原创 Avalon_Microsequencer初步调试成功

    前些天在Altera的参考设计中发现了一个好东西：Avalon_Microsequencer。这是一个SOPC Builder模块，实现了Avalon-MM总线上主设备的功能，可以通过编辑该模块的程序ROM实现对Avalon总线的读写操作，还支持简单的逻辑指令和跳转指令。这是一个可以挂接在Avalon总线上的简单的微控制器——设计者谦虚地把这个模块称为“微序列器”。该模块主要用来实现复杂的状态转移功能——用CPU太大，用FSM又太复杂。 riple

    这些天利用业余时间一直在调试这个“小东西”。说它小，是因为它的代码只有200行，占用的LE只有130个。就算实现高级指令，占用的LE也不过267个。经过两个晚上，终于读懂了全部代码，熟悉了它的配置方式，利用它构建了自己的SOPC系统，下载到了开发板上，通过修改源代码实现了在系统更新程序，通过按键控制了LED。在这一过程中，我还额外地收获了以下几点知识： riple

    1. SOPC Builder的7.1版采用了新的系统配置文件格式（.sopc），但是兼容以前的文件格式（.ptf）。采用新的文件格式有利于版本控制。根据旧的文件格式设计的系统可以升级到新的文件格式，根据旧的文件格式开发的模块也可以用于新的系统设计。 riple

    在我用 7.1版的SOPC Builder打开参考设计时，由于版本不兼容给出了警告信息。通过点击察看警告信息的详细内容，我才看到了开发者给出的版本升级过程的解释。这一信息在Help文档和Altera的网站上都还找不到。 riple

    2. 新模块可以通过添加和修改SOPC_BUILDER_PATH系统环境变量，添加到SOPC Builder的模块搜索路径中。一些提供安装程序的SOPC Builder模块就是这样把自己添加到模块库中的。 riple

    需要说明的是：初始安装的SOPC Builder是没有设置这一环境变量的，搜索路径是默认的。如果安装了新模块或IP Megafunction，就会自动添加这一环境变量。 riple

    发现过程如下：由于我没带U盘，而安装程序又太大（34MB），我只好通过邮箱把部分安装好的文件拷回家。由于没有手动执行修改系统环境变量的操作，SOPC Builder始终找不到新的模块。幸好我在SOPC Builder的启动画面上发现了一个链接，点击后得到了一条加快SOPC Builder启动速度的信息。这条信息说的是，可以通过删除SOPC_BUILDER_PATH系统环境变量中的搜索路径，减少搜索时间，从而加快启动速度。我把这条信息反过来用，添加了新模块的搜索路径。 riple

    3. Quartus II的综合工具支持代码中的综合指令，通过这些综合指令，即使是注释掉的代码也可以被当作正式代码（//synthesis read_comments_as_HDL on和//synthesis read_comments_as_HDL off），而正常的代码也可以被综合器忽略（//synthesis translate_off和//synthesis translate_on）。 riple

    这一发现也是出于偶然。由于这一模块例化的altsyncram没有设置“在系统编辑功能”，在上板调试过程中不方便更新二进制指令代码。我尝试着把“lpm_hint = "ENABLE_RUNTIME_MOD=YES, INSTANCE_NAME=inst"”添加到源代码中以支持这一功能。第一次修改并编译后，运行In-System Memory Content Editor工具，很意外地没有找到可编辑的ROM。我仔细检查了编译过程的信息，并检查了编译报告中关于altsyncram的综合结果，没有找到应有的信息。在Verilog代码中直接调用Megafunction功能是我很熟悉的操作，没有道理不成功。无奈之下，我只得再回到源代码中查找原因，结果在一段注释信息里发现了蹊跷。代码如下： riple

//synthesis translate_off
//////////////// SIMULATION-ONLY CONTENTS
  altsyncram the_altsyncram
    (
      .aclr0 (reset),
      .address_a (next_rom_addr),
      .clock0 (clk),
      .clocken0 (clk_next_addr),
      .q_a (rom_data)
    );

  defparam the_altsyncram.address_aclr_a = "CLEAR0",
           the_altsyncram.init_file =
`ifdef NO_PLI
"E:/try/quartus/sopc/avalon_seq_master/us_pio/microsequencer_classic.dat"
`else
"microsequencer_classic.mif"
`endif
,
           the_altsyncram.intended_device_family = "CYCLONE",
           the_altsyncram.lpm_hint = "ENABLE_RUNTIME_MOD=YES, INSTANCE_NAME=inst",
           the_altsyncram.lpm_type = "altsyncram",
           the_altsyncram.numwords_a = 256,
           the_altsyncram.operation_mode = "ROM",
           the_altsyncram.outdata_aclr_a = "CLEAR0",
           the_altsyncram.outdata_reg_a = "CLOCK0",
           the_altsyncram.width_a = 36,
           the_altsyncram.width_byteena_a = 1,
           the_altsyncram.widthad_a = 8;

//////////////// END SIMULATION-ONLY CONTENTS

//synthesis translate_on
//synthesis read_comments_as_HDL on
//  altsyncram microsequencer_classic_state_rom
//    (
//      .aclr0 (reset),
//      .address_a (next_rom_addr),
//      .clock0 (clk),
//      .clocken0 (clk_next_addr),
//      .q_a (rom_data)
//    );
//
//  defparam microsequencer_classic_state_rom.address_aclr_a = "CLEAR0",
//           microsequencer_classic_state_rom.init_file = "microsequencer_classic.mif",
//           microsequencer_classic_state_rom.intended_device_family = "CYCLONE",
//           microsequencer_classic_state_rom.lpm_hint = "ENABLE_RUNTIME_MOD=YES, INSTANCE_NAME=inst",
//           microsequencer_classic_state_rom.lpm_type = "altsyncram",
//           microsequencer_classic_state_rom.numwords_a = 256,
//           microsequencer_classic_state_rom.operation_mode = "ROM",
//           microsequencer_classic_state_rom.outdata_aclr_a = "CLEAR0",
//           microsequencer_classic_state_rom.outdata_reg_a = "CLOCK0",
//           microsequencer_classic_state_rom.width_a = 36,
//           microsequencer_classic_state_rom.width_byteena_a = 1,
//           microsequencer_classic_state_rom.widthad_a = 8;
//
//synthesis read_comments_as_HDL off

    其中红色部分是我添加进去的。以前，对于“//synthesis translate_off”这一类的信息我是从不关心的——注释掉的内容不是有效代码。但是在排除了一切可能因素之后，我把注意力转向了注释掉的代码部分。我原本以为这部分代码是程序设计者不小心遗留下来的，但是仔细一读才发现里面有名堂：注释掉的代码才是综合工具能够看到的代码，而我先前修改的是仿真工具能够看到的代码，所以综合后没有得到应有的结果。找到了原因，原本奇怪的问题也就迎刃而解了。 riple

    解决了这一问题，更加强了我的一个调试信念：不合理的现象背后，一定有合理的原因。只有抱定这一信念，才能解决调试中遇到的各种问题。（与此相反的是：遇到不合理的现象，不是去寻求合理的解释，而是猜想有一些不可控的，不可证明的原因。比如猜想综合工具有bug，电路的信号完整性有问题，芯片过热等。这样一想，问题往往不了了之，调试也就半途而废了。） riple

    如果没有解决这一问题，今后在Verilog代码中直接调用Megafunction功能时，我心里是难免会发虚的。由此我想起了“库哥”说过的一句话：“遇到拦路虎一定要把它解决掉，否则日后碰到它你会更发怵”。 riple