9.3 ChipScope Pro內(nèi)核插入器

ChipScope Pro內(nèi)核插入器的文件后綴名為cdc。在ISE工程中可以創(chuàng)建一個新的cdc程序，也可以在實現(xiàn)流程中激活內(nèi)核插入器。

注意：使用內(nèi)核插入器之前，要注意一些工程項目的屬性設(shè)臵。

(1) 如果采用XST綜合工具，將【Keep Hierarchy】屬性設(shè)置成【Yes】或【Soft】，禁止XST工具對設(shè)計的優(yōu)化，保留原來設(shè)計層次，同時也保留了NET網(wǎng)絡(luò)節(jié)點名稱。設(shè)置方法如下。

選擇【Edit】→【Preferences】，打開屬性對話框。

選擇【Processes】頁。

設(shè)臵屬性顯示下拉框為【Advanced】，單擊【OK】。

右擊【Synthesize】，選擇【Properties】選項。

設(shè)臵【Keep Hierarchy】屬性為【Yes】或【Soft】，單擊【OK】。

(2) 正確設(shè)置比特流生成選項。

在Project Navigator里，單擊【Generate Programming File】右鍵，選擇【Properties】選項。

選擇【Startup options】頁。

選擇【FPGA Start-Up Clock】下拉框，JTAG Clock啟動時鐘。

接下來，介紹如何在ISE的環(huán)境下調(diào)用ChipScope的內(nèi)核插入器（Core Inserter），以及內(nèi)核插入器的各種參數(shù)的含義及其配置方法。

1. 運行ISE 11.1，打開設(shè)計的工程項目。
2. 創(chuàng)建CDC文件。在ISE11.1的界面下，有兩個創(chuàng)建CDC文件的方法：

單擊選擇【Project】→【New Source】，彈出源程序設(shè)臵界面，選擇【ChipScope Definition and Connection File】，輸入文件名，如圖9-28所示。單擊【Next】，按照缺省設(shè)臵產(chǎn)生和配臵調(diào)試內(nèi)核，直到【Finish】生成.cdc文件。

注意：只有安裝了ChipScope Pro 11.1，才可以在ISE 11.1的【New Source】里出現(xiàn)【ChipScope Definition and Connection File】。

圖9-28 【New Source Wizard】源程序類型選擇界面

選擇【Project】→【Add Source】（【Add Copy of Source】），選擇已經(jīng)存在的.cdc文件。

3. ChipScope內(nèi)核插入器的屬性和參數(shù)設(shè)置。

(1) 在【Sources in Project】窗口中，雙擊cdc文件。彈出的內(nèi)核插入器界面如圖9-29所示，設(shè)置Chipscope Pro的參數(shù)。

圖9-29 內(nèi)核插入器用戶界面

菜單欄中的菜單項及其功能有：

【File】菜單：包含常見的文件操作命令，如【Open Project】、【Save】、【Save As】?！綬efresh Netlist】用于手動更新網(wǎng)表。

【Edit】菜單：包含創(chuàng)建新的集成邏輯分析單元【New ILA Unit】，或者創(chuàng)建新的ATC2單元【New ATC2 Unit】，刪除單元【Remove Unit】，以及參數(shù)設(shè)臵【Preferences】等命令。

【Insert】菜單：包含【Insert Core.】命令，當(dāng)設(shè)臵ILA Core的各項參數(shù)后，可以利用這個命令把集成邏輯分析儀的網(wǎng)表插入到原設(shè)計的網(wǎng)表中。

【Design Files】設(shè)計文件選項組，有如下幾個選項：

指定輸入設(shè)計的網(wǎng)表
單擊【Browse】，選擇輸入設(shè)計所在的目錄
修改輸出設(shè)計網(wǎng)表和輸出目錄（如果核插入器在ISE里激活，那么輸入網(wǎng)表和輸出網(wǎng)表、目錄、器件型號等參數(shù)自動填入，在這鐘情況下，這些參數(shù)只能在ISE工程屬性中修改，不在核插入器里修改。）

工程參數(shù)

【Device Setting】器件設(shè)置選項組：

【Device Family】：選擇目標FPGA器件家族，內(nèi)核生成器會生成針對該器件優(yōu)化的ICON和捕獲內(nèi)核。

【Use SRL16s】：用來控制是否用SRL16和SRL16E邏輯生成內(nèi)核，如果不選擇該選項，將會用觸發(fā)器和多路選擇器來代替，影響生成核的大小和性能。缺省設(shè)臵為使能。

