大家好，這里是程序員 杰克 。一名平平無(wú)奇的嵌入式軟件工程師。

在日常FPGA開(kāi)發(fā)過(guò)程中，邏輯代碼設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證代碼邏輯的正確性，優(yōu)先使用邏輯仿真(modesim)進(jìn)行驗(yàn)證。仿真驗(yàn)證通過(guò)后進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證時(shí)，使用邏輯分析儀進(jìn)行分析和驗(yàn)證邏輯是否正確。FPGA兩大主流廠商的軟件集成邏輯分析儀供使用，Altera的Quartus自帶SignalTap、Xilinx的Vivado自帶ILA邏輯調(diào)試工具。

本篇總結(jié)和分享在Xilinx編譯工具Vivado環(huán)境下，使用內(nèi)嵌的邏輯分析儀(ILA)的4種方法：

• HDL代碼實(shí)例化ILA IP核
• Block Design添加ILA IP核
• Synthesis后對(duì)Nets執(zhí)行Mark Debug操作
• 在HDL代碼中使用屬性關(guān)鍵字mark_debug

本文以"LED每0.5s間隔亮滅"工程為例，觀測(cè) led[0]信號(hào)以及l(fā)ed_cnt[24:0]時(shí)鐘計(jì)數(shù)信號(hào) ，演示ILA使用的4種方法以及相關(guān)的注意事項(xiàng)。

01 HDL代碼實(shí)例化ILA IP核

在IP Catalog中搜索ILA，然后雙擊該IP核進(jìn)行配置。

本示例中l(wèi)ed[0]、led_cnt[24:0]信號(hào)位寬分別為1、25bit，具體配置如下所示；配置完成后，點(diǎn)擊“OK”；在彈出的界面點(diǎn)擊“Generate”完成IP核的配置和生成。

在Verilog代碼中對(duì)剛生成的ILA核進(jìn)行實(shí)例化，在具體代碼添加例化代碼，如下所示：

ila_0 ila_0_inst0 (
  .clk     (clk    ),     // input wire clk
  .probe0  (led    ),     // input wire [0:0]  probe0  
  .probe1  (led_cnt)      // input wire [24:0]  probe1
);

綜合、實(shí)現(xiàn)、生成bit后寫(xiě)到FPGA芯片便可觀測(cè)到信號(hào)(此處不做演示)。

特別說(shuō)明：對(duì)于純FPGA工程，杰克推薦該方式去使用ILA；

02 Block Design添加ILA IP核

在Vivado中，除了使用HDL語(yǔ)言去描述設(shè)計(jì)，還可以通過(guò)Block Design圖形化連接的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。7系列的軟核MicroBlaze、帶硬核的SOC芯片(ZYNQ、MPSOC等)的設(shè)計(jì)都是通過(guò)Block和HDL相結(jié)合來(lái)描述設(shè)計(jì)。本文仍以純FPGA方式來(lái)說(shuō)明在Block Design中使用ILA核(純FPGA開(kāi)發(fā)不建議)。ILA使用操作如下：

創(chuàng)建/打開(kāi)Block Design，在Diagram界面，點(diǎn)擊“+”按鈕，搜索ILA，然后雙擊該IP核進(jìn)行配置。

參數(shù)配置的方式與上一小節(jié)一致，這里不作贅述。不同之處是在Block Design中使用ILA核，ILA核的實(shí)例化HDL代碼會(huì)自動(dòng)生成到Block Design文件中。

綜合、實(shí)現(xiàn)、生成bit后寫(xiě)到FPGA芯片便可觀測(cè)到信號(hào)(此處不做演示)。

特別說(shuō)明：

帶MicroBlaze軟核/ARM硬核的FPGA的復(fù)雜設(shè)計(jì)中，模塊接口的信號(hào)觀測(cè)ILA使用該方法；模塊內(nèi)部信號(hào)的觀測(cè)ILA使用上一小節(jié)的方式；兩者可結(jié)合使用。

03 綜合后添加Mark Debug

對(duì)工程執(zhí)行綜合，綜合完成后，找到要觀測(cè)的信號(hào)的Nets，右鍵選擇“Mark Debug”；

要觀測(cè)信號(hào)的Nets選擇并設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“Set Up Debug”；按照下面步驟配置Debug ILA參數(shù)；

