高速PCI信號(hào)采集卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)例之：樣機(jī)的調(diào)試方法和技巧

13.8樣機(jī)的調(diào)試方法和技巧

不管是復(fù)雜的電子系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單的電路，樣機(jī)的調(diào)試都是有一些基本步驟的。對(duì)于本案例的信號(hào)采集設(shè)備同樣如此。

最先進(jìn)行的就是電源系統(tǒng)的調(diào)試，包括是否有短路、斷路，是否有虛焊，各電壓系統(tǒng)是否正常，電源模塊輸出電流是否足夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載等。只有電源系統(tǒng)正常工作，才能談得上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

完成了電源系統(tǒng)的調(diào)試后，PCI信號(hào)采集卡的下一個(gè)工作就是對(duì)PCI954進(jìn)行配置。用戶可以通過(guò)編程器或者PLXMon工具在線進(jìn)行燒寫。這個(gè)配置過(guò)程保證主機(jī)操作系統(tǒng)能夠識(shí)別出硬件設(shè)備。

主機(jī)能夠正確地識(shí)別硬件設(shè)備后，需要進(jìn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝。

通過(guò)上述步驟，主機(jī)已經(jīng)可以正確地識(shí)別設(shè)備，并為用戶提供了可供操作的API接口。接下來(lái)要做的調(diào)試工作就是硬件工程師要完成的FPGA邏輯設(shè)計(jì)和軟件工程師要完成的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。但這兩部分并不能絕對(duì)分開(kāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)椴还苁菍?duì)設(shè)備的I/O操作還是DMA操作都需要進(jìn)行地址空間映射，因此都需要在軟件和硬件上進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

在本系統(tǒng)的FPGA調(diào)試和軟件聯(lián)調(diào)中，我們使用了兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)是否能夠正常的工作。一個(gè)是直接用FPGA控制的跑馬燈實(shí)例，另一個(gè)是通過(guò)應(yīng)用軟件控制的跑馬燈實(shí)例。

13.8.1沒(méi)有PCI控制的跑馬燈

本實(shí)例僅用FPGA內(nèi)部邏輯對(duì)LED進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)跑馬燈。通過(guò)本實(shí)例可以檢驗(yàn)FPGA的兩種配置模式是否正常工作，同時(shí)可以學(xué)習(xí)使用QuartusII軟件開(kāi)發(fā)和配置FPGA的流程。

如圖13.23是本實(shí)例的系統(tǒng)框圖。

圖13.23跑馬燈系統(tǒng)框圖

其中計(jì)數(shù)分頻器是通過(guò)計(jì)數(shù)器將晶振的40MHz時(shí)鐘進(jìn)行分頻，產(chǎn)生的低頻時(shí)鐘作為L(zhǎng)ED狀態(tài)機(jī)的控制時(shí)鐘。LED狀態(tài)機(jī)使用4個(gè)狀態(tài)分別表示4個(gè)LED的亮滅，狀態(tài)轉(zhuǎn)換通過(guò)狀態(tài)機(jī)的時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)跑馬燈。

下面是這個(gè)實(shí)例FPGA內(nèi)的主要Verilog源代碼。

//--計(jì)數(shù)分頻-------------------------------------

always@(posedgeclkin)

count=count+1; //分頻計(jì)數(shù)器

assignclk=count[24]; //狀態(tài)機(jī)時(shí)鐘

//--LED控制--------------------------------

always@(posedgeclk)begin

case(state)//跑馬燈狀態(tài)控制量

2d0: led=4b0001; //D1亮

2d1: led=4b0010; //D2亮

2d2: led=4b0100; //D3亮

2d3: led=4b1000; //D4亮

endcase

state=state+1;//跑馬燈狀態(tài)變化

end

13.8.2基于PCI控制的跑馬燈

本實(shí)例使用應(yīng)用程序通過(guò)PCI總線（PCI9054）來(lái)對(duì)FPGA內(nèi)部邏輯參數(shù)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制。通過(guò)本實(shí)例可以檢驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的驅(qū)動(dòng)以及PCI的實(shí)時(shí)控制，同時(shí)學(xué)習(xí)應(yīng)用程序和PCI9054進(jìn)行通信的方法。

