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FPGA上板项目（一）——点灯熟悉完整开发流程、ILA在线调试

news 来源：原创 2024/9/20 0:33:13

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_cntalways@(posedge sys_clk) beginif(!rst) begintimer_cnt <= 32'b0;endelse if(timer_cnt >= CNT_MAX) begintimer_cnt <= 32'b0;endelse begintimer_cnt <= timer_cnt + 32'd1;endend// 赋值 ledalways@(posedge sys_clk) beginif(!rst) beginled <= 1'b1;endelse if(timer_cnt >= CNT_MAX) beginled <= ~led;endend
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 beginsys_clk_p = 0;forever #2.5 sys_clk_p = ~sys_clk_p;   end// 初始化rst信号initial beginrst = 0;#100;rst = 1;end
endmodule

仿真得到的时序波形图：

在这里插入图片描述

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：

名称	位置
led	AM13
rst	AN12（对应 PL KEY）
sys_clk_p	AL8

在这里插入图片描述

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

综合后的原理图：
在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

选择芯片，右键 program device

在这里插入图片描述

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