【Use RPMs 】：用來控制是否用相關(guān)布局宏（RPMs）生成一個獨立的內(nèi)核，該復(fù)選框能阻止布局布線器對區(qū)域內(nèi)放臵ChipScope Pro內(nèi)核的邏輯進行布局優(yōu)化。如果設(shè)計中占用了大部分的邏輯資源，這些布局限制有可能不被滿足。

【Core Utilization】選項組：內(nèi)核生成器的左邊是內(nèi)核資源利用顯示窗口，列出插入設(shè)計網(wǎng)表中的ChipScope核資源利用情況，包括查找表(LUT), 觸發(fā)器 (FF)和塊RAM (BRAM)。

注意：只有Spartan-3、Spartan-3E、Spartan-3A、Spartan-3A DSP和Virtex-4器件家族顯示ChipScope核資源利用特性。

(2) ICON核配置選項設(shè)置。在圖9-29中單擊【Next】，彈出ICON核配置選項設(shè)置界面，如圖9-30所示。

圖9-30 ICON核配置選項界面

【Boundary Scan Chain】下拉選擇框：邊界掃描鏈，分析儀可以通過USER1、USER2、USER3或USER4邊界掃描鏈與ChipScope內(nèi)核通信。（Spartan-3、Spartan-3E、Spartan-3A或Spartan-3A DSP器件不支持該選項。）

可以禁止BUFG插入。

打開【Edit】菜單→【Preferences】屬性，彈出【Edit Preferences】屬性編輯對話窗，如圖9-31所示。

使能JTAG全局時鐘緩沖器控制：在【Miscellaneous】選項卡里，【Show Manual JTAG Global Clock Buffer Control in ICON Panel】復(fù)選框選中。

禁止JTAG時鐘上的BUFG：【Put JTAG Clock on a Global Clock Buffer】復(fù)選框不選中。

圖9-31 【Edit Preferences】界面

(3) 在圖9-30中單擊【New ILA Unit】，彈出ILA觸發(fā)選項和參數(shù)設(shè)置界面，如圖9-32所示。

圖9-32 ILA觸發(fā)選項和參數(shù)設(shè)置界面

Trigger Parameters選項卡：

Trigger Input and Match Unit Settings選項組：

【Number of Input Trigger Ports】下拉列表框：選擇ILA核輸入觸發(fā)端口數(shù)目，ILA核最多支持16個輸入觸發(fā)端口。每個觸發(fā)端口的參數(shù)在下方列出，包括觸發(fā)寬度、觸發(fā)匹配條件判斷類型和數(shù)目。

TRIGn選項組：

【Trigger Width】編輯框：觸發(fā)端口由一條或者多條信號線組成，信號線的總數(shù)成為觸發(fā)寬度，最大為256。
【# Match Unit】下拉列表框：觸發(fā)比較匹配單元是個比較器，和觸發(fā)端口相連，用于檢測觸發(fā)端口是否滿足設(shè)定的條件。每個觸發(fā)端口可以有1～16個觸發(fā)匹配單元。觸發(fā)匹配設(shè)置單元設(shè)置的越多，觸發(fā)事件就越靈活，但是要占用更多的內(nèi)部資源。在滿足條件的情況下，盡量減少觸發(fā)匹配單元的數(shù)量。
【MatchType】下拉列表框：請參見表9-1。
【Count Width】下拉列表框：匹配單元計數(shù)器寬度，用于選擇滿足匹配條件的次數(shù)，最大32位。

Trigger Condition Settings選項組
【Enable trigger condition sequencer】復(fù)選框：設(shè)臵是否使能觸發(fā)隊列器和隊列器深度。觸發(fā)序列是為了增加觸發(fā)的復(fù)雜性，使觸發(fā)的條件更加特殊，我們可以把若干個狀態(tài)組合起來形成觸發(fā)條件，這樣就能更好的使用有限的資源存儲有用的數(shù)據(jù)。
【Max Number of Sequencer levels】下拉列表框：設(shè)臵最大的觸發(fā)條件序列級數(shù)。

Storage qualification condition Settings選項組
【Enable Storage Qualification】復(fù)選框：存儲器限制條件。請參考9.2.2小節(jié)中的相關(guān)內(nèi)容。
Captures Parameters選項卡：采樣參數(shù)選項卡（參見圖9-33）。