Debug ILA配置完成后，保存SYNTHESIZED DESIGN后會(huì)在約束文件(.xdc)中生成ILA的配置約束，如下圖所示：

綜合、實(shí)現(xiàn)、生成bit后寫(xiě)到FPGA芯片便可觀測(cè)到信號(hào)(此處不做演示)。

特別說(shuō)明：mark_debug僅可以對(duì)Nets類(lèi)型進(jìn)行操作，不能對(duì)Cells操作；

04 HDL中使用MARK_DEBUG

MARK_DEBUG描述

vivado設(shè)計(jì)IDE提供了一些屬性供開(kāi)發(fā)者使用，本篇推文主要是描述MARK_DEBUG屬性約束的使用和注意事項(xiàng)。詳細(xì)可參考UG912文檔的內(nèi)容。使用MARK_DEBUG的條件如下：

約束對(duì)象必須是Nets類(lèi)型

在Nets信號(hào)的頂端聲明處進(jìn)行約束

vivado提供了包括Verilog、VHDL、XDC三種語(yǔ)法。三種語(yǔ)法如下所示：

//Verilog語(yǔ)法
約束語(yǔ)法：
(* MARK_DEBUG="value" *) 
#value = true/flase
使用示例：
(* MARK_DEBUG="true" *) output wire led;
(* MARK_DEBUG="true" *) reg [24:0] led_cnt;


//VHDL語(yǔ)法
約束語(yǔ)法：
聲明: attribute MARK_DEBUG : string;
語(yǔ)法: attribute MARK_DEBUG of signal_name : signal is "value";
//signal_name-內(nèi)部信號(hào), value = TRUE/FALSE
使用示例:
signal led : std_logic;
attribute MARK_DEBUG : string;
attribute MARK_DEBUG of led : signal is "TRUE";


//XDC語(yǔ)法
約束語(yǔ)法: 
set_property MARK_DEBUG value [get_nets < net_name >] 
#value = TRUE/FLASE
#net_name-是信號(hào)名
使用示例:
set_property MARK_DEBUG TURE [get_nets led];

使用MARK_DEBUG標(biāo)記生成ILA觀測(cè)信號(hào)步驟

在led[0]、led_cnt[24:0]信號(hào)的頂端聲明處進(jìn)行約束，省略代碼如下：

module led_top(
    input   wire    clk_i,
    input   wire    rst_n,
    (* MARK_DEBUG="true" *) output  wire    led_o
)
;
...
(* MARK_DEBUG="true" *) reg [24:0] led_cnt;
...
endmodule

執(zhí)行綜合操作，綜合完成后，打開(kāi)綜合設(shè)計(jì)，然后點(diǎn)擊“Set Up Debug”；

按照下面步驟配置Debug ILA參數(shù)；

* Debug ILA配置完成后，保存SYNTHESIZED DESIGN后會(huì)在約束文件(.xdc)中生成ILA的配置約束，如下圖所示：

綜合、實(shí)現(xiàn)、生成bit后寫(xiě)到FPGA芯片便可觀測(cè)到信號(hào)(此處不做演示)。

特別說(shuō)明：

MARK_DEBUG約束標(biāo)記會(huì)阻止Vivado對(duì)該信號(hào)以及下級(jí)信號(hào)的優(yōu)化。因此，在邏輯驗(yàn)證完成后，要?jiǎng)h除Mark_DEBUG約束標(biāo)記或者將其失能。

05 文章總結(jié)

上面總結(jié)和分享了4種Vivado下使用ILA的方法。杰克更推薦使用前面兩種實(shí)例化的方法去使用ILA IP核。對(duì)于 純FPGA HDL開(kāi)發(fā) ，配置生成ILA核并在HDL代碼中實(shí)例化使用便可；對(duì)于帶軟核/硬核的FPGA開(kāi)發(fā) ，在Block模塊外部接口信號(hào)通過(guò)添加ILA核，Block模塊內(nèi)部信號(hào)則在HDL代碼中實(shí)例化ILA核，兩者結(jié)合使用。