Signal Tap II简单使用小记

Signal Tap II有助于观察逻辑内部信号行为，可使不借助外部设备进行设计调试。（当然使用的前提条件是有硬件平台）

Signal Tap II ELA 组成框图 

                     

采样获得的数据会存储在器件的存储器块中，通过JTAG下载线可以把数据传回Quartus 中进行波形显示。 可以设置数据采集缓冲器（Buffers）的大小、数据采集方式和存储方式、以及此Buffer的存储器类型。   可以在一片FPGA上生成多个ELA，这一功能非常适合在设计中为每个时钟域配备一个分析仪。  ELA可以计算每个实例用到的逻辑资源和存储器资源，并显示在实例管理器中。

 

要使用Signal Tap II ELA，必须对其进行配置：

1     设置采样时钟。  ELA只能在采样时钟的上升沿采样数据，可以使用设计中的任何信号作为采样时钟（推荐使用全局的与被测信号同步的非门控信号）。 采样时钟决定了信号波形的分辨率，它的频率要大于被测信号的最高频率。

2     设置被测信号。  可以分配两种信号（通过Node List信号设置触发条件）：

Pre-Synthesis：设计拟定之后，综合优化之前的信号，反映RTL级信号。（RTL Viewer）

Post-fitting ： 物理综合优化和布局布线后的信号（Technical Map Viewer）

为了可以使用增量编译，建议不要混合使用两种信号；若使用了预综合信号则要采取信号保留（Signal Preservation）措施。

不可测试引脚：Post-fit输出引脚、进位链信号、JTAG控制信号、ALTGXB宏功能信号、LVDS信号（串行/解串器块的数据输出）、DQ/DQS信号。

3     设置采样深度。 

代表每个信号的采样数量，即采样Buffer大小。还可以选择采样Buffer的RAM类型，如M4K、M512、M_RAM等。

被测信号波形的时间长度为t,则t = N × T.   N为Buffer存储的采样点数（采样深度），T为采样时钟周期。

4     设置Buffer的采样模式。 

段式Buffer：被分成多个大小相同的Buffer，每个Buffer都是独立的FIFO，并有各自的触发条件。每次采集过程中只有一个Buffer可用，其工作方式与非段式Buffer一样。（常用来检测较少出现的重复事件）     

非段式Buffer（循环Buffer）：ELA把整个存储器当做一个FIFO，连续存入数据。（非段式存储可以使用存储资格（Store Qualification：5种可选方式）功能滤掉与设计无关的采样值） 

 5     设置触发条件。    

基本触发条件：触发模式有  Don’t Care、Low、High、Falling Edge、Rising Edge、Either Edge 等，可以设置位信号和总线信号。

            高级触发条件：图形编辑。   

两种触发条件流程控制机制：顺序触发（Sequential Triggering）和自定义基于状态触发（Custom State-Based Triggering）。其中顺序触发最多支持10级触发，最后一个触发条件满足时开始采样。（如图示，n <= 10） 

 6   设置触发位置。   三个触发位置：

Pre-Trigger  保存触发后的数据(12%pre-trigger, 88% post-trigger)  

Center-Trigger  保存Pre-Trigger 和 Post-Trigger数据各50%  

     Post-Trigger  保存触发前的数据(88%pre-trigger, 12% post-trigger)。

7   设置外部触发。 

Trigger in：用外部信号源（输入信号或其他内部信号）触发一个ELA，触发级别最高（Level 0）。 

Trigger out： ELA可以提供触发外部逻辑或其他ELA的信号输出。

 

配置完成后，进行编译下载并运行Signal Tap II ELA。 触发条件满足时，就开始采样数据，数据会被存储在存储缓冲区然后通过JTAG送到.stp文件进行波形显示。

现以一个正弦函数发生器举例说明Signal Tap II的简单实用。

A、       首先创建一个.MIF或者.HEX文件来载入正弦波的数据（可用C程序得到具体数值）。再用MegaWizard  Plug-In  Manager建立一个ROM元件来存储正弦波的数据，得到此ROM的源文件。再完成顶层的源文件编写及引脚配置，正确编译。

B、        新建Signal Tap 文件，更改实例名为Sin wave。如下图所示： 

C、       最重要的便是对这一实例的配置步骤：

在Setup面板中，添加被测信号Q(ROM地址信号)和data_out（正弦波输出信号），设置采样时钟，采样深度，RAM类型，触发条件，触发位置等。保存并添加到工程，编译下载即可采集数据并在data面板中观察采样信号（显示形式有数制、柱状和线型）。且此时列所耗费的LE和RAM资源在上图的Instance Manager中有列出。

D、       下面主要说明触发条件的不同对采集数据的影响。（触发位置都为Center - Trigger）。

令在Q.5=1的时候触发，即： 

可得波形如下所示，可知触发采集点为Q=32： 

条件改为2级触发时，即： 

所的波形为，可知触发采集点为data_out=255： 

比较两图可知，采集数据的触发点为满足最后一级触发条件时刻，这也验证了了顺序触发的原理。

 

这只是ELA的简单实用，更多高级功能还需进一步学习使用。