1 概述

--- 隨著FPGA容量的增大，FPGA的設計日益復雜，設計調試成為一個很繁重的任務。為了使得設計盡快投入市場，設計人員需要一種簡易有效的測試工具，以盡可能的縮短測試時間。傳統的邏輯分析儀在測試復雜的FPGA設計時，將會面臨以下幾點問題：1）缺少空余I/O引腳。設計中器件的選擇依據設計規模而定，通常所選器件的I/O引腳數目和設計的需求是恰好匹配的。2）I/O引腳難以引出。設計者為減小電路板的面積，大都采用細間距工藝技術，在不改變PCB板布線的情況下引出I/O引腳非常困難。3）外接邏輯分析儀有改變FPGA設計中信號原來狀態的可能，因此難以保證信號的正確性。4）傳統的邏輯分析儀價格昂貴，將會加重設計方的經濟負擔。

--- 伴隨著EDA工具的快速發展，一種新的調試工具Quartus II 中的SignalTap II 滿足了FPGA開發中硬件調試的要求，它具有無干擾、便于升級、使用簡單、價格低廉等特點。本文將介紹SignalTap II邏輯分析儀的主要特點和使用流程，并以一個實例介紹該分析儀具體的操作方法和步驟。

2 SignalTap II的特點及使用

--- SignalTap II嵌入邏輯分析儀集成到Quartus II設計軟件中，能夠捕獲和顯示可編程單芯片系統（SOPC）設計中實時信號的狀態，這樣開發者就可以在整個設計過程中以系統級的速度觀察硬件和軟件的交互作用。它支持多達1024個通道，采樣深度高達128Kb，每個分析儀均有10級觸發輸入/輸出，從而增加了采樣的精度。SignalTap II為設計者提供了業界領先的SOPC設計的實時可視性，能夠大大減少驗證過程中所花費的時間。目前SignalTap II邏輯分析儀支持的器件系列包括：APEXT II, APEX20KE, APEX20KC, APEX20K, Cyclone, Excalibur, Mercury, Stratix GX, Stratix。

--- SignalTap II將邏輯分析模塊嵌入到FPGA中，如圖1所示。邏輯分析模塊對待測節點的數據進行捕獲，數據通過JTAG接口從FPGA傳送到Quartus II軟件中顯示。使用SignalTap II無需額外的邏輯分析設備，只需將一根JTAG接口的下載電纜連接到要調試的FPGA器件。SignalTap II對FPGA的引腳和內部的連線信號進行捕獲后，將數據存儲在一定的RAM塊中。因此，需要用于捕獲的采樣時鐘信號和保存被測信號的一定點數的RAM塊。

--- 使用SignalTap II的一般流程是：設計人員在完成設計并編譯工程后，建立SignalTap II (.stp)文件并加入工程、配置STP文件、編譯并下載設計到FPGA、在Quartus II軟件中顯示被測信號的波形、在測試完畢后將該邏輯分析儀從項目中刪除。以下描述設置 SignalTap II 文件的基本流程：

--- 1．設置采樣時鐘。采樣時鐘決定了顯示信號波形的分辨率，它的頻率要大于被測信號的最高頻率，否則無法正確反映被測信號波形的變化。SignalTap II在時鐘上升沿將被測信號存儲到緩存。

--- 2．設置被測信號?？梢允褂肗ode Finder 中的 SignalTap II 濾波器查找所有預綜合和布局布線后的SignalTap II 節點，添加要觀察的信號。邏輯分析器不可測試的信號包括：邏輯單元的進位信號、PLL的時鐘輸出、JTAG引腳信號、LVDS（低壓差分）信號。

--- 3．配置采樣深度、確定RAM的大小。SignalTap II所能顯示的被測信號波形的時間長度為Tx，計算公式如下：
--- Tx=N×Ts
--- N為緩存中存儲的采樣點數，Ts為采樣時鐘的周期。

--- 4．設置buffer acquisition mode。buffer acquisition mode包括循環采樣存儲、連續存儲兩種模式。循環采樣存儲也就是分段存儲，將整個緩存分成多個片段(segment)，每當觸發條件滿足時就捕獲一段數據。該功能可以去掉無關的數據，使采樣緩存的使用更加靈活。

--- 5．觸發級別。SignalTap II支持多觸發級的觸發方式，最多可支持10級觸發。