圖9-33 【Captures Parameters】參數(shù)設(shè)置界面

【Sample On】下拉選擇框：設(shè)臵在時鐘的上升沿或者下降沿采集數(shù)據(jù)。

【Data Depth】下拉選擇框：設(shè)臵ILA核存儲的最大數(shù)據(jù)采樣個數(shù)。

【Data Same as Trigger】復(fù)選框：設(shè)臵ILA觸發(fā)端口和數(shù)據(jù)采集端口是否相同。請參考9.2.2小節(jié)中的相關(guān)內(nèi)容。

Trigger Port Used As Data選項組：
如果選中了【Data Same As Trigger】復(fù)選框，那么在數(shù)據(jù)選項的每個TRIGn端口前都會出現(xiàn)一個【Include TRIGn Port】復(fù)選框，選中該選項，表明數(shù)據(jù)和觸發(fā)端口合并。

Net connections選項卡（參見圖9-34）。

圖9-34 【Net connections】網(wǎng)絡(luò)連接界面

Net Connections選項組：用于將集成邏輯分析儀ILA核的輸入信號與設(shè)計中的網(wǎng)線連接起來。如果觸發(fā)和數(shù)據(jù)信號分離，那么必須指定數(shù)據(jù)、時鐘和觸發(fā)端口。雙擊【CLOCK PORT】或者單擊【CLOCK PORT】左邊的加號（+）。如果還沒連接，該選項顯示為紅色。如圖9-34所示，包括【CLOCK PORT】和【TRIGGER PORTS】兩組端口的連接。

【Modify Connections】按鈕：單擊該按鈕彈出【Select Net】對話框，對話框很容易地將ILA核工作時鐘、觸發(fā)信號、數(shù)據(jù)信號與設(shè)計中的網(wǎng)線連接起來，如圖9-35所示。
【Structure/Nets】窗格：列出設(shè)計的層次結(jié)構(gòu)。
【Net Name】：EDIF網(wǎng)表中的網(wǎng)絡(luò)名，由于重命名或者綜合中的優(yōu)化原因，可能和HDL中的源碼名字不一樣。
【Source Instance】：當(dāng)前綜合結(jié)果中較低層次的元件例化名稱。
【Source Component】：【Source Instance】選項中描述的組件。
【Base Type】：最底層的組件類型，基本類型為原語（primitive）或黑盒子。
【Pattern】編輯框和【Filter】按鈕：通過這兩個選項，可以有選擇地顯示設(shè)計中可用于ChipScope的網(wǎng)線。
【Remove Connections】按鈕：刪除當(dāng)前的連接。
【Move Nets Up】按鈕：向上移動連接的位臵。
【Move Nets Down】按鈕：向下移動連接的位臵。
【Make Connections】按鈕：連接所選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和ChipScope內(nèi)核。

圖9-35 【Select Net】界面

在【Structure/Nets】中，選擇想要連接到ChipScope核的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（可以配合Shift/Ctrl鍵，選擇多個網(wǎng)線）。在【Net Selections】中選擇【Clock Signals】、【Trigger Signals】或【Data Signals】選項卡，選擇想用于連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通道，例如CH0，單擊【Make Connections】按鈕建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與ChipScope內(nèi)核的連接，如圖9-36所示。

圖9-36 【Select Net】界面

ChipScope Pro只能分析FPGA內(nèi)部邏輯信號，不能直接連接到FPGA的輸入，所以輸入信號全部以灰色顯示，如圖9-35所示的clk、reset信號。如果要觀察輸入信號，可連接此輸入信號的輸入緩沖器的輸出來實現(xiàn)，時鐘信號選擇相應(yīng)的BUFGP，如圖9-36所示的clk_BUFGP信號，普通信號選擇相應(yīng)的IBUF。

連接完成后，單擊“OK”按鈕返回連接顯示界面，發(fā)現(xiàn)所有提示字符“UNIT”、【CLOCK PORT】以及【TRIGGER PORTS】沒有紅色，則單擊【Return Project Navigator】，退出Chipscope，返回到ISE 中。

(4) 在圖9-30中單擊【New ATC2 Unit】，彈出ATC2的選項和參數(shù)設(shè)置界面，如圖9-37所示。

圖9-37 ATC2【Pin Selection Parameters】參數(shù)設(shè)置界面

Pin Selection Parameters選項卡。

【Capture Mode】下拉選擇框：可以設(shè)臵成STATE模式和Timing模式，STATE模式用于和CLK輸入信號同步的數(shù)據(jù)捕獲。數(shù)據(jù)信號經(jīng)ATC核輸出到FPGA引腳上的通道由流水線觸發(fā)器和CLK組成。Timing模式用于異步數(shù)據(jù)捕獲。數(shù)據(jù)信號經(jīng)ATC核輸出到FPGA引腳上的通道由組合邏輯組成。

