FPGA上板项目（一）——点灯熟悉完整开发流程、ILA在线调试

---

创建工程

• 型号选择：以 AXU9EG 开发板为例，芯片选择 xczu9eg-ffvb1156-2-i

创建 HDL 代码

• 注意：由于输入时钟为 200MHz 的差分时钟，因此需要添加 IBUFDS 原语连接差分信号

`timescale 1ns / 1ps
module led
#(
    parameter CNT_MAX = 'd199_999_999
)(
    input wire sys_clk_p,
    input wire sys_clk_n,
    input wire rst,        //同步低复位
    
    output reg led
);

    reg [31:0] timer_cnt;
    wire sys_clk;

/**********************************************
*********** IBUFDS 原语
**********************************************/    
    IBUFDS IBUFDS_inst(
        .O(sys_clk),
        .I(sys_clk_p),
        .IB(sys_clk_n)
    );
    
/**********************************************
*********** 信号赋值
**********************************************/ 
    // 赋值 timer_cnt
    always@(posedge sys_clk) begin
        if(!rst) begin
            timer_cnt <= 32'b0;
        end
        else if(timer_cnt >= CNT_MAX) begin
            timer_cnt <= 32'b0;
        end
        else begin
            timer_cnt <= timer_cnt + 32'd1;
        end
    end
    
    // 赋值 led
    always@(posedge sys_clk) begin
        if(!rst) begin
            led <= 1'b1;
        end
        else if(timer_cnt >= CNT_MAX) begin
            led <= ~led;
        end
    end
endmodule

仿真

• 此步骤的目的是进行功能验证，不需要时可以忽略。仿真前需要编写激励文件 testbench

`timescale 1ns / 1ps
module tb_led(
);
    parameter CNT_MAX = 32'd10;
    reg sys_clk_p;
    wire sys_clk_n;
    reg rst;
    
    wire led;
    
    led #(
        .CNT_MAX(CNT_MAX)
    )tb_led(
        .sys_clk_p(sys_clk_p),
        .sys_clk_n(sys_clk_n),
        .rst(rst),
        .led(led) 
    );  
    
    // 初始化clk信号
    assign sys_clk_n = ~sys_clk_p;
    initial begin
        sys_clk_p = 0;
        forever #2.5 sys_clk_p = ~sys_clk_p;   
    end
    
    // 初始化rst信号
    initial begin
        rst = 0;
        #100;
        rst = 1;
    end
endmodule

仿真得到的时序波形图：

添加管脚约束

综合是将HDL代码转换为门级网表的过程，实现是将门级网表映射到目标FPGA设备的过程。

• 执行综合 run synthesis
• 等待综合完毕，open synthesized design
• 选择 I/O Planning，根据原理图和手册来定义引脚
• ctrl+s 保存

以 AXU9EG 开发板为例：

添加时序约束

• constraints wizard
• 设置时钟频率
• 重新综合一遍，因为综合是将RTL代码转换为门级网表，并根据时序和其他约束进行逻辑优化。如果在综合之后添加或修改了时序和管脚约束，综合工具不会自动知道这些约束的变化，所以最好重新 run synthesis
• 针对此部分，拓展可参考 FPGA时钟约束设计

综合后的原理图：

生成 bit 文件

• generate bitstream

下载

• 拨码开关调整到 JTAG 模式，连接 JTAG 接口后，上电

• open hardware manager -> open target -> auto connect 后，成功扫描到硬件

• 选择芯片，右键 program device

• 点击 program 等待下载完成

ILA 在线调试

• IP Catalog -> 搜索 ILA
• Number of Probes：需要采样的信号数量
• Sample Data Depth：采样深度
• Probe Width：信号的位宽
• 在 HDL 代码中例化 ILA

/**********************************************
*********** ILA 例化
**********************************************/ 
    ila_0 inst_ila (
        .clk(sys_clk), // input wire clk
        .probe0(timer_cnt) // input wire [31:0] probe0
    );

• 重新生成比特流，并连接
  

• 选择 ILA 窗口
  

• 点击运行即可看到采集信号的波形，采集的个数为设置的采样深度

• 可以添加采样触发条件
  
  最终调试窗口结果
  

• 导出 csv 文件：

  • 右键后 export IDA data，导出 csv 格式的文件
  • MATLAB 读取代码：

clc;
clear;
close all;

data_depth = 131072;   % 采集的数据个数

%% 读取csv文件
csv_file_name = 'iladata.csv';
out_data = csvread(csv_file_name, 2, 3, [2,3,2 + data_depth - 1,3]);  % 从csv文件的第三行第四列开始读取读取到end行第四列