1 概述

--- 隨著FPGA容量的增大，F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)日益復(fù)雜，設(shè)計(jì)調(diào)試成為一個(gè)很繁重的任務(wù)。為了使得設(shè)計(jì)盡快投入市場(chǎng)，設(shè)計(jì)人員需要一種簡(jiǎn)易有效的測(cè)試工具，以盡可能的縮短測(cè)試時(shí)間。傳統(tǒng)的邏輯分析儀在測(cè)試復(fù)雜的FPGA設(shè)計(jì)時(shí)，將會(huì)面臨以下幾點(diǎn)問題：1）缺少空余I/O引腳。設(shè)計(jì)中器件的選擇依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模而定，通常所選器件的I/O引腳數(shù)目和設(shè)計(jì)的需求是恰好匹配的。2）I/O引腳難以引出。設(shè)計(jì)者為減小電路板的面積，大都采用細(xì)間距工藝技術(shù)，在不改變PCB板布線的情況下引出I/O引腳非常困難。3）外接邏輯分析儀有改變FPGA設(shè)計(jì)中信號(hào)原來狀態(tài)的可能，因此難以保證信號(hào)的正確性。4）傳統(tǒng)的邏輯分析儀價(jià)格昂貴，將會(huì)加重設(shè)計(jì)方的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

--- 伴隨著EDA工具的快速發(fā)展，一種新的調(diào)試工具Quartus II 中的SignalTap II 滿足了FPGA開發(fā)中硬件調(diào)試的要求，它具有無干擾、便于升級(jí)、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。本文將介紹SignalTap II邏輯分析儀的主要特點(diǎn)和使用流程，并以一個(gè)實(shí)例介紹該分析儀具體的操作方法和步驟。

2 SignalTap II的特點(diǎn)及使用

--- SignalTap II嵌入邏輯分析儀集成到Quartus II設(shè)計(jì)軟件中，能夠捕獲和顯示可編程單芯片系統(tǒng)（SOPC）設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí)信號(hào)的狀態(tài)，這樣開發(fā)者就可以在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中以系統(tǒng)級(jí)的速度觀察硬件和軟件的交互作用。它支持多達(dá)1024個(gè)通道，采樣深度高達(dá)128Kb，每個(gè)分析儀均有10級(jí)觸發(fā)輸入/輸出，從而增加了采樣的精度。SignalTap II為設(shè)計(jì)者提供了業(yè)界領(lǐng)先的SOPC設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)可視性，能夠大大減少驗(yàn)證過程中所花費(fèi)的時(shí)間。目前SignalTap II邏輯分析儀支持的器件系列包括：APEXT II, APEX20KE, APEX20KC, APEX20K, Cyclone, Excalibur, Mercury, Stratix GX, Stratix。

--- SignalTap II將邏輯分析模塊嵌入到FPGA中，如圖1所示。邏輯分析模塊對(duì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，數(shù)據(jù)通過JTAG接口從FPGA傳送到Quartus II軟件中顯示。使用SignalTap II無需額外的邏輯分析設(shè)備，只需將一根JTAG接口的下載電纜連接到要調(diào)試的FPGA器件。SignalTap II對(duì)FPGA的引腳和內(nèi)部的連線信號(hào)進(jìn)行捕獲后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一定的RAM塊中。因此，需要用于捕獲的采樣時(shí)鐘信號(hào)和保存被測(cè)信號(hào)的一定點(diǎn)數(shù)的RAM塊。

--- 使用SignalTap II的一般流程是：設(shè)計(jì)人員在完成設(shè)計(jì)并編譯工程后，建立SignalTap II (.stp)文件并加入工程、配置STP文件、編譯并下載設(shè)計(jì)到FPGA、在Quartus II軟件中顯示被測(cè)信號(hào)的波形、在測(cè)試完畢后將該邏輯分析儀從項(xiàng)目中刪除。以下描述設(shè)置 SignalTap II 文件的基本流程：

--- 1．設(shè)置采樣時(shí)鐘。采樣時(shí)鐘決定了顯示信號(hào)波形的分辨率，它的頻率要大于被測(cè)信號(hào)的最高頻率，否則無法正確反映被測(cè)信號(hào)波形的變化。SignalTap II在時(shí)鐘上升沿將被測(cè)信號(hào)存儲(chǔ)到緩存。

--- 2．設(shè)置被測(cè)信號(hào)?？梢允褂肗ode Finder 中的 SignalTap II 濾波器查找所有預(yù)綜合和布局布線后的SignalTap II 節(jié)點(diǎn)，添加要觀察的信號(hào)。邏輯分析器不可測(cè)試的信號(hào)包括：邏輯單元的進(jìn)位信號(hào)、PLL的時(shí)鐘輸出、JTAG引腳信號(hào)、LVDS（低壓差分）信號(hào)。

--- 3．配置采樣深度、確定RAM的大小。SignalTap II所能顯示的被測(cè)信號(hào)波形的時(shí)間長(zhǎng)度為Tx，計(jì)算公式如下：
--- Tx=N×Ts
--- N為緩存中存儲(chǔ)的采樣點(diǎn)數(shù)，Ts為采樣時(shí)鐘的周期。

--- 4．設(shè)置buffer acquisition mode。buffer acquisition mode包括循環(huán)采樣存儲(chǔ)、連續(xù)存儲(chǔ)兩種模式。循環(huán)采樣存儲(chǔ)也就是分段存儲(chǔ)，將整個(gè)緩存分成多個(gè)片段(segment)，每當(dāng)觸發(fā)條件滿足時(shí)就捕獲一段數(shù)據(jù)。該功能可以去掉無關(guān)的數(shù)據(jù)，使采樣緩存的使用更加靈活。

--- 5．觸發(fā)級(jí)別。SignalTap II支持多觸發(fā)級(jí)的觸發(fā)方式，最多可支持10級(jí)觸發(fā)。