FPGA如何进行片上调试？

twel2e

FPGA与STM32等嵌入式开发最大的一个优点就是，可以在时序仿真阶段验证超过90%的功能，发现90%的问题。当所有的仿真没问题了，才能进行最后一步：板级调试。如果仿真都不对，那就没必要下载到芯片里了。

STM32等单片机，使用J-Link或ST-Link等调试器，可以进行在线调试，由于C代码是顺序执行的，我们可以插入断点，让程序停在我们需要的位置，或者是实时查看一些变量的数值，大大提高了我们Debug的速度，提高产品的开发效率。

zynq芯片

对于FPGA来说，仿真毕竟是仿真，可以理解为理想条件，而最终我们的代码是需要运行在实际的FPGA芯片硬件上的。

所以也会遇到仿真正常，实际下载到板子里不正常的情况。这种现象有两种原因：1.程序有BUG，2.硬件有问题。比如实际程序中复位信号是低电平复位，而实际电路中设计的复位按键按下才是高电平，这样按键未按下就会导致程序一直处于复位状态。

当然，这只是一种最简单的问题点，实际开发过程中，仿真与实际运行不匹配的情况还有很多。那么如何才能以最快的速度找到问题点呢？

早期的FPGA调试方法通常使用逻辑分析仪，连接到FPGA芯片的外部管脚上，如果想查看内部信号，还需要把这些信号定义成Output引出到外部管脚进行了测量，如果是多位数据，这样就会占用大量的管脚，但是此类工具有个优点就是支持多种协议解析，可以非常方便的查看协议的报文数据。

DSLogic IIC解析

如果有一种工具能像单片机开发那样，通过调试器JTAG接口实时获取运行过程中寄存器的数值就好了。有需求就有市场，FPGA厂商也考虑到了开发者的这种需求，都在自家产品上加上了这个功能，那就是片上逻辑分析仪，就像在芯片内装了一个逻辑分析仪ELA（Embedded Logic Analyzer），可以实时监测数据的变化，还可以设置触发条件等！

FPGA领域几大厂家提供嵌入式逻辑分析仪：

• Intel（原Altera）的SignalTap工具
• AMD（原Xilinx）的ChipScope工具
• Microchip（原Microsemi）的Identify工具
• Lattice的Reveal工具
  3 V( Y6 R' w3 W- V# l
  

这些工具都是嵌入式逻辑分析仪，大大提高了Debug速度。这类工具的原理通常是以预先设定的时钟速率实时采样FPGA的内部信号，并暂存于FPGA的内部RAM中，当满足预设的触发条件后，通过JTAG将存储在片内RAM中的数据传输至PC上，PC接收到数据后，通过上位机把数据展现出来。

以下是使用ChipScope工具抓取的铁电存储器FM25V05的SPI写时序：

FM25V05写时序

从FPGA学习流程来看，当了解了流水灯、按键、UART等基本例程后，再学习I2C，SPI之前，就需要掌握片上逻辑分析仪的使用，非常有利于代码的调试。

Jame33

当了解了流水灯、按键、UART等基本例程后，再学习I2C，SPI之前，就需要掌握片上逻辑分析仪的使用，非常有利于代码的调试。
, K) o8 h+ m& O! X

Memory00

对于FPGA来说，仿真毕竟是仿真，可以理解为理想条件，而最终我们的代码是需要运行在实际的FPGA芯片硬件上的。
: |' O: R1 l! i$ j

理论的

FPGA与STM32等嵌入式开发最大的一个优点就是，可以在时序仿真阶段验证超过90%的功能，发现90%的问题。