特权同学玩转Zynq连载33——基于Vivado的在线逻辑分析仪板级调试

1 概述
基于Vivado的板级调试介绍，可以参考文档《玩转Zynq-基础篇：基于Vivado的在线板级调试概述.pdf》。这里我们以zstar_ex54工程为例，对FPGA的在线逻辑分析仪使用进行介绍和实战操练。

2 标记探测信号
在axi_gp_top.v模块中，可以看到AXI GP总线的很多信号前面都有(mark_debug = “true”)这个语句，它的作用就是将代码中需要引出进行在线逻辑分析仪观察的信号，就如同一个个探棒一样将信号标记起来。

3 工程编译与Debug信号设置
工程的代码设计完成，并且标记好需要探测的信号后，点击Synthesis --> Run Synthesis对当前工程执行综合编译。

完成编译后，打开Synthesized Design --> Set Up Debug.

如图所示，点击Next。

Nets to Debug界面可以添加或删除设置代码中标记了mark_debug的信号，并对其采样和触发属性做设置。
● 名称（Name）列中显示了在代码中标记了“(mark_debug = “true”)”的所有信号。若需要在这里删除或添加信号，可以使用左侧的“+”或“-”符号进行操作。
● 时钟域（Clock Domain）将作为信号采样的同步时钟，默认为信号在逻辑代码中的同步时钟。若需要修改时钟域，可以点击右侧的方波形状符号操作。
● 驱动单元（Drive Cell）显示信号的驱动类型。
● 探针类型（Probe Type）显示信号的采样类型，可以是数据信号（Data）、触发信号（Trigger）或同时作为数据和触发信号（Data and Trigger）。一般我们都设置为Data and Trigger，在调试过程中，所有信号都可以随意的设置被采样信号和触发信号。
选中这些带调试信号，点击时钟图标（图示的Select Clock Domain）。

如图所示，Select Clock Domain页面中选中时钟FCLK_CLK0，点击OK。这就是信号的采样时钟。

ILA Core Options页面中，可以设定探测信号的采样深度、缓存寄存器等级和信号采集触发相关控制选项。完成设置后，点击Next进入下一页面。
● 采样深度（Sample of data depth），用于设置信号的连续采样点数量。当然，这个值越大，采样的数据越多，越利于调试探测，但是这需要更多的FPGA片内RAM的资源消耗，所以这个值的大小取决于实际系统可用的RAM。这里设定32768个点，至少保证能够采样到一帧9600bps的UART接收数据。
● 探测信号经过的寄存器等级（Input pipe states）设定，此选项主要用于确保设计中的关键信号不会因为ILA探测信号的加入而受到影响。对于设计本身时序余量充足的情况，这个值可以设置为0。
触发和存储设置（Trigger and Storage Settings）中可以使能采集控制（Capture control）和高级触发（Advanced trigger）。使能采集控制，ILA支持的基本采集控制模式可用。使能高级触发，ILA支持的一些高级触发模式可用。
完成设定后，点击Next。

最后是Set up Debug Summary页面，点击Finish完成设定。

点击Program and Debug  Generate Bitstream重新编译工程，产生下载配置的bit文件。

3 板级调试观察
在已经下载bit文件，并且elf文件已经在Zstar板子上运行起来以后。回到Vivado中，如图所示，展开Program and Debug --> Open Hardware Manager，点击Open Target，弹出菜单中选择Auto Connect。

随后弹出如图所示的Hardware Manager界面。
● 1：Hardware窗口，这里将会出现FPGA中所有可以通过JTAG进行调试的选项，例如XADC以及本实例专门增加的在线逻辑分析仪ILA（hw_ila_1）。双击hw_ila_1，将弹出相应的调试界面。
● 2：Setting窗口，这里可以对信号的采样和触发控制进行设置。
● 3：Status窗口，这里显示当前数据采样或触发的状态。
● 4：Trigger Setup窗口，这里可以添加触发信号并编辑触发条件。
● 5：Waveform窗口，这里显示信号触发后的采样波形。

本实例的Setting窗口设置如图所示。
● 触发模式（Trigger mode）反应的是Set Up Debug里的设定，我们是BASIC_ONLY设置。
● 采样模式（Capture mode）的选项有BASIC和ALWAYS，我们设定ALWAYS。
● 窗口数量（Number of windows）的值可以设定同样的触发条件下，连续多次的触发显示在不同的窗口中。当然了，窗口数量的增加，势必会使得单个窗口的采样深度变小。换句话说，所有窗口采样深度的总和不能大于总的采样深度。
● 单个窗口的数据采样深度（Window data depth），最大值等于我们的Set Up Debug里的设定。
● 触发信号在窗口中的位置（Trigger position in window），这里的值表示当信号触发后，触发信号在显示波形中的位置。
● 刷新率（Refresh rate），刷新率主要是针对连续触发的。

Trigger Setup窗口用于添加触发信号并设定触发条件。如图所示，在界面左侧点击“+”号后，所有可用的触发信号出现在弹出的列表中。选择uut_axi_gp_top/AXI_GP0_awvalid信号作为触发条件，Compare Value中选择 == [B] R，表示触发条件是触发信号为上升沿（Rise）。

如图所示，点击Compare Value列的下拉三角符号，会弹出触发条件设定的对话框。
● 运算符（Operator）中可以选择符号“==”或者“!=”。
● 进制（Radix）中可以设定后面值（Value）的进制，可选项有二进制（[B] Binary）、八进制（[O] Octal）、十六进制（[H] Hexadecimal）、有符号十进制（[U] Unsigned Decimal）和无符号十进制（[S] Signed Decimal）。
● 值（Value），即运算符后面的取值。可选项有0（逻辑0）、1（逻辑1）、X（任何值）、R（上升沿）、F（下降沿）、B（上升或下降沿）、N（没有变化）。

如图所示，Waveform窗口显示弹出信号在触发条件满足后的波形。窗口左侧的小图标可以控制探测信号的添加、删减，波形采样的单次运行、连续运行、停止，波形的放大、缩小以及光标线的移动等。点击图示的Run trigger for this ILA core按钮则启动一次触发。

如图所示，此时Status一直处于Waiting for Trigger状态，等待触发条件的发生。

触发条件发生时，如图所示，Status会依次经过Post-Trigger和Full状态并回到Idle状态。

如图所示，Waveform窗口中出现了一连串的AXI GP总线读写的波形。大家可以更具波形对照AXI协议进行分析。