ChipScope Pro内核插入器

ChipScope Pro内核插入器的文件后缀名为cdc。在ISE工程中可以创建一个新的cdc程序，也可以在实现流程中激活内核插入器。

注意：使用内核插入器之前，要注意一些工程项目的属性设臵。

(1) 如果采用XST综合工具，将【Keep Hierarchy】属性设置成【Yes】或【Soft】，禁止XST工具对设计的优化，保留原来设计层次，同时也保留了NET网络节点名称。设置方法如下。

选择【Edit】→【Preferences】，打开属性对话框。选择【Processes】页。设臵属性显示下拉框为【Advanced】，单击【OK】。右击【Synthesize】，选择【Properties】选项。设臵【Keep Hierarchy】属性为【Yes】或【Soft】，单击【OK】。

(2) 正确设置比特流生成选项。

在Project Navigator里，单击【Generate Programming File】右键，选择【Properties】选项。选择【Startup options】页。选择【FPGA Start-Up Clock】下拉框，JTAG Clock启动时钟。

接下来，介绍如何在ISE的环境下调用ChipScope的内核插入器（Core Inserter），以及内核插入器的各种参数的含义及其配置方法。

1. 运行ISE 11.1，打开设计的工程项目。
2. 创建CDC文件。在ISE11.1的界面下，有两个创建CDC文件的方法：

单击选择【Project】→【New Source】，弹出源程序设臵界面，选择【ChipScope Definition and Connection File】，输入文件名，如图9-28所示。单击【Next】，按照缺省设臵产生和配臵调试内核，直到【Finish】生成.cdc文件。

注意：只有安装了ChipScope Pro 11.1，才可以在ISE 11.1的【New Source】里出现【ChipScope Definition and Connection File】。

图9-28 【New Source Wizard】源程序类型选择界面选择【Project】→【Add Source】（【Add Copy of Source】），选择已经存在的.cdc文件。

3. ChipScope内核插入器的属性和参数设置。

(1) 在【Sources in Project】窗口中，双击cdc文件。弹出的内核插入器界面如图9-29所示，设置Chipscope Pro的参数。

图9-29 内核插入器用户界面

菜单栏中的菜单项及其功能有：

【File】菜单：包含常见的文件操作命令，如【Open Project】、【Save】、【Save As】。【Refresh Netlist】用于手动更新网表。【Edit】菜单：包含创建新的集成逻辑分析单元【New ILA Unit】，或者创建新的ATC2单元【New ATC2 Unit】，删除单元【Remove Unit】，以及参数设臵【Preferences】等命令。【Insert】菜单：包含【Insert Core.】命令，当设臵ILA Core的各项参数后，可以利用这个命令把集成逻辑分析仪的网表插入到原设计的网表中。【Design Files】设计文件选项组，有如下几个选项：

指定输入设计的网表
单击【Browse】，选择输入设计所在的目录
修改输出设计网表和输出目录（如果核插入器在ISE里激活，那么输入网表和输出网表、目录、器件型号等参数自动填入，在这钟情况下，这些参数只能在ISE工程属性中修改，不在核插入器里修改。）

工程参数

【Device Setting】器件设置选项组：

【Device Family】：选择目标FPGA器件家族，内核生成器会生成针对该器件优化的ICON和捕获内核。【Use SRL16s】：用来控制是否用SRL16和SRL16E逻辑生成内核，如果不选择该选项，将会用触发器和多路选择器来代替，影响生成核的大小和性能。缺省设臵为使能。【Use RPMs 】：用来控制是否用相关布局宏（RPMs）生成一个独立的内核，该复选框能阻止布局布线器对区域内放臵ChipScope Pro内核的逻辑进行布局优化。如果设计中占用了大部分的逻辑资源，这些布局限制有可能不被满足。【Core Utilization】选项组：内核生成器的左边是内核资源利用显示窗口，列出插入设计网表中的ChipScope核资源利用情况，包括查找表(LUT), 触发器 (FF)和块RAM (BRAM)。

注意：只有Spartan-3、Spartan-3E、Spartan-3A、Spartan-3A DSP和Virtex-4器件家族显示ChipScope核资源利用特性。

(2) ICON核配置选项设置。在图9-29中单击【Next】，弹出ICON核配置选项设置界面，如图9-30所示。

图9-30 ICON核配置选项界面【Boundary Scan Chain】下拉选择框：边界扫描链，分析仪可以通过USER1、USER2、USER3或USER4边界扫描链与ChipScope内核通信。（Spartan-3、Spartan-3E、Spartan-3A或Spartan-3A DSP器件不支持该选项。）可以禁止BUFG插入。

