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Vivado Design Suite 用户指南
编程和调试
UG908 (v2022.1) 2022 年 4 月 26 日
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部倡议,以删除任何排斥性语⾔或者可能固化历史偏⻅的语⾔,包括我们
的软件和 IP 中嵌⼊的术语。虽然在此期间,您仍可能在我们的旧产品中
发现⾮包容性语⾔,但请确信,我们正致⼒于践⾏⾰新使命以期与不断演
变的⾏业标准保持⼀致。如需了解更多信息,请参阅此链接。
目录
第 1 章:引言...............................................................................................................................................................7
按设计进程浏览内容........................................................................................................................................................7
入门指南.......................................................................................................................................................................... 8
调试术语.......................................................................................................................................................................... 8
第 2 章:Vivado Lab Edition.........................................................................................................................12
安装................................................................................................................................................................................12
使用 Vivado Lab Edition...............................................................................................................................................12
Vivado Lab Edition 工程...............................................................................................................................................14
编程功能........................................................................................................................................................................ 18
调试功能........................................................................................................................................................................ 18
第 3 章:生成比特流或器件镜像..................................................................................................................19
更改比特流文件格式设置.............................................................................................................................................. 21
更改器件镜像 (.pdi) 文件格式设置............................................................................................................................... 22
更改器件配置比特流设置.............................................................................................................................................. 22
第 4 章:器件编程..................................................................................................................................................24
打开硬件管理器............................................................................................................................................................. 24
打开硬件目标连接......................................................................................................................................................... 24
使用 hw_server 连接至硬件目标..................................................................................................................................25
打开新硬件目标............................................................................................................................................................. 25
对硬件目标进行故障排除.............................................................................................................................................. 28
将编程文件与硬件器件相关联.......................................................................................................................................29
硬件器件编程.................................................................................................................................................................29
关闭硬件目标.................................................................................................................................................................32
关闭到硬件服务器的连接.............................................................................................................................................. 32
以更低的 JTAG 时钟频率重新连接到目标器件..............................................................................................................33
连接到 JTAG 链中包含超过 32 个器件的服务器........................................................................................................... 34
更改默认 SmartLynq 端口............................................................................................................................................35
第 5 章:在 Vivado 中执行远程调试.........................................................................................................36
使用 Vivado 硬件服务器通过以太网进行调试..............................................................................................................36
赛灵思虚拟线缆 (XVC)...................................................................................................................................................36
第 6 章:配置存储器器件编程.......................................................................................................................46
更改器件镜像属性......................................................................................................................................................... 46
创建配置存储器文件(适用于 FPGA 器件)................................................................................................................ 48
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Vivado Design Suite 用户指南:编程和调试 2
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为双 QSPI (x8) 器件创建配置存储器文件(适用于 FPGA 器件)............................................................................... 50
为 Versal 器件创建初始化 PDI..................................................................................................................................... 51
连接到 Vivado 中的硬件目标........................................................................................................................................52
添加配置存储器器件......................................................................................................................................................52
配置存储器器件编程......................................................................................................................................................54
配置存储器器件编程(Versal 器件)...........................................................................................................................56
启动 FPGA 器件............................................................................................................................................................. 60
在主模式下配置失败......................................................................................................................................................60
第 7 章:高级编程功能....................................................................................................................................... 61
回读和验证.....................................................................................................................................................................61
为 7 系列器件生成已加密文件和已经过身份验证的文件............................................................................................. 64
为 UltraScale 和 UltraScale+ 生成已加密文件和已经过身份验证的文件................................................................... 67
面向 7 系列器件的 AES 密钥编程..................................................................................................................................70
面向 UltraScale 和 UltraScale+ 器件的 AES 密钥编程................................................................................................ 72
eFUSE 寄存器访问和编程............................................................................................................................................. 75
针对 eFUSE 编程的电缆支持.........................................................................................................................................75
适用于 7 系列器件的 eFUSE 寄存器访问和编程...........................................................................................................76
适用于 UltraScale 和 UltraScale+ 器件的 eFUSE 寄存器访问和编程......................................................................... 81
eFUSE NKZ 文件............................................................................................................................................................88
系统监控器.....................................................................................................................................................................89
第 8 章:串行矢量格式 (SVF) 文件编程..................................................................................................93
创建 SVF 目标................................................................................................................................................................ 93
向 SVF 目标添加器件.....................................................................................................................................................96
向赛灵思器件添加配置存储器器件............................................................................................................................. 101
有关 SVF 链的操作.......................................................................................................................................................103
写入 SVF 文件.............................................................................................................................................................. 105
执行 SVF 文件.............................................................................................................................................................. 107
第 9 章:设计调试................................................................................................................................................109
RTL 级别设计仿真....................................................................................................................................................... 109
实现后设计仿真........................................................................................................................................................... 109
系统内逻辑设计调试....................................................................................................................................................109
系统内串行 I/O 设计调试............................................................................................................................................110
第 10 章:系统内逻辑设计调试流程....................................................................................................... 111
通过设计探测来执行系统内调试.................................................................................................................................111
Versal 系统内调试.......................................................................................................................................................112
使用网表插入调试探测流程........................................................................................................................................ 115
HDL 例化调试探测流程概述....................................................................................................................................... 128
使用 HDL 例化调试探测流程...................................................................................................................................... 128
IP integrator 中的调试流程........................................................................................................................................138
对包含调试核的设计执行实现.....................................................................................................................................140
ILA 核与时序注意事项.................................................................................................................................................140
调试核时钟设置指南....................................................................................................................................................141
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Vivado Design Suite 用户指南:编程和调试 3
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Debug Hub 插入准则................................................................................................................................................. 144
