Vivado与SDK的联合调试方法-使用ILA

首先介绍一下我的硬件平台：使用的开发板为米联客出的MIZ702，这个开发板与ZedBoard是兼容的。
Vivado硬件调试有几种手段：ILA（集成逻辑分析器Integrated Logic Analyzer）、VIO（虚拟I/O Virtual Input/Output）、Jtag-to-AXI等，本方法主要使用了ILA
本实验系统使用了两种调试手段：ILA和VIO，ILA的引入方式又用了两种，一种是标记Debug mark，一种是添加ILA_IP两种方式我认为是一致的。其中ILA-IP抓取的LED的寄存器的波形，而Debug mark标记的是接到一个自主IP的AXI总线系统的Block Design如下图

联调步骤：
STEP1:在block design设计完系统硬件后，点击想要抓取波形的网络，右击选择mark debug，此时网络两端会显示一个Debug标识如下图，保存。

还有另外一种方法：直接添加ILA ip，设置好抓取波形的个数与每组波形的位宽，连接自己想要观测的总线,在这里我抓取的波形是一组8位的寄存器，所控制的是8个LED灯。如下两图


我认为这两种方法没有区别
STEP2:对工程进行综合，综合完成后查看综合结果，可以看到下面的debug窗口中有未连接的Debug nets，点击Set up Debug并进行相关配置完成Debug nets的连接。完成后如下图所示：

STEP3:保存工程，此时系统会重新生成约束文件，对现有的约束文件进行填充，打开约束文件进行Reload即可，然后生成bitstream并将硬件导入SDK，运行SDK。
STEP4:在SDK中新建自己的调试应用程序，我的演示程序为流水灯主函数代码如下：

#include "xparameters.h" /* Peripheral parameters  */
#include "xgpio.h"       /* GPIO data struct and APIs */
#include "xil_printf.h"
#include "xil_cache.h"

#define GPIO_BITWIDTH   8   /* This is the width of the GPIO */
#define GPIO_DEVICE_ID  XPAR_AXI_GPIO_0_DEVICE_ID //device id
#define LED_DELAY     10000000 /* times delay*/
#define LED_MAX_BLINK   0x1 /* Number of times the LED Blinks */
#define LED_CHANNEL 1        /* GPIO channel*/
#define printf xil_printf   /* A smaller footprint printf */
XGpio Gpio; /* The Instance of the GPIO Driver */
XGpio GpioOutput; /* The driver instance for GPIO Device configured as O/P */

int GpioMarquee (u16 DeviceId, u32 GpioWidth)
{
    volatile int Delay;
    u32 LedBit;
    u32 LedLoop;
    int Status;
    /*
     * Initialize the GPIO driver so that it's ready to use,
     * specify the device ID that is generated in xparameters.h
     */
     Status = XGpio_Initialize(&GpioOutput, DeviceId);
     if (Status != XST_SUCCESS)  {
          return XST_FAILURE;
     }
     //Set the direction for all signals to be outputs
     XGpio_SetDataDirection(&GpioOutput, LED_CHANNEL, 0x0);
     // Set the GPIO outputs to low
     XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput, LED_CHANNEL, 0x0);
     for (LedBit = 0x0; LedBit < GpioWidth; LedBit++)  {
        for (LedLoop = 0; LedLoop < LED_MAX_BLINK; LedLoop++) {
            //Set the GPIO Output to High
            XGpio_DiscreteWrite(&GpioOutput, LED_CHANNEL,
                        1 << LedBit);
            //Wait a small amount of time so the LED is visible
            for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++);
            //Clear the GPIO Output
            XGpio_DiscreteClear(&GpioOutput, LED_CHANNEL,
                        1 << LedBit);
            // Wait a small amount of time so the LED is visible
            for (Delay = 0; Delay < LED_DELAY; Delay++);
          }
     }
     return XST_SUCCESS;
}
int main(void)
{//Application start
    /* loop forever*/
    while(1){
        u32 status;
        status = GpioMarquee (GPIO_DEVICE_ID,GPIO_BITWIDTH);
        if (status == 0)
            print("SUCESS!.\r\n");
        else print("FAILED.\r\n");
    }
    return XST_SUCCESS;
}

然后常规方法进入软件调试界面，设置断点。（这里提醒一下，联合调试一定要在SDK下将比特流下载到FPGA中，而不要在vivado中下载比特流。Xilinx官方给出的解释是：由于使用PS端的时钟来接入ILA，所以要现在SDK中将比特流进行下载）
STEP5:在Vivado中连接目标板，此时进入硬件调试界面如图

左边栏hardware会显示系统添加的硬件调试IP，我的硬件中手动加入了一个ila ip和vio ip也将一段总线标记了mark debug，标记了mark debug的总线，在进行set up debug的操作时系统会自动添加一个ila ip，左边栏显示了三个调试ip。
这里面大大小小有好多窗口一一介绍一下：
1、设置窗口，window data depth其实就是波形的分辨率，trigger position in window就是数据的触发在波形中显示的起始位置，设置了触发后才会有作用。

2、触发设置窗口，可以设置触发信号，以及触发方式（上升沿、下降沿）等等。若在SDK中的命令执行一句的过程中FPGA有时序变化，且时序是相关的，比如说我的写操作，当write有上升沿的时候执行，对目标地址写操作数。这时候如果设置了触发信号为write，系统的时序显示就会随着write进行动作，且在触发位置处进行改变。这个功能我们可以进行一些总线的时序分析。ILA2中检测了AXI总线，我们就可以看到相关时序图。ILA1只是对一个寄存器进行了监视，只能看到他的值的变化而已。

3、状态窗口：显示当前调试状态
4、调试波形窗口

调试波形图窗口，左侧表示循环自动进行触发， 按下后，在SDK中执行一步即在波形图上显示波形，而 是在SDK执行完命令后，进行点击即显示当前硬件状态的波形。
至此我们就搭建好Vivado和SDK的联合调试平台了，我们每在SDK中执行一条语句后，可以在波形窗口中点击来更新硬件状态。
大家调试不必按照此硬件系统和软件来调试，完全可以在自己的系统中添加ILA-IP来对自己的系统进行调试

欢迎大家批评指正，也希望能与大家交流ZYNQ的学习经验。

参考文献：
1、嵌入式系统软硬件协同设计实战指南-基于Xilinx ZYNQ
2、ug936-vivado-tutorial-programming-debugging