在线逻辑分析仪在电子设计自动化实验中的应用.pdfVIP

堕 TIME EDUCATION Auaust No．8 在线逻辑分析仪在电子设计 自动化实验中的应用 徐湛 摘要 ：本文针对信息与通信工程专业中的电子设计 自动化课程，阐述 了该类课程实践教学的必要性 ，并针对传统实验中时常存在 的仿真与实现不一致问题 ，研究利用在线逻辑分析仪辅助该类课程的教学和实验。结合采用比较教学法和陷阱教学法进行实验设计， 针对数字系统中的毛刺问题，通过设计组合逻辑实验和时序逻辑实验，指导学生认识在线逻辑分析仪的重要作用，并提高学生对于可 编程逻辑器件时序设计的理解。目的是培养学生具备 自主学习、研究创新、以及解决通信及信号处理中相关工程问题的能力。 关键词 ：可编程逻辑器件 在线逻辑分析仪 教学实验设置 中图分类号：G642．41 文献标识码：C DOI：10．3969／j．issn．1672-8181．2013．15．025 1 引言 在芯片运行过程中，如果满足触发条件 ，则芯片里面的逻辑 随着电子设计 自动化(EDA)技术的不断发展 ，传统基于固定 分析仪IP核会 自动将所需观测的信号量采集并存储在芯片内的 芯片和固定连线的嵌入式开发设计方法逐渐淘汰，基于可编程逻 RAM中，并将采集结果通过JTAG传输至Pc机的监控界面上进 辑器件的芯片设计与实现方案被广泛采用 。各高校信息与通信 行显示，显示方式也可以灵活配置，既可以选择二进制形式按位 工程本科专业一般都开设相关选修课 】，~N(FPGA系统及应用》， 输出，或者将其中任意信号绑定为一组总线信号，进行波形显示 ， 《可编程逻辑器件设计》，《软件无线电》等。这些课程中都涉及 这个过程就像操作一个真实的逻辑分析仪一样。基于在线逻辑 FPGA(现场可编程门阵列)这一核心芯片的设计与实现，为了辅 分析仪的开发测试如图2所示 ： ． 助教学内容 ，本类课程的讲授一般采取课程教学和实验教学相结 合的方式，课程教学和实验教学的学时安排一般是2：1，或者更高 达到 1：l。该类课程的主要特点就是重实践 ，因此课程和实验设 置需要注重对于学生动手能力的培养 。 可编程逻辑器件的实验设计通常以模块化开发为主，指导学 生采用EDA设计思想，进行可编程器件的设计编程与仿真验证 ， 实验教学可以辅助课堂教学取得 良好的效果4[1。然而，在 目前的 可编程逻辑器件实验设计 中也存在一些问题 ，同学们经常会遇到 仿真分析和实际系统工作不一致的情况 ，导致实验无法继续 ，同 学也不知如何处理。引起这类问题的原因其实有很多种，包括硬 件问题、设计时序问题等等。传统解决这种问题的方法是指导学 图2基于在线逻辑分析仪的开发测试图 生将一些关键信号的管脚引出，用示波器进行逻辑分析。但这种 如上所述 ，在线逻辑分析仪可以摒弃传统昂贵的逻辑分析仪 分析方法存在两个问题，一方面是所需要观察的信号往往较多， 在线实时地进行时序调试。通过设置，可以有选择地观察可编程 一 般的示波器通道数有限，不能够很好分析多路信号的逻辑关 逻辑器件内部的任何信号，并可灵活设置触发条件 (如时钟上升 系，另一方面是一般的实验开发板也并不能把多个管脚全部引出 沿、下降沿、自定义的触发信号及信号的逻辑组合)、数据宽度和 并设置观测点。随着可编程逻辑器件技术的不断发展 ，无论是 深度等，这些设置与资源的消耗是相关的。 Xillinx公司生产的芯片还是Altera公司生产的芯片，一般都提供 在线逻辑分析仪的引入也带来一些问题，首先，编译时间被 在线逻辑分析仪功能，其基本原理是通过消耗一定的硬件资源 延长得很长。每次编译过程中，都会根据你添加的逻辑分析仪工 (一般是RAM资源)，来达到实时在线的数据逻辑分析。从而可 程文件重新生成一次网表，再重新编译整个工程，那么编译时间 以有效提高同学们的实验验证效率 ，并启发指导学生独立进行系 就不可避免地被延长了。另一方面，由于在线逻