Microsemi Libero系列教程（六）——Identify片上逻辑分析仪的使用

系列教程： Microsemi Libero系列教程

FPGA如何进行在线调试

对于嵌入式系统来说，如单片机，进行硬件级程序调试时，通常采用的是JLink/ST-Link调试器，在线调试的方式来获取程序实时运行的状态，可以观察程序运行流程、各种变量的值、中断的触发情况，还可以设置断点、单步运行，方便快速的发现BUG，解决问题。

但是对于FPGA来说，并不是顺序执行的，而是根据每一个Clk并行执行，所以我们不能使用调试器进行单步调试。

FPGA调试需要观察内部信号的值，各个信号之间的时序关系，所以使用逻辑分析仪是最好的调试方式了。

有些FPGA工程，对外的接口，即输入输出，可能只有几个，但是他们之间的逻辑和时序关系非常复杂，所以内部有几十个中间寄存器，程序下载进去了，发现不是我们想要的效果，怎么办？你可能会说，查代码吧！如果这个工程非常简单，你可能只需要耗费几分钟或者几个小时就可以定位代码的问题所在。

但是如果这是一个非常庞大的工程，内部的中间寄存器、信号，几百上千个，各个模块单独软件仿真都正常，整体仿真也正常，就是下载到实际的芯片中运行不正常。你如何进行问题定位？如果再去进行代码审查，这将会消耗非常多的时间。那么如果能在FPGA芯片内部装上一个逻辑分析仪，那不就直接可以看到内部信号的值了，而且还可以看到各个信号之间的时序关系。需求推动技术发展，既然开发者有这个需求，那么FPGA厂商肯定会实现这个功能！下面来一起看一下Microsemi FPGA片上逻辑分析仪的使用方法吧！

关于Microsemi片上逻辑分析仪

几大厂商的片上逻辑分析仪：

• Xilinx厂商ISE开发环境下的ChipScope工具
• Altera厂商Quartus开发环境下的SignalTap工具
• Lattice厂商Diamod开发环境下的Reveal工具

对于 FPGA 工程师来说，这些都是很熟悉的名字。和以上几大FPGA厂商一样，Microsemi Libero也支持片上逻辑分析仪工具，只不过不是自己家研发的，使用的是Synospsy公司出品的Identify工具，其实，Libero中的综合器synplify也是Synospsy公司的。

根据Synospsy官网的描述：Identify RTL 调试仪，这个调试工具除了支持Microsemi的FPGA产品外，还支持Altera和Xilinx的FPGA产品，这两款FPGA我没有尝试过。我只在Microsemi Libero中使用过。

identify的使用，不会影响原有程序的功能和时序，也不会打断原有程序的运行，可以理解为在原有的硬件电路上挂了一个逻辑分析仪，进行监测！

FPGA片上逻辑分析仪原理

Identify片上逻辑分析仪的原理，是通过在FPGA工程中加入一个IICE逻辑分析仪IP核，这个IP核，由控制器和采集器组成，采集器用于采集信号，控制器用于和JTAG调试器连接，并把数据发送到上位机，IICE内部有RAM空间，用于存储触发位置附近的信号，RAM空间的大小，即采样深度，可以自己调整。FPGA工程中加入IICE核，会占用一定的资源，资源占用的大小取决于：采样深度，采样信号的个数，采样信号的触发方式等。

所以综上，FPGA片上逻辑分析仪需要3个组件：片上的IICE逻辑分析仪核、JTAG下载器、上位机。

JTAG下载器也就是我们下载程序时使用的FlashPro x下载器，上位机软件也就是Identify工具，这个工具已经在安装Libero SoC时一同安装并注册激活了。所以不需要安装其他的工具软件，只需要在已经设计好的FPGA公司中，配置一下IIC逻辑分析仪核就可以了。

