基于FPGA的系統易測試性的研究

引 言
　　現代科技對系統的可靠性提出了更高的要求，而FPGA技術在電子系統中應用已經非常廣泛，因此FPGA易測試性就變得很重要。要獲得的FPGA內部信號十分有限、FPGA封裝和印刷電路板(PCB)電氣噪聲，這一切使得設計調試和檢驗變成設計中最困難的一個流程。另一方面，當前幾乎所有的像CPU、DSP、ASIC等高速芯片的總線，除了提供高速并行總線接口外，正迅速向高速串行接口的方向發展，FPGA也不例外。每一條物理鏈路的速度從600 Mbps到10 Gbps，高速I／O的測試和驗證更成為傳統專注于FPGA內部邏輯設計的設計人員所面臨的巨大挑戰。這些挑戰使設計人員非常容易地將絕大部分設計時間放在調試和檢驗設計上。

　　本文就調試FPGA系統時遇到的問題及有助于提高調試效率的方法，針對Altera和Xilinx的FPGA調試提供了最新的方法和工具。

　　1 FPGA一般設計流程

　　在FPGA系統設計完成前，有2個不同的階段：設計階段、調試和檢驗階段，如圖1所示。設計階段的主要任務是輸入、仿真和實現；調試和檢驗階段的主要任務是檢驗設計，校正發現的錯誤。

　　1.1 設計階段

　　在這一階段不僅要設計，而且要使用仿真工具開始調試。實踐證明，正確使用仿真為找到和校正設計錯誤提供了一條有效的途徑。但是，不應依賴仿真作為調試FPGA設計的唯一工具。

　　在設計階段，還需要提前考慮調試和檢驗階段，規劃怎樣在線快速調試FPGA，這可以定義整體調試方法，幫助識別要求的任何測試測量工具，確定選擇的調試方法對電路板設計帶來的影響。針對可能選用的FPGA存在的高速總線，除了考慮邏輯時序的測試和驗證外，還應該充分考慮后面可能面臨的信號完整性測試和分析難題。

　　1.2 調試和檢驗階段

　　在調試階段，必須找到仿真沒有找到的棘手問題。怎樣以省時省力的方式完成這一工作是一個挑戰。本文將研究如何選擇正確的FPGA調試方法及如何有效地利用新方法的處理能力，這些新方法可以只使用少量的FPGA針腳查看許多內部FPGA信號。如果使用得當，可以突破最棘手的FPGA調試問題。

　　1.3 FPGA調試方法

　　在設計階段需要作出的關鍵選擇是使用哪種FPGA調試方法。在理想情況下，設計者希望有一種方法，這種方法可以移植到所有FPGA設計中，能夠洞察FPGA內部運行和系統運行過程，為確定和分析棘手的問題提供相應的處理能力。

　　基本在線FPGA調試方法有2種：使用嵌入式邏輯分析儀以及使用外部邏輯分析儀。選擇使用何種方法取決于項目的調試需求。