原创 FPGA仿真篇（一）在Quartus下使用SignalTap II 调试FPGA

在一数控系统的项目中，需要一单片机将外部接收到的数据进行预处理后再给FPGA进行运算。在单片机与FPGA的硬件接口中采用总线连接的方式；由于单片机总线接口的数据与地址低8位是复用的，因此FPGA需要根据单片机的总线时序模拟一个EBI的总线接口将地址和数据分离开来，才能与单片机进行正常通讯。

如下图硬件连接：

为了保证模拟总线逻辑的正确性，必须监测A0～A15和D0～D7的输出，是否与单片机端写入的值一致。

调试的方法有很多种，可以在Quartus II下新建波形文件，创建输入条件后，监测输出的波形，也可以直接用Quartus II自带的嵌入式逻辑分析仪Signal Tap II来监测引脚信号；前者是单纯的根据逻辑仿真，而后者是物理仿真，它能真实的将系统运行过程中的信号实时的通过JTAG传送到Quartus II的显示界面。

使用SignalTap II的一般流程是：设计人员在完成设计并编译工程后，建立SignalTap II (.stp)文件并加入工程、配置STP文件、编译并下载设计到FPGA、在Quartus II软件中显示被测信号的波形；在测试完毕后将该逻辑分析仪从项目中删除。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

现在我们开始介绍在Quartus II下用Signal Tap II进行调试的详细步骤。

首先，在你已经创建的工程下新建一个Signal Tap文件，并加入工程

再设置SignalTap II 文件，如下图

配制完成后，再编译综合，并下载

点击运行

此时FPGA工作时的单片机发送程序如下：

while (1)

  {

    (*(volatile unsigned char *)0x2345)=0X43;   //向0x1234地址入写0x43

(*(volatile unsigned char *)0x5812)=0X12;   //向0x5812地址入写0x12

}

由上图仿真的波形可见，在WR为低电平的第一个周期Addr=0x2345,Data=0x43；在WR为低电平的第二个周期Addr=0x5812,Data=0x12；很显然，与单片机那边的发送程序是一致的。

有一点需要提出，由于编译器的优化问题，在添加被测信号的时候，有些你想要引出的wire或者reg不能被添加进来，这需要在代码中进行设置，告诉编译器不要将该wire或reg优化。如：

wire    [7:0]       xmc_data_in /*synthesis keep*/;

wire    [7:0]       xmc_data_out /*synthesis keep*/;

wire    [15:0]      xmc_addr_out /*synthesis keep*/;  //用于测试，不优化该线网

（本来，该工程中的xmc_data_in、xmc_data_out和xmc_addr_out这三个线网在 “Add Nodes”的 list中是显示不出来的，后来在代码中加了/*synthesis keep*/;才显示出来）

关于如何在Signal Tap II中添加更多的Wire和reg可参考

http://www.cnblogs.com/oomusou/archive/2008/10/17/signaltap_ii_reg_wire.html

关于STP文件分配的信号

在STP文件中，可以分配下面两种类型的信号：

(1)             Pre—synthesis：该信号在对设计进行Analysis&Elaboration操作以后存在，这些信号表示寄存器传输级(RTL)信号。

(2)             Post-fitting：该信号在对设计进行物理综合优化以及布局、布线操作后存在。

当选择第一种时，在添加被测信号时，只需要增量式编译就可以了，这样省了很多时间。当然添加完被测信号后，在下载入FPGA之前，还是需要全编译一次的。

两种类型同时只能使用一种，

<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />

红圈处不打勾时选第一种类型，红圈处打勾时选第二种类型。

选择好的调试方法非常重要，它能帮助设计者更快更准确的找出程序中的bug，高效的完成设计。当然在FPGA的设计过程中，需要多种方法和工具相结合来完成不同阶段的调试，熟练运用这些工具和方法非常的关键。

附件里是Quartus II 7.1下的工程代码

代码参考来源：
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3353506&bbs_page_no=1&bbs_id=1029

本文PDF和CODE

https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2010/2/8/233b7fed-c913-451d-8fa6-54d3ff0dee22.rar