1. 前言

在數(shù)字IP/IC，FPGA項目的上板驗證階段，對于一些難以確定原因的bug，比如：RTL仿真時，測試pattern覆蓋不夠全面，fpga跑起來后的實際信號時序可能跟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），來實時抓取FPGA內(nèi)部數(shù)字信號的波形，分析邏輯錯誤的原因，幫助debug。

ILA的正確、高效使用，能加速debug的進程。

2. ILA工作原理

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

其中：

1） dbg_sig？：是待觀測的debug信號；

2） ila_clk：是設(shè)置的ILA工作時鐘（監(jiān)測、抓取）；

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實時寫入SRAM；

5） sram：抓取數(shù)據(jù)的存儲空間；

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

根據(jù)這個大致結(jié)構(gòu)，預(yù)計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配置進入ILA core；

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

3） 符合條件后，使用ila_clk抓取debug信號，并實時存入SRAM；

4） 抓取結(jié)束后，通過jtag_io把debug信號的值上傳到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信號的數(shù)量，抓取深度成正比；

這些特性，跟實際布局布線后的結(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)計綜合；

B. 點擊：Set Up Debug開始添加ILA；

C. 添加debug信號：

D. 對每個debug信號選擇監(jiān)測、抓取時鐘：

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，下載進入FPAG即可使用ILA進行內(nèi)部觀測了。

4. ILA使用注意

在ILA的使用過程中，有如下3點需要注意：

A. 設(shè)置監(jiān)測、抓取時鐘時，最好用drive這個信號的clk。因為是數(shù)字電路，也存在跨時鐘域的問題。如果ila_clk和debug信號的clk不一致，這兒就是一個跨時鐘域的點。在P&R時，timing會報錯。你可以用set_false_path來mask掉這些timing violation，但是需要記住跨時鐘域的特性：如果debug一個4bit信號，實際信號只有4‘b0001--》 4’b0111的變化，可能抓取到：4‘b0001--》 4’b0101 -》 4‘b0111。

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

C. 設(shè)置抓取特性時，“input pipe stage”建議設(shè)置到2~3。這樣雖然多用些DFF，可以確保ILA輸入時的timing更容易過。因為你的debug邏輯可能離ILA core非常的遠，增加pipe stage寄存器，可以把信號一級一級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。因為：

1） ILA分析的波形長度有限；

2） ILA抓取的信號數(shù)量有限；

3） 添加大量信號時，麻煩；

4） 如果需要新加debug信號，需要重新做ILA，在Place&Route，這樣費時費力（一個稍大的工程，可能需要跑數(shù)小時）；

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

編輯：jq