高速PCI信号采集卡设计与实现综合实例之：样机的调试方法和技巧
13.8样机的调试方法和技巧
不管是复杂的电子系统还是简单的电路，样机的调试都是有一些基本步骤的。对于本案例的信号采集设备同样如此。
最先进行的就是电源系统的调试，包括是否有短路、断路，是否有虚焊，各电压系统是否正常，电源模块输出电流是否足够驱动负载等。只有电源系统正常工作，才能谈得上实现系统功能。
完成了电源系统的调试后，PCI信号采集卡的下一个工作就是对PCI954进行配置。用户可以通过编程器或者PLXMon工具在线进行烧写。这个配置过程保证主机操作系统能够识别出硬件设备。
主机能够正确地识别硬件设备后，需要进行设备驱动程序的安装。
通过上述步骤，主机已经可以正确地识别设备，并为用户提供了可供操作的API接口。接下来要做的调试工作就是硬件工程师要完成的FPGA逻辑设计和软件工程师要完成的应用软件设计。但这两部分并不能绝对分开进行设计，因为不管是对设备的I/O操作还是DMA操作都需要进行地址空间映射，因此都需要在软件和硬件上进行相应的设计。
在本系统的FPGA调试和软件联调中，我们使用了两个简单的例子来验证系统是否能够正常的工作。一个是直接用FPGA控制的跑马灯实例，另一个是通过应用软件控制的跑马灯实例。
13.8.1没有PCI控制的跑马灯
本实例仅用FPGA内部逻辑对LED进行控制，实现跑马灯。通过本实例可以检验FPGA的两种配置模式是否正常工作，同时可以学习使用QuartusII软件开发和配置FPGA的流程。
如图13.23是本实例的系统框图。
图13.23跑马灯系统框图
其中计数分频器是通过计数器将晶振的40MHz时钟进行分频，产生的低频时钟作为LED状态机的控制时钟。LED状态机使用4个状态分别表示4个LED的亮灭，状态转换通过状态机的时钟上升沿触发，实现跑马灯。
下面是这个实例FPGA内的主要Verilog源代码。
//--计数分频-------------------------------------
always@(posedgeclkin)
count=count+1; //分频计数器
assignclk=count[24]; //状态机时钟
//--LED控制--------------------------------
always@(posedgeclk)begin
case(state)//跑马灯状态控制量
2d0: led=4b0001; //D1亮
2d1: led=4b0010; //D2亮
2d2: led=4b0100; //D3亮
2d3: led=4b1000; //D4亮
endcase
state=state+1;//跑马灯状态变化
end
13.8.2基于PCI控制的跑马灯
本实例使用应用程序通过PCI总线（PCI9054）来对FPGA内部逻辑参数进行配置，实现对LED的控制。通过本实例可以检验开发板的驱动以及PCI的实时控制，同时学习应用程序和PCI9054进行通信的方法。
如图13.24所示为本实例的系统框图。
图13.24基于PCI控制的跑马灯系统框图
其中PCI本地控制器实现与PCI9054的接口通信，获取LED控制应用程序发出的触发信号。LED控制器包含LED状态机并接受PCI本地控制器的触发信号，通过判别LED触发的类型决定启动单个LED控制或LED状态机。
下面是这个范例FPGA内的主要Verilog源代码。
//--计数分频-------------------------------------
always@(posedgeclkin)
count=count+1; //分频计数器
assignclk=count[24]; //状态机时钟
//--LED控制--------------------------------
always@(posedgeclk)begin
case(LEDByControl) //状态控制量
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) //跑马灯状态控制量
2b00: led=4b0001; //跑马灯D1亮
2b01: led=4b0010; //跑马灯D2亮
2b10: led=4b0100; //跑马灯D3亮
2b11: led=4b1000; //跑马灯D4亮
endcase
default:led=4b0000; //跑马灯全灭
endcase
state=state+1; //跑马灯状态变化
end
//--PCI本地控制器-------------------------------
always@(posedgeclkin)
lholda=lhold; //PCI本地总线占用请求及应答
always@(posedgeclkinornegedgelrst)begin
if(!lrst)begin//PCI9054复位
readyflag=1b0;
LEDByControl[7:0]=8b0;
end
elseif(!adslwrblastla[13:0]==14b1)
readyflag=1b1;//开始发起LED控制字IO配置
elseif(adslwrblastreadyflag==1b1la[13:0]==14b1)
readyflag=1b1;//捕获发起操作
elseif(adslwr!blastreadyflag==1b1la[13:0]==14b1)begin
LEDByControl[7:0]=ld[31:24];//进行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
在进行FPGA的逻辑设计时，采用一种叫做虚拟逻辑分析仪的技术，可以增强我们诊断系统的能力。AlteraFPGA提供的虚拟逻辑分析仪称为SignalTap，Xilinx中也有同样功能的产品称为ChipScope。
SignalTapII逻辑分析仪是Altera第二代系统级调试工具，能够获取、显示可编程片上系统（SOPC）的实时信号，帮助工程师在其系统设计中观察硬件和软件的交互作用。在可编程逻辑市场上，SignalTapII逻辑分析仪专用于QuartusII软件，与其他嵌入式逻辑分析仪相比，它支持的通道数最多，抽样深度最大，时钟速率最高。
如图13.25所示为控制其中一个LED时的PCI本地时序图。
图13.25控制1个LED的PCI本地时序图
如图13.26所示为控制4个LED进行跑马灯时的PCI本地时序图。
图13.26控制4个LED跑马灯的PCI本地时序图
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