1. 前言

在數(shù)字IP/IC，F(xiàn)PGA項(xiàng)目的上板驗(yàn)證階段，對(duì)于一些難以確定原因的bug，比如：RTL仿真時(shí)，測(cè)試pattern覆蓋不夠全面，fpga跑起來后的實(shí)際信號(hào)時(shí)序可能跟RTL 仿真不一致，從而出現(xiàn)Bug。一種debug的方式就是用FPGA工具提供的ILA模塊（xilixn在ISE中叫：chipscope），來實(shí)時(shí)抓取FPGA內(nèi)部數(shù)字信號(hào)的波形，分析邏輯錯(cuò)誤的原因，幫助debug。

ILA的正確、高效使用，能加速debug的進(jìn)程。

2. ILA工作原理

根據(jù)xilinx的datasheet功能描述，猜測(cè)ILA也是一個(gè)數(shù)字IP，大致結(jié)構(gòu)如下：

其中：

1) dbg_sig?：是待觀測(cè)的debug信號(hào)；

2) ila_clk：是設(shè)置的ILA工作時(shí)鐘（監(jiān)測(cè)、抓?。?；

3) jtag_inf：ILA數(shù)據(jù)與上層的交互口（tigger條件設(shè)置，抓取的數(shù)據(jù)上傳）；

4) sram_ctrl：根據(jù)trig_ctrl，觸發(fā)抓取，并把抓取的數(shù)據(jù)按cila_clk的cycle實(shí)時(shí)寫入SRAM；

5) sram：抓取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間；

6) jtag_io：Jtag協(xié)議定義的標(biāo)準(zhǔn)IO；

根據(jù)這個(gè)大致結(jié)構(gòu)，預(yù)計(jì)ILA工作原理如下：

1) PC端GUI應(yīng)用程序設(shè)置trigger條件；通過jtag_io配置進(jìn)入ILA core；

2) ILA core開始工作，使用ila_clk監(jiān)測(cè)debug信號(hào)是否符合tigger條件；

3) 符合條件后，使用ila_clk抓取debug信號(hào)，并實(shí)時(shí)存入SRAM；

4) 抓取結(jié)束后，通過jtag_io把debug信號(hào)的值上傳到PC端；

5) PC端GUI應(yīng)用程序顯示波形；

根據(jù)這個(gè)工作原理，可以推導(dǎo)出ILA的一些使用特性：

1) ILA加入后，需要增加LUT/DFF的使用量；

2) ILA加入后，需要增加的使用量，跟debug信號(hào)的數(shù)量，抓取深度成正比；

這些特性，跟實(shí)際布局布線后的結(jié)果是匹配的。

3. ILA使用方法與注意

ILA的使用步驟如下：

A. 設(shè)計(jì)綜合；

B. 點(diǎn)擊：Set Up Debug開始添加ILA；

C. 添加debug信號(hào)：

D. 對(duì)每個(gè)debug信號(hào)選擇監(jiān)測(cè)、抓取時(shí)鐘：

E. 設(shè)置抓取特性：

F. 結(jié)束，保存ILA設(shè)置。ILA信息將存入工程的xdc約束文件：

到此，ILA插入結(jié)束，在place&route完成，產(chǎn)生configure bit后，下載進(jìn)入FPAG即可使用ILA進(jìn)行內(nèi)部觀測(cè)了。

4. ILA使用注意

在ILA的使用過程中，有如下3點(diǎn)需要注意：

A. 設(shè)置監(jiān)測(cè)、抓取時(shí)鐘時(shí)，最好用drive這個(gè)信號(hào)的clk。因?yàn)槭菙?shù)字電路，也存在跨時(shí)鐘域的問題。如果ila_clk和debug信號(hào)的clk不一致，這兒就是一個(gè)跨時(shí)鐘域的點(diǎn)。在P&R時(shí)，timing會(huì)報(bào)錯(cuò)。你可以用set_false_path來mask掉這些timing violation，但是需要記住跨時(shí)鐘域的特性：如果debug一個(gè)4bit信號(hào)，實(shí)際信號(hào)只有4'b0001--> 4'b0111的變化，可能抓取到：4'b0001--> 4'b0101 -> 4'b0111。

B. 因?yàn)榫C合可能優(yōu)化掉一些信號(hào)（尤其是組合邏輯），或改變信號(hào)的名字，為了keep某些信號(hào)，可以在RTL code中，添加：“* mark_debug = "true" *”，使用如下：

C. 設(shè)置抓取特性時(shí)，"input pipe stage"建議設(shè)置到2~3。這樣雖然多用些DFF，可以確保ILA輸入時(shí)的timing更容易過。因?yàn)槟愕膁ebug邏輯可能離ILA core非常的遠(yuǎn)，增加pipe stage寄存器，可以把信號(hào)一級(jí)一級(jí)pipe到ILA core的輸入口。

5. 寫在最后

雖然ILA比邏輯分析儀好用多了，但是并不建議靠ILA來debug。因?yàn)椋?

1) ILA分析的波形長度有限；

2) ILA抓取的信號(hào)數(shù)量有限；

3) 添加大量信號(hào)時(shí)，麻煩；

4) 如果需要新加debug信號(hào)，需要重新做ILA，在Place&Route，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力（一個(gè)稍大的工程，可能需要跑數(shù)小時(shí)）；

所以，“此女”雖好但不可褻玩焉，否則走火入魔，舉步維艱。建立完備的測(cè)試pattern，cover全功能點(diǎn)，跑RTL simulation才是正道。