将 Vivado 调试核添加至 Dynamic Function eXchange 设计.................................................................................. 144
第 11 章:在硬件中调试逻辑设计.............................................................................................................145
使用 Vivado Logic Analyzer 进行设计调试............................................................................................................... 145
连接至硬件目标并执行器件编程.................................................................................................................................145
Vivado 硬件管理器仪表板...........................................................................................................................................146
设置 ILA 核以执行测量................................................................................................................................................156
写入 ILA 探针信息....................................................................................................................................................... 181
读取 ILA 探针信息....................................................................................................................................................... 181
在波形查看器中查看从 ILA 核捕获的数据..................................................................................................................182
使用波形 ILA 触发器和导出功能.................................................................................................................................182
保存和复原从 ILA 核捕获的数据.................................................................................................................................184
探针值枚举.................................................................................................................................................................. 185
在硬件管理器中调试 AXI 接口.................................................................................................................................... 192
设置 VIO 核以执行测量...............................................................................................................................................200
查看 VIO 核状态.......................................................................................................................................................... 202
与 VIO 核输出探针进行交互....................................................................................................................................... 206
使用 JTAG-to-AXI Master 调试核进行硬件系统通信................................................................................................. 208
在实验室环境中使用 Vivado Logic Analyzer.............................................................................................................210
硬件管理器 Tcl 对象和命令的描述.............................................................................................................................. 211
使用 Tcl 命令来与 JTAG-to-AXI Master 核进行交互.................................................................................................. 214
使用 Tcl 命令来执行 ILA 测量..................................................................................................................................... 215
Trigger At Startup......................................................................................................................................................216
存储器校准调试........................................................................................................................................................... 217
在 Vivado 硬件管理器中调试 Dynamic Function eXchange (DFX) 设计................................................................ 219
高带宽存储器 (HBM) 监控器...................................................................................................................................... 220
PCI Express 链路调试.................................................................................................................................................221
ChipScoPy API............................................................................................................................................................ 223
第 12 章:在波形查看器中查看 ILA 探针数据................................................................................. 224
ILA 数据与波形关系.................................................................................................................................................... 224
波形查看器布局........................................................................................................................................................... 225
波形查看器操作........................................................................................................................................................... 225
从波形中移除探针....................................................................................................................................................... 226
向波形中添加探针....................................................................................................................................................... 226
使用波形 ILA 触发器和导出功能.................................................................................................................................227
使用缩放功能...............................................................................................................................................................228
波形设置...................................................................................................................................................................... 228
自定义配置.................................................................................................................................................................. 229
重命名对象.................................................................................................................................................................. 233
总线基数...................................................................................................................................................................... 234
查看模拟波形...............................................................................................................................................................235
总线图查看器...............................................................................................................................................................236
缩放手势...................................................................................................................................................................... 239
第 13 章:实现后的设计调试....................................................................................................................... 241
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Vivado Design Suite 用户指南:编程和调试 4
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使用 Vivado ECO 流程来替换现有调试核.................................................................................................................. 241
在已布局布线的设计检查点上替换调试探针.............................................................................................................. 242
用于替换现有调试探针的 Vivado ECO TCL 流程....................................................................................................... 247
通过修改调试核 (ILA) 来进行增量编译.......................................................................................................................247
第 14 章:串行 I/O 硬件调试流程............................................................................................................ 251
串行 I/O 硬件调试流程................................................................................................................................................251
第 15 章:Versal 串行 I/O 硬件调试流程........................................................................................... 255
第 16 章:在硬件中调试串行 I/O 设计................................................................................................. 256
使用 Vivado Serial I/O Analyzer 来调试设计............................................................................................................256
查看 Slicer 眼图、直方图和信噪比图(仅限 GTM 收发器)..................................................................................... 270
附录 A:器件配置比特流或 PDI 设置.....................................................................................................271
7 系列比特流设置........................................................................................................................................................271
Artix、Virtex 和 Kintex UltraScale+ 比特流设置...................................................................................................... 275
UltraScale 比特流设置................................................................................................................................................280
Zynq UltraScale+ MPSoC 比特流设置.......................................................................................................................285
Zynq-7000 比特流设置............................................................................................................................................... 287
Versal ACAP 可编程器件镜像 (PDI) 设置...................................................................................................................290
附录 B:触发器状态机语言描述................................................................................................................ 292
状态..............................................................................................................................................................................292
Goto 操作.................................................................................................................................................................... 292
条件分支...................................................................................................................................................................... 292
计数器..........................................................................................................................................................................293
标志..............................................................................................................................................................................294
条件语句...................................................................................................................................................................... 294
附录 C:低级别 SVF JTAG 命令...................................................................................................................299
报头数据寄存器 (HDR) 和报头指令寄存器 (HIR).......................................................................................................299
报尾数据寄存器 (TDR) 和报尾指令寄存器 (TIR)........................................................................................................ 299
scan_ir_hw.................................................................................................................................................................. 300
scan_dr_hw................................................................................................................................................................. 301
多链 SVF 操作.............................................................................................................................................................. 302
附录 D:hw_server 支持的 JTAG 线缆和器件................................................................................. 306
附录 E:用于 Vivado 硬件管理器支持的 FTDI 器件编程......................................................... 307
附录 F:配置存储器支持................................................................................................................................. 309
Artix-7 配置存储器器件.............................................................................................................................................. 310
Kintex-7 配置存储器器件............................................................................................................................................317
Spartan-7 配置存储器器件......................................................................................................................................... 324
Virtex-7 配置存储器器件.............................................................................................................................................329
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