扯了这么多，下面进入正题，来介绍一下如何在已经创建好的Libero工程中，加入IICE逻辑分析仪核，并演示Identify工具的使用。

预期效果

以Microsemi SmartFusion系列的A2F200M3F芯片为例，其他芯片使用操作方法类似。示例工程功能：led每隔10个clk翻转一次为例，演示identify的使用。

identify添加完成之后，把led设置为上升沿触发，会抓取到类似如下的波形。

0.准备一个创建好的Libero工程

这里以LED每隔10个时钟周期翻转为例。HDL文件内容：

module led_demo( 
	//inputs
	input clk,
	input rst_n,
	
	//outputs
	output reg led
);

reg [3:0] cnt;

always @ (posedge clk)
begin
	if(!rst_n)
		cnt <= 0;
	else if(cnt == 10)		/* max=10, 0-10 */
		cnt <= 0;
	else 
		cnt <= cnt + 1;
end

always @ (posedge clk)
begin
	if(!rst_n)
		led <= 0;
	else if(cnt == 10)
		led <= ~led;
end

endmodule

1.新建identify工程，并添加想要监测的信号

1.1 在Synthesize上右键，选择Open Interactively

1.2 在Synthesis上右键新建一个Identify工程

1.3 输入新建的identify工程的名称和保存路径，选择默认的就行。

1.4 在新建的identify工程上右键选择identify instrumentor

1.5 在HDL文件中选择要监测的信号和采样时钟，采样时钟选择Sample Clock，作为触发的信号选择Trigger Only，要监测的信号选择Sample Only，也可以选择Sample and Trigger，这样会占用更多的资源。

设置完成的信号会有标注

1.6 设置采样深度，选择Instrumentor->IICE->Edit IICE。

采样深度最大支持1048576

输入采样深度，数值越大，采样时间越长，相应的FPGA资源占用也越多。

1.7 选择Run->Run

或者直接点击主界面的Run按钮

1.8 编译完成之后，保存退出。

2.管脚分配，编译下载

2.1 和正常流程一样，管脚分配，编译下载。可以看到JTAG部分的管脚已经被IICE逻辑分析仪核使用了。

2.2 在Identify Debug Design上右键，选择Open Interactively，打开identify工具

3.设置触发类型

3.1 选择要触发的信号，和触发类型，这里我选择的是led，上升沿触发。

3.2 连接FlashPro下载器，点击小人图标，启动抓取，满足触发条件自动停止。

D:/identify_demo/synthesis$ run -iice {IICE}
INFO: run -iice IICE
INFO: Info: Attempting to connect to: usb Info: Type: FlashPro4 Info: ID: 08152 Info: Connection: usb2.0 Info: Revision: UndefRev
INFO: Checking communication with the Microsemi_BuiltinJTAG cable and the hardware
INFO: The hardware is responding correctly
INFO: Auto-detecting the device chain
INFO: Device at chain position 1 is "A2F200M3F"
INFO: IICE 'IICE' configured, waiting for trigger
INFO: IICE 'IICE' Trigger detected, downloading samples
INFO: notify -notify
INFO: waveform viewer
INFO: waveform viewer
INFO: write vcd -iice IICE -comment {Identify created VCD dump} -gtkwave -noequiv IICE.vcd
D:/identify_demo/synthesis$ 

3.3 右侧黄色的显示就是触发瞬间时信号的值。右键可以改变数据格式。

3.4 选择Debugger preferences可以设置采样时钟的周期，用于后面波形的时间测量

3.5 设置采样时钟的周期

3.6 点击波形按钮，在GTKWave中打开抓取到的波形。

3.7 可以按住左键拖动测量时间差

3.8 还可以给每个通道设置不同的颜色，和显示方式。

4.IICE逻辑分析仪核资源占用

IICE逻辑分析仪核占用的主要是逻辑资源和RAM资源，可以看到资源占用还是很多的。

示例工程下载

identify_demo.rar

参考资料

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/88314552
• https://www.synopsys.com/zh-cn/implementation-and-signoff/fpga-based-design/identify-rtl-debugger.html
• http://training.eeworld.com.cn/video/1059
• https://www.microsemi.com/document-portal/doc_view/132760-synopsys-identify-me-h-2013-03m-sp1-user-guide