邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數字信號的儀器，最主要作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級，通常只顯示兩個電壓（邏輯1和0），因此設定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過比較器進行判定，高于參考電壓者為High，低于參考電壓者為Low，在High與Low之間形成數字波形。邏輯分析儀與示波器相同，是通過采集指定的信號，并通過圖形化的方式展示給開發人員，開發人員根據這些圖形化信號按照協議分析出是否出錯。盡管圖形化的顯示已經給開發人員帶來不少的方便，但是人工將一串串信號分析出來不僅麻煩而且極易出錯。在這個科技高速發展的社會，一切都在追求高效率。自動化、智能化已經成為協議分析的發展方向。在這個思想的指引下各種測試儀器的協議分析功能出現并發展起來。目前大多數開發人員通過邏輯分析儀等測試工具的協議分析功能可以很輕松的發現錯誤、調試硬件、加快開發進度，為高速度、高質量完成工程提供保障。邏輯分析儀的工作過程就是數據采集、存儲、觸發、顯示的過程，由于它采用數字存儲技術，可將數據采集工作和顯示工作分開進行，也可同時進行，必要時，對存儲的數據可以反復進行顯示，以利于對問題的分析和研究。

ELA的工作原理及特點

一個嵌入式系統裝置一般都由嵌入式計算機系統和執行裝置組成，嵌入式計算機系統是整個嵌入式系統的核心，由硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件層組成。執行裝置也稱為被控對象，它可以接受嵌入式計算機系統發出的控制命令，執行所規定的操作或任務。執行裝置可以很簡單，如手機上的一個微小型的電機，當手機處于震動接收狀態時打開；也可以很復雜，如SONY智能機器狗，上面集成了多個微小型控制電機和多種傳感器，從而可以執行各種復雜的動作和感受各種狀態信息。嵌入式邏輯分析儀的組成框圖如圖1所示，主要分為硬件部分和軟件部分。硬件部分由待測設計（DUT）、嵌入到FPGA中的ELA IP核、RAM存儲單元以及JTAG接口組成；軟件部分由用戶設計軟件和集成在其中的ELA在線調試軟件組成。ELA的工作原理為：設置ELA在線調試軟件中需要監測的信號、觸發邏輯、采樣深度和時鐘信號等各項參數；把設置好的ELA文件與用戶設計編譯綜合后一起下載到FPGA中；運行ELA，如果滿足觸發條件，ELA就在時鐘的上升沿對被測信號采樣，并儲存在RAM存儲單元中。

圖1嵌入式邏輯分析儀的組成框圖

嵌入式邏輯分析儀能夠方便地對設計進行在線調試，及時發現系統內部所存在的問題，無須對設計文件進行任何修改就可以得到內部節點或者I/O引腳的狀態。例如，SignalTap II支持多達1024個通道，采樣深度高達128Kb，時鐘支持超過200MHz，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。

ELA在FPGA測試中的應用

嵌入式邏輯分析儀在FPGA的測試中應用極為廣泛，能夠對系統實時監測。設計中所使用的FPGA芯片為Altera公司Cyclone系列中的EP1C12Q240C8，它支持SignalTap II，有12 060個邏輯單元，存儲位的大小為239 616，能夠較好的支持各種復雜的設計。

ELA的應用設計流程如下。

1 Stp文件的創建

在交通燈控制器的設計完成并編譯綜合后，即可創建一個SignalTap II文件（stp文件）。通常有兩種方式來建立stp文件，一是直接建立stp文件，并利用SignalTap II Editor配置邏輯分析儀的各項參數；二是利用MegaWizard Plug-in Manager生成和配置stp文件。如圖2所示。

圖2 Stp文件的載入

2 ELA的設置

將stp文件加入到設計中后，就可以對其進行設置，流程如下。

①添加被測信號。通過Node Finder中的SignalTap II Filter查找設計中所有預綜合和布局布線后的信號，選擇需要觀察的信號，在本設計中，可以全部選定。

②設置采樣時鐘。在設置采樣時鐘時，可以使用其中任何一個信號作為采樣時鐘，但不能用布局布線后的信號，為獲得更準確的采樣數據，采樣時鐘應選擇全局時鐘。

③確定采樣深度。SignalTap II的采樣深度最大可達128Kb.在選擇采樣深度時，必須考慮到FPGA的內存大小，此處選擇1Kb的采樣深度。

④設置緩沖獲得模式。通過設置緩沖獲得模式，用戶可以指定在SignalTap II觸發前和觸發后所捕獲的數據量，緩沖獲得模式主要有環形模式和分段緩沖模式。在此選擇環形模式的預觸發位置。

⑤設置觸發條件。SignalTap II支持基本觸發和高級觸發的功能。在基本觸發中，它支持10級觸發級數，對于每一級觸發，可以根據設計的需要設置不同的觸發電平。

本設計對SignalTap II的設置如圖3所示，其中采樣深度為1Kb，緩沖獲得模式選擇環形模式的預觸發位置，觸發條件為基本觸發；此外，采樣時鐘選擇為全局時鐘。這些設置能夠準確地對本設計進行在線調試，有效地監測內部信號。

圖3 SignalTap II設置窗口

3設計下載

當設置完stp文件并編譯綜合后，軟件將ELA IP嵌入設計里面，同設計一起下載到FPGA中。在器件列表中，邏輯分析儀會自動探測編程硬件，如果在保存設計前已經選好了FPGA中所使用的芯片，就會自動給出已經選好的器件，若沒有選擇，則需要在器件列表中選擇。當器件連接成功，在SOF（SRAM Object File）管理器中選擇需要下載的SOF文件，單擊下載按鈕即可將設計下載到FPGA中，如圖4所示。

圖4設計下載窗口

4在線調試

在線調試即利用JTAG接口將數據上傳到調試軟件中，根據實時運行的結果來對設計進行調試。本設計所實現的功能是在時鐘信號的控制下，根據當前的狀態決定下一個時鐘周期的輸出，即紅燈、綠燈和黃燈的開啟。

圖5 SignalTap II數據窗的實時監測信號

設計中所得到的波形如圖5所示，從圖5中可以看出，對于第一組燈，在state.st3時，黃燈開啟，綠燈及紅燈都關閉，一個時鐘周期后，跳轉到state.st4，黃燈關閉，同時紅燈開啟；四個時鐘周期后，跳轉到state.st0，紅燈關閉，同時綠燈開啟，黃燈繼續關閉；三個時鐘周期后，再次跳轉到state.st3，黃燈開啟，綠燈關閉；一個時鐘周期后，跳轉到state.st4，黃燈關閉，紅燈開啟。對于第二組，其紅綠燈的轉換也是一樣的不斷循環，這樣就實現了紅綠黃燈的交替變化。

在線調試得到的波形與交通燈控制器設計中所要求的功能完全吻合，在上述調試過程中，嵌入式邏輯分析儀對內部的8個狀態能夠很好的監測，保證了設計的正確。

在調試過程中，用戶可以很方便的開始或暫停ELA，對內部信號進行分析。如果需要修改設置，如采樣深度或觸發條件，只需停止運行ELA，完成修改后重新編譯綜合即可，縮短了調試時間。