打开【Edit】菜单→【Preferences】属性，弹出【Edit Preferences】属性编辑对话窗，如图9-31所示。

使能JTAG全局时钟缓冲器控制：在【Miscellaneous】选项卡里，【Show Manual JTAG Global Clock Buffer Control in ICON Panel】复选框选中。

禁止JTAG时钟上的BUFG：【Put JTAG Clock on a Global Clock Buffer】复选框不选中。

图9-31 【Edit Preferences】界面

(3) 在图9-30中单击【New ILA Unit】，弹出ILA触发选项和参数设置界面，如图9-32所示。

图9-32 ILA触发选项和参数设置界面

Trigger Parameters选项卡：

Trigger Input and Match Unit Settings选项组：

【Number of Input Trigger Ports】下拉列表框：选择ILA核输入触发端口数目，ILA核最多支持16个输入触发端口。每个触发端口的参数在下方列出，包括触发宽度、触发匹配条件判断类型和数目。

TRIGn选项组：

【Trigger Width】编辑框：触发端口由一条或者多条信号线组成，信号线的总数成为触发宽度，最大为256。
【# Match Unit】下拉列表框：触发比较匹配单元是个比较器，和触发端口相连，用于检测触发端口是否满足设定的条件。每个触发端口可以有1～16个触发匹配单元。触发匹配设置单元设置的越多，触发事件就越灵活，但是要占用更多的内部资源。在满足条件的情况下，尽量减少触发匹配单元的数量。
【MatchType】下拉列表框：请参见表9-1。
【Count Width】下拉列表框：匹配单元计数器宽度，用于选择满足匹配条件的次数，最大32位。

Trigger Condition Settings选项组
【Enable trigger condition sequencer】复选框：设臵是否使能触发队列器和队列器深度。触发序列是为了增加触发的复杂性，使触发的条件更加特殊，我们可以把若干个状态组合起来形成触发条件，这样就能更好的使用有限的资源存储有用的数据。
【Max Number of Sequencer levels】下拉列表框：设臵最大的触发条件序列级数。Storage qualification condition Settings选项组
【Enable Storage Qualification】复选框：存储器限制条件。请参考9.2.2小节中的相关内容。
Captures Parameters选项卡：采样参数选项卡（参见图9-33）。图9-33 【Captures Parameters】参数设置界面【Sample On】下拉选择框：设臵在时钟的上升沿或者下降沿采集数据。【Data Depth】下拉选择框：设臵ILA核存储的最大数据采样个数。【Data Same as Trigger】复选框：设臵ILA触发端口和数据采集端口是否相同。请参考9.2.2小节中的相关内容。Trigger Port Used As Data选项组：
如果选中了【Data Same As Trigger】复选框，那么在数据选项的每个TRIGn端口前都会出现一个【Include TRIGn Port】复选框，选中该选项，表明数据和触发端口合并。

Net connections选项卡（参见图9-34）。

图9-34 【Net connections】网络连接界面 Net Connections选项组：用于将集成逻辑分析仪ILA核的输入信号与设计中的网线连接起来。如果触发和数据信号分离，那么必须指定数据、时钟和触发端口。双击【CLOCK PORT】或者单击【CLOCK PORT】左边的加号（+）。如果还没连接，该选项显示为红色。如图9-34所示，包括【CLOCK PORT】和【TRIGGER PORTS】两组端口的连接。【Modify Connections】按钮：单击该按钮弹出【Select Net】对话框，对话框很容易地将ILA核工作时钟、触发信号、数据信号与设计中的网线连接起来，如图9-35所示。
【Structure/Nets】窗格：列出设计的层次结构。
【Net Name】：EDIF网表中的网络名，由于重命名或者综合中的优化原因，可能和HDL中的源码名字不一样。
【Source Instance】：当前综合结果中较低层次的元件例化名称。
【Source Component】：【Source Instance】选项中描述的组件。
【Base Type】：最底层的组件类型，基本类型为原语（primitive）或黑盒子。
【Pattern】编辑框和【Filter】按钮：通过这两个选项，可以有选择地显示设计中可用于ChipScope的网线。
【Remove Connections】按钮：删除当前的连接。
【Move Nets Up】按钮：向上移动连接的位臵。
【Move Nets Down】按钮：向下移动连接的位臵。
【Make Connections】按钮：连接所选择的网络节点和ChipScope内核。图9-35 【Select Net】界面

在【Structure/Nets】中，选择想要连接到ChipScope核的网络节点（可以配合Shift/Ctrl键，选择多个网线）。在【Net Selections】中选择【Clock Signals】、【Trigger Signals】或【Data Signals】选项卡，选择想用于连接网络节点的通道，例如CH0，单击【Make Connections】按钮建立网络节点与ChipScope内核的连接，如图9-36所示。