【Max Frequency Range】下拉列表框：ATC2核的最大頻率范圍。有效的最大頻率選項為0～100 MHz、101～200 MHz、201～300 MHz和301～500 MHz。當(dāng)【Capture Mode】設(shè)臵成【State】，【Max Frequency Range】的選擇對ATC2核實現(xiàn)有效。

【Pin Edit Mode】下拉列表框：引腳編輯模式，用于設(shè)臵引腳是否為一組，如果設(shè)臵成【Same as ATCK】一組，那么所有ATD的IO標準、驅(qū)動、Slew斜率都和ATCK相同。設(shè)臵成【Individual】，則要設(shè)臵每個引腳的屬性。

【ATD Pin Count】下拉列表框：ATD輸出引腳數(shù)，范圍為4～128。

【Endpoint Type】下拉列表框：ATCK和ATD輸出驅(qū)動類型為單端或者差分。

【Signal Bank Count】下拉列表框：ATC2核內(nèi)部包含了一個實時可切換的多路數(shù)據(jù)信號組選通器，【Signal Bank Count】代表了多路信號選通器的輸入信號組數(shù)量。有效的信號組為1、2、4、8、16、32或64。

【TDM Rate】下拉列表框：ATC2核不用片上存儲器資源來存儲捕獲的數(shù)據(jù)，Agilent邏輯分析儀通過一個專用探頭和FPGA引腳連接傳送捕獲的數(shù)據(jù)。ATC2內(nèi)核數(shù)據(jù)傳送到FPGA引腳上的速率可以和ATC2輸入端口DATA的速率相同或者是2倍速率。只有當(dāng)目標數(shù)據(jù)捕獲方式設(shè)臵成【State】時，TDM速率才可以設(shè)臵成2倍。

【Data Width】：ATC2核的每個輸入信號組數(shù)據(jù)寬度與捕獲模式及TDM速率相關(guān)。在【State】模式，每個信號組數(shù)據(jù)端口的寬度等于【ATD Pin Count】ATD引腳數(shù)和【TDM Rate】TDM速率的乘積。在【Timing】模式下，每個信號組數(shù)據(jù)端口的寬度等于（【ATD Pin Count】ATD引腳數(shù)+1）和【TDM Rate】TDM速率的乘積。

【Enable Auto Setup】復(fù)選框：使能Agilent邏輯分析儀自動設(shè)臵ATC2核引腳和邏輯分析儀POD的連接。這個屬性使得Agilent邏輯分析儀能自動設(shè)定每個ATC2引腳的相位和采樣電壓偏移。缺省狀態(tài)為使能。
Individual Pin Settings選項組。

【Pin Name】引腳名。

【Pin Loc】編輯框：設(shè)臵引腳的位臵。

【IO Standard】下拉列表框：設(shè)臵ATCK或每個ATD引腳的I/O標準，標準根據(jù)器件和驅(qū)動器終端類型而定。

【VCCO】：選擇【IO Standard】后，VCCO會自動顯示該標準對應(yīng)的輸出電壓。

【Drive】下拉列表框： 設(shè)臵引腳輸出驅(qū)動器的最大輸出驅(qū)動電流，2～24mA。

【SKEW Rate】下拉列表框：設(shè)臵ATCK和ATD引腳的信號邊沿斜率為FAST或SLOW。
Net connections選項卡：ATC2核網(wǎng)絡(luò)連接，操作和ILA的網(wǎng)絡(luò)連接部分一樣。

Net Connections選項組：用于將ATC2核的輸入信號與設(shè)計中的網(wǎng)線連接起來。

【Modify Connections】按鈕：單擊該按鈕彈出【Select Net】對話框，對話框很容易地將ILA核工作時鐘、觸發(fā)信號、數(shù)據(jù)信號與設(shè)計中的網(wǎng)線連接起來。
4. 單擊【Return Project Navigator】，退出內(nèi)核插入器的配置，返回ISE中。
5. 在ISE的【Process】中雙擊【Implement】和【Generate Programming File】，可以生成比特流，并將剛才插入的各類核包含在比特文件中。如果只對ChipScope內(nèi)核插入器修改，不需要重新【Sythesize】綜合。
6. 打開ChipScope Analyzer，對采樣數(shù)據(jù)進行分析。ChipScope Analyzer在后面小節(jié)中介紹。