChipScope的内容需要重新例化内核，重新对设计进行综合处理，相对比较复杂费时。第二种方法不需修改源文件和对设计进行综合处理，因此操作简单方便。通常我们采用第二种方式。
在使用ChipScope之前需要对ISE开发工具进行以下两个参数设置。1）在使用XST综合工具时需要使能“Keep Hierarchy”参数，以保持设计的层次结构，防止XST综合工具对所有层次的设计都进行优化。2）将器件的配置模式设置成JTAG模式，将配置时钟设置成JTAG Clock时钟。
3.1 ChipScope Core Inserter使用方法
ChipScope Core Inserter使用方法分三步骤如下：
1） 建立CDC文件。
2） ICON参数设置。
3） ILA参数设置。包括触发参数设置，捕捉参数设置，网络连接设置。
下面详细介绍使用步骤及各步骤要注意的问题。
首先在指定的设计文件上建立CDC文件；
然后双击该CDC文件，进入如下页面。

点击“next”，进入ICON参数设置界面如下图。

ICON参数设置主要用来指定是否禁止在JTAG时钟上插入BUFG。如果我们的设计中全局时钟资源紧张，则需禁止插入BUFG，否则应使能JTAG时钟BUFG插入。
点击“next”，进入ILA参数设置界面。首先是触发参数设置，如下图。

触发参数栏用于设置触发输入，匹配单元参数，以及触发条件参数。每个ILA内核最多可以提供16个输入触发端口。每个触发端口可以有1～16个触发匹配单元。这些触发条件判断单元可以组合起来构成逻辑分析仪的触发条件，用于捕获数据。需要注意的是，触发匹配单元设置的越多，占用的逻辑资源越多，因此在满足设定触发条件要求的情况下应尽量减小触发匹配单元的数目。
点击“next”，进入捕获参数设置界面。如下图所示。

捕获参数栏用于设置存储深度，数据位宽，采样时刻等参数。采集数据的深度和位宽直接由FPGA内部剩余的Block Ram的数量决定。我们知道Xilinx的一个Block Ram为4096bit，则采集数据的深度和宽度要满足：采集数据的宽度×采集数据的宽度≤4096×剩余的Block Ram块数。
点击“next”，进入网络连接设置界面。见下图。

网络连接参数栏用于将ILA内核的输入信号与设计中的网线连接起来。当时钟端口，触发端口和数据端口的名称由红色变为黑色时表明全部连接成功。需要说明的是，触发主时钟是整个逻辑分析仪的工作时钟，一般为原设计的主时钟，或者是频率最高的稳定时钟，否则在线逻辑分析仪将采不到数据。
3.2 ChipScope Analyzer使用方法
ChipScope Analyzer模块的作用是根据生成的工程，接收JTAG传输的FPGA内部信号，再现为波形。ChipScope Analyzer的用户界面如下图。它可以通过直接点击ISE里的”Analyze Design Using Chipscope”按钮启动。

使用ChipScope Analyzer主要分配置器件，设置触发参数，观察波形3个步骤。其中配置器件和观察波形比较简单，这里主要介绍一下触发参数设置。
触发条件设置窗口包括三部分：捕获设置，匹配函数设置，触发条件设置。如下图所示：

在捕获设置窗口中可以设置视窗的数目和视窗中触发事件的位置。在匹配函数设置窗口中设置触发条件的匹配函数，多个函数的组合构成Chipscope的整个触发条件。在触发条件设置窗口中，可以把一个或多个触发条件函数组合起来，构成最终的触发条件。
触发条件设置完成后就可以运行捕获，并通过窗口观察波形如下图所示。

在上图中要想看到每条信号的名称，可以通过点击主窗口上的”import”按钮实现。

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