【转】fpga硬件调试vivado——mark_debug（上）

zada小明

最近两个月开始用Vivado做项目，之前一直用ISE开发，个人觉得ISE方便好用，而Vivado编译又慢，还占内存，打开一个工程就需要好半天，可视化界面感觉也没什么用处，不如模块化的代码来的简单，而且还有一些bug。无奈xilinx公司不再开发ISE，到14.7就结束了，以后的芯片只能用Vivado做设计了，只能用它了，现在已经更新到了2014.4版本，我现在用的是2013.4版本，开发板是zedboard。
用Vivado进行硬件调试，就是要插入ila核，即“集成逻辑分析仪”，然后将想要引出来观察的信号连到这个核的probe上。
首先第一步，需要把想要观测的信号标记出来，即mark_debug，有两种mark_debug的方法，我用verilog写了一个简单的流水灯程序，只有几行代码，如下：

1.     module main(
   
2.     input            clk,
   
3.     input            rst,
   
4.     output reg [7:0] led
   
5.         );
   
6. 
   
7.     (*mark_debug = "true"*)reg [23:0] counter;
   
8.     always @(posedge clk) begin
   
9.     if(rst) begin
   
10.     counter <= 0;
    
11.     led <= 8'b00000001;
    
12.     end
    
13.     else counter <= counter + 1;
    
14.     if (counter == 24'hffffff)
    
15.     led <= {led[6:0],led[7]};
    
16.     end
    
17.     endmodule

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例如，要观察counter信号的波形，那么在第7行定义reg型信号counter时，前面加上(*mark_debug=“true”*)，这样就把counter信号标记了出来。如果用vhdl语言实现的话，这句话用该这样写：

1. signal counter : std_logic_vector (23 downto 0);
   
2. attribute mark_debug: string;
   
3. attribute mark_debug of counter : signal is "true";

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另外添加xdc约束文件，内容如下：

1.     set_property PACKAGE_PIN Y9 [get_ports clk]
   
2.     set_property PACKAGE_PIN T18 [get_ports rst]
   
3. 
   
4.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk]
   
5.     set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports rst]
   
6. 
   
7.     set_property PACKAGE_PIN T22 [get_ports {led[0]}]
   
8.     set_property PACKAGE_PIN T21 [get_ports {led[1]}]
   
9.     set_property PACKAGE_PIN U22 [get_ports {led[2]}]
   
10.     set_property PACKAGE_PIN U21 [get_ports {led[3]}]
    
11.     set_property PACKAGE_PIN V22 [get_ports {led[4]}]
    
12.     set_property PACKAGE_PIN W22 [get_ports {led[5]}]
    
13.     set_property PACKAGE_PIN U19 [get_ports {led[6]}]
    
14.     set_property PACKAGE_PIN U14 [get_ports {led[7]}]
    
15. 
    
16.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[0]}]
    
17.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[1]}]
    
18.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[2]}]
    
19.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[3]}]
    
20.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[4]}]
    
21.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[5]}]
    
22.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[6]}]
    
23.     set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {led[7]}]
    

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之后run synthesis综合，之后open synthesized design，在左上角选择debug layout，在debug窗口中netlist看到counter信号前面有一个绿色的小蜘蛛，表示counter信号被标记出来了。

     在信号前面加入mark debug的好处
      这其实是一种比较繁琐的方法，更为方便的方法是，直接综合工程，在之后打开综合设计，在netlist中直接选中想要查看的信号，右键选择mark debug，即可将信号标记出来。但是采用第一种方式的好处是，如果工程比较复杂的话，一些信号可能会被综合优化掉，加上模块层层实例化，在netlist中可能找不到要观测的信号，这时在代码里面mark_debug，依旧可以将该信号引出来。

接着第二步就是插入调试内核了，在Vivado界面下方，找到Unassigned Debug Nets，右键选择 set up debug，在接下来的对话框中列出了counter信号的lk domain是CLK_IBUG_BUFG，其trig和data项都打了对勾，表示counter信号既作为触发信号也作为数据信号。
选择next，在接下来的对话框中将enable advanced trigger mode 和enable basic capture mode勾选上，继续next，最后finish。
右键dbg_hub，选择implement debug cores，接着在打开的schematic中，可以看见插入的ila核，其probe端口与counter相连，打开xdc文件，在最后几行多出来这几行代码：

1.     create_debug_core u_ila_0 labtools_ila_v3
   
2.     set_property ALL_PROBE_SAME_MU true [get_debug_cores u_ila_0]
   
3.     set_property ALL_PROBE_SAME_MU_CNT 4 [get_debug_cores u_ila_0]
   
4.     set_property C_ADV_TRIGGER true [get_debug_cores u_ila_0]
   
5.     set_property C_DATA_DEPTH 1024 [get_debug_cores u_ila_0]
   
6.     set_property C_EN_STRG_QUAL true [get_debug_cores u_ila_0]
   
7.     set_property C_INPUT_PIPE_STAGES 0 [get_debug_cores u_ila_0]
   
8.     set_property C_TRIGIN_EN false [get_debug_cores u_ila_0]
   
9.     set_property C_TRIGOUT_EN false [get_debug_cores u_ila_0]
   
10.     set_property port_width 1 [get_debug_ports u_ila_0/clk]
    
11.     connect_debug_port u_ila_0/clk [get_nets [list clk_IBUF_BUFG]]
    
12.     set_property port_width 24 [get_debug_ports u_ila_0/probe0]
    
13.     connect_debug_port u_ila_0/probe0 [get_nets [list {counter[0]} {counter[1]} {counter[2]} {counter[3]} {counter[4]} {counter[5]} {counter[6]} {counter[7]} {counter[8]} {counter[9]} {counter[10]} {counter[11]} {counter[12]} {counter[13]} {counter[14]} {counter[15]} {counter[16]} {counter[17]} {counter[18]} {counter[19]} {counter[20]} {counter[21]} {counter[22]} {counter[23]}]]
    
14.     set_property C_USER_SCAN_CHAIN 1 [get_debug_cores dbg_hub]

复制代码

到此为止，成功将要观察的信号引出来，完成了插入调试内核，接着直接运行generate bitstream，即可生成bit文件。
最后一步，连上zedboard开始调试，用impact将bit文件下载到板卡上，或者在后面hardware manager中选择program device也可以。打开hardware manager，然后open new target，一直next直到结束，即可打开Vivado硬件逻辑分析仪。

要查看波形，必须要有信号触发，将counter信号拖入右方的basic trigger setup窗口，可以设置，想要counter等于何值时触发，右键counter，选择run trigger，并将counter信号添加到波形窗口中，接着便可以在打开的波形窗口中观察counter信号的变化。
硬件调试的流程大致如上述所示，这只是非常简单的一个例子，作为对官网视频教程的一个翻译加补充吧，如果工程较大的话，debug时还会遇到各种问题，就需要一步步慢慢摸索解决啦。
参考官网视频教程，另外在xilinx官网上也可以搜到debug的文档。
附加两点我曾遇到的小问题：
（1）在进行综合之前，需要将先将xdc约束文件添加到工程中，否则最后write bitstream时出错。Vivado的一个问题就是，有好多ise中综合时就能检测出的错误，而Vivado要等到生成bitstream时才报错。
（2）在打开hardware manager之后，提示vcseserver没有开启，在vivado/2013.4/bin下面运行vcseserver的bat程序即可。