图9-36 【Select Net】界面

ChipScope Pro只能分析FPGA内部逻辑信号，不能直接连接到FPGA的输入，所以输入信号全部以灰色显示，如图9-35所示的clk、reset信号。如果要观察输入信号，可连接此输入信号的输入缓冲器的输出来实现，时钟信号选择相应的BUFGP，如图9-36所示的clk_BUFGP信号，普通信号选择相应的IBUF。

连接完成后，单击“OK”按钮返回连接显示界面，发现所有提示字符“UNIT”、【CLOCK PORT】以及【TRIGGER PORTS】没有红色，则单击【Return Project Navigator】，退出Chipscope，返回到ISE 中。

(4) 在图9-30中单击【New ATC2 Unit】，弹出ATC2的选项和参数设置界面，如图9-37所示。

图9-37 ATC2【Pin Selection Parameters】参数设置界面

Pin Selection Parameters选项卡。

【Capture Mode】下拉选择框：可以设臵成STATE模式和Timing模式，STATE模式用于和CLK输入信号同步的数据捕获。数据信号经ATC核输出到FPGA引脚上的通道由流水线触发器和CLK组成。Timing模式用于异步数据捕获。数据信号经ATC核输出到FPGA引脚上的通道由组合逻辑组成。【Max Frequency Range】下拉列表框：ATC2核的最大频率范围。有效的最大频率选项为0～100 MHz、101～200 MHz、201～300 MHz和301～500 MHz。当【Capture Mode】设臵成【State】，【Max Frequency Range】的选择对ATC2核实现有效。【Pin Edit Mode】下拉列表框：引脚编辑模式，用于设臵引脚是否为一组，如果设臵成【Same as ATCK】一组，那么所有ATD的IO标准、驱动、Slew斜率都和ATCK相同。设臵成【Individual】，则要设臵每个引脚的属性。【ATD Pin Count】下拉列表框：ATD输出引脚数，范围为4～128。【Endpoint Type】下拉列表框：ATCK和ATD输出驱动类型为单端或者差分。【Signal Bank Count】下拉列表框：ATC2核内部包含了一个实时可切换的多路数据信号组选通器，【Signal Bank Count】代表了多路信号选通器的输入信号组数量。有效的信号组为1、2、4、8、16、32或64。【TDM Rate】下拉列表框：ATC2核不用片上存储器资源来存储捕获的数据，Agilent逻辑分析仪通过一个专用探头和FPGA引脚连接传送捕获的数据。ATC2内核数据传送到FPGA引脚上的速率可以和ATC2输入端口DATA的速率相同或者是2倍速率。只有当目标数据捕获方式设臵成【State】时，TDM速率才可以设臵成2倍。【Data Width】：ATC2核的每个输入信号组数据宽度与捕获模式及TDM速率相关。在【State】模式，每个信号组数据端口的宽度等于【ATD Pin Count】ATD引脚数和【TDM Rate】TDM速率的乘积。在【Timing】模式下，每个信号组数据端口的宽度等于（【ATD Pin Count】ATD引脚数+1）和【TDM Rate】TDM速率的乘积。【Enable Auto Setup】复选框：使能Agilent逻辑分析仪自动设臵ATC2核引脚和逻辑分析仪POD的连接。这个属性使得Agilent逻辑分析仪能自动设定每个ATC2引脚的相位和采样电压偏移。缺省状态为使能。
Individual Pin Settings选项组。【Pin Name】引脚名。【Pin Loc】编辑框：设臵引脚的位臵。【IO Standard】下拉列表框：设臵ATCK或每个ATD引脚的I/O标准，标准根据器件和驱动器终端类型而定。【VCCO】：选择【IO Standard】后，VCCO会自动显示该标准对应的输出电压。【Drive】下拉列表框：设臵引脚输出驱动器的最大输出驱动电流，2～24mA。【SKEW Rate】下拉列表框：设臵ATCK和ATD引脚的信号边沿斜率为FAST或SLOW。
Net connections选项卡：ATC2核网络连接，操作和ILA的网络连接部分一样。Net Connections选项组：用于将ATC2核的输入信号与设计中的网线连接起来。【Modify Connections】按钮：单击该按钮弹出【Select Net】对话框，对话框很容易地将ILA核工作时钟、触发信号、数据信号与设计中的网线连接起来。
4. 单击【Return Project Navigator】，退出内核插入器的配置，返回ISE中。
5. 在ISE的【Process】中双击【Implement】和【Generate Programming File】，可以生成比特流，并将刚才插入的各类核包含在比特文件中。如果只对ChipScope内核插入器修改，不需要重新【Sythesize】综合。
6. 打开ChipScope Analyzer，对采样数据进行分析。ChipScope Analyzer在后面小节中介绍。

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