Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Faculdade de Informática Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação PUCRS-FACIN-PPGCC Xilinx ChipScope Pro Tutorial sobre o uso da Ferramenta de Depuração Intrachip de FPGAs da Xilinx Guilherme Montez Guindani Fernando Gehm Moraes Atualizada em 23/01/2009 (Ney Calazans) (Baseado em tutorial anterior elaborado por: Everton Alceu Carara)

2 O que é o ChipScope Pro? - Analisador de sinais internos a um FPGA - Funciona como um analisador lógico - É uma ótima ferramenta de depuração do projeto em HW - Utiliza as Block Rams (BRAMs) para armazenar amostragens - Possui duas partes principais: - ICON (Integrated Controller): Realiza a comunicação com o a interface boundary scan do FPGA - ILA (Integrated Logic Analyzer): Controla o disparo (trigger) da captura dos dados e a captura dos dados em si

3 Visão Geral do Projeto PC executando a análise de um determinado HW, através da GUI do ChipScope Placa de prototipação conectada ao PC através de JTAG e de um cabo de prototipação Lógica do usuário em teste, já com os módulos de controle e captura do ChipScope associados ao projeto inicial

4 Antes de usar o ChipScope - Crie um projeto no ISE normalmente - Na aba de processos, clique com o botão direito na ferramenta de síntese lógica e entre no menu de propriedades

5 Antes de usar o ChipScope - No menu de propriedades, selecione a opção para manter a hierarquia do projeto (Keep Hierarchy = Yes) - Esta ação evita que a ferramenta de síntese agrupe lógica de módulos diferentes (quando perde-se o nome original dos sinais)

6 Adicionando o módulo do ChipScope no projeto - Clique em project, e depois em new source - Selecione a opção ChipScope Definition and Connection File, e dê um nome para este módulo (Instância do ChipScope)

7 Adicionando o módulo do ChipScope no projeto - Selecione a entidade de mais alto nível hierárquico do projeto (top level entity), neste caso é top

8 Configurando o módulo do ChipScope - Na aba de fontes (sources), dê um duplo clique no módulo do ChipScope recém-criado - Será exibida a janela de configuração do módulo do ChipScope contendo informações sobre o FPGA utilizado e a síntese realizada sem a configuração do ChipScope - Clique em Next

9 Configuração do ICON - Nesta janela podem ser configuradas opções para o ICON - Na prática nada deve ser alterado aqui - Clique em Next

10 Configuração do ILA - Nesta janela pode ser configuradas opções para o ILA - Primeiro selecione o número de portas trigger (sinais a serem monitorados pelo ChipScope) - A seguir selecione a largura de cada sinal em bits (1 a 256) - Neste caso, quero monitorar apenas 1 sinal de 4 bits, logo o número de portas é 1 e a largura é 4 - Clique em Next

11 Configuração do ILA - continuação - Nesta janela pode ser configuradas opções de captura para o ILA - Primeiro selecione o tamanho do buffer de amostragem em Data Depth, isto irá definir o número de amostras que o ChipScope irá capturar - A seguir selecione a borda do clock em que os dados serão amostrados em Sample On - Deixe marcado a opção Data Same As Trigger - Clique em Next

12 Configuração do ILA - continuação - Nesta janela são realizadas as conexões entre o core do ChipScope (ILA) e os sinais do seu módulo - Enquanto todos os sinais não estiverem ligados as conexões permanecem em vermelho - Selecione CLOCK PORT e depois clique em Modify Connections

13 Configuração do ILA - continuação - Nesta janela selecione o clock utilizado no ILA. - Este clock somente pode ser do tipo BUFG (ou algo parecido, como BUFGP) - Selecione o clock e depois clique em Make Connections - O sinal de clock foi adicionado ao canal 0 (CH:0) do sinal de clock do ChipScope - Agora deverão ser conectados os sinais a serem monitorados no ChipScope - Troque para a aba Trigger/Data Signals

14 Configuração do ILA - continuação - Agora serão conectados os sinais monitorados pelo ILA - Cada sinal adicionado no slide 10, tem uma aba TP associada. A estas abas serão associados os sinais do ILA com os sinais a serem monitorados - Selecione os sinais a serem monitorados na lista, associe a um canal de uma das abas (sinais) e clique em Make Connections - Ao terminar de associar todos os sinais propostos no slide 10, clique em OK

15 Configuração do ILA - continuação - Se todos os sinais estiverem associados, as conexões aparecem em preto - Para salvar as alterações, clique em Return to Project Navigator

16 Executar a síntese física no ISE - De volta ao ISE, podemos executar o fluxo normal para fazer o download do HW para o FPGA - A única alteração é que ao contrário do fluxo comum, que utiliza o IMPACT para fazer o download, utiliza-se o Analyze Design Using ChipScope - Pode-se dar um duplo clique neste processo, que o ISE irá executar a síntese física e após terminado abrirá automaticamente o ambiente do ChipScope Pro

17 ChipScope Pro Analyzer - É o analisador lógico do ChipScope - Pode ser usado para fazer o download do bitstream para a FPGA - Para começar o download clique no ícone logo abaixo de File

18 ChipScope Pro Analyzer - Após inicializada a seqüência do JTAG, os dispositivos presentes na cadeia serão exibidos - Clique em OK

19 ChipScope Pro Analyzer - Com os dispositivos identificados, pode-se executar o download do bitstream para o FPGA - Clique com o botão direito no dispositivo, neste caso o XC3S200, e depois em Configure

20 ChipScope Pro Analyzer - Clique em Select New File e adicione o arquivo do bitstream gerado pelo ISE - Clique em OK - O dispositivo será configurado e a seguir a GUI do ChipScope irá adicionar os sinais monitorados pelo ILA

21 ChipScope Pro Analyzer - Repare que todos os sinais estão sem os nomes descritos no VHDL, este fato dificulta a visualização do monitoramento - Para carregar os nomes de sinais, clique em File Import. A seguir, adicione o arquivo do ChipScope (*.cdc), o que importa os nomes associados a estes sinais

22 ChipScope Pro Analyzer - Veja que agora os sinais já estão com os nomes corretos, mas os barramentos estão com os sinais abertos (espalhados) - Para agrupar estes sinais, selecione todos os sinais que se deseja agrupar, e clique com botão direito em Add To Bus New Bus

23 ChipScope Pro Analyzer - Com a GUI configurada, pode-se iniciar a análise. Primeiramente, deve-se setar o valor que irá disparar a captura dos dados - Na janela de Trigger Setup, no campo Value configura-se este valor - Neste caso o valor escolhido foi 00H que é o valor inicial. Se a janela de Trigger Setup não estiver presente, dê um duplo clique na opção Trigger Setup do dispositivo ILA do FPGA - Repare que o campo Radix está configurado para HEX - Após preencher este campo, pode-se disparar o ChipScope - Para disparar o ChipScope basta clicar no botão de play logo abaixo do View

24 ChipScope Pro Analyzer - Quando o valor do trigger for igual ao valor escolhido, os dados são armazenados em BRAM até o máximo definido no ISE - Ao completar o máximo de amostras ICON envia via JTAG estas informações coletadas, que são visualizadas na GUI - Se os valores apresentados no barramento parecerem incorretos pode-se tentar mudar a ordem dos bits no barramento, clicando com o botão direito no barramento e escolhendo a opção Reverse Bus Order