如圖13.24所示為本實(shí)例的系統(tǒng)框圖。

圖13.24基于PCI控制的跑馬燈系統(tǒng)框圖

其中PCI本地控制器實(shí)現(xiàn)與PCI9054的接口通信，獲取LED控制應(yīng)用程序發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)。LED控制器包含LED狀態(tài)機(jī)并接受PCI本地控制器的觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)判別LED觸發(fā)的類型決定啟動(dòng)單個(gè)LED控制或LED狀態(tài)機(jī)。

下面是這個(gè)范例FPGA內(nèi)的主要Verilog源代碼。

//--計(jì)數(shù)分頻-------------------------------------

always@(posedgeclkin)

count=count+1; //分頻計(jì)數(shù)器

assignclk=count[24]; //狀態(tài)機(jī)時(shí)鐘

//--LED控制--------------------------------

always@(posedgeclk)begin

case(LEDByControl) //狀態(tài)控制量

8d1: led=4b0001; //PCI控制D1亮

8d2: led=4b0010; //PCI控制D2亮

8d3: led=4b0100; //PCI控制D3亮

8d4: led=4b1000; //PCI控制D4亮

8d5: case(state) //跑馬燈狀態(tài)控制量

2b00: led=4b0001; //跑馬燈D1亮

2b01: led=4b0010; //跑馬燈D2亮

2b10: led=4b0100; //跑馬燈D3亮

2b11: led=4b1000; //跑馬燈D4亮

endcase

default:led=4b0000; //跑馬燈全滅

endcase

state=state+1; //跑馬燈狀態(tài)變化

end

//--PCI本地控制器-------------------------------

always@(posedgeclkin)

lholda=lhold; //PCI本地總線占用請(qǐng)求及應(yīng)答

always@(posedgeclkinornegedgelrst)begin

if(!lrst)begin//PCI9054復(fù)位

readyflag=1b0;

LEDByControl[7:0]=8b0;

end

elseif(!adslwrblastla[13:0]==14b1)

readyflag=1b1;//開(kāi)始發(fā)起LED控制字IO配置

elseif(adslwrblastreadyflag==1b1la[13:0]==14b1)

readyflag=1b1;//捕獲發(fā)起操作

elseif(adslwr!blastreadyflag==1b1la[13:0]==14b1)begin

LEDByControl[7:0]=ld[31:24];//進(jìn)行LED控制字IO配置操作

readyflag=1b0;

end

else begin

LEDByControl[7:0]=LEDByControl[7:0];//保持LED控制字

readyflag=1b0;

end

end

在進(jìn)行FPGA的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，采用一種叫做虛擬邏輯分析儀的技術(shù)，可以增強(qiáng)我們?cè)\斷系統(tǒng)的能力。AlteraFPGA提供的虛擬邏輯分析儀稱為SignalTap，Xilinx中也有同樣功能的產(chǎn)品稱為ChipScope。

SignalTapII邏輯分析儀是Altera第二代系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工具，能夠獲取、顯示可編程片上系統(tǒng)（SOPC）的實(shí)時(shí)信號(hào)，幫助工程師在其系統(tǒng)設(shè)計(jì)中觀察硬件和軟件的交互作用。在可編程邏輯市場(chǎng)上，SignalTapII邏輯分析儀專用于QuartusII軟件，與其他嵌入式邏輯分析儀相比，它支持的通道數(shù)最多，抽樣深度最大，時(shí)鐘速率最高。

如圖13.25所示為控制其中一個(gè)LED時(shí)的PCI本地時(shí)序圖。

圖13.25控制1個(gè)LED的PCI本地時(shí)序圖

如圖13.26所示為控制4個(gè)LED進(jìn)行跑馬燈時(shí)的PCI本地時(shí)序圖。

圖13.26控制4個(gè)LED跑馬燈的PCI本地時(shí)序圖