【调试技巧】如何使用Xilinx ILA对子模块的 inout 信号进行在线调试

ruoyuguize

开发环境：Vivado 2018.3。

在上板调试I2C接口时，在顶层使用ILA IP对I2C控制器模块SCL和SDA信号进行抓线调试时，在顶层将SDA信号例化连接到ILA IP上，然后在进行Implementation时报错，具体顶层两个模块例化情况如下：

具体报错如下：
[DRC REQP-1582] iobuf_io_loaded: IOBUF I2C/Sda_IOBUF_inst pin IO drives one or more invalid loads.

大概是因为SDA是inout的原因，导致不能将该信号直接连在ILA上。可以看到这种错误情况下综合的电路图，其中SDA信号是接在一个IOBUF的IO口上的，SDA信号直接连到ILA模块的端口，估计是这样的接口是不能使用抓线调试的。

解决方法：

• 将ILA放入到I2C模块内
  

SDA信号是inout信号不能直接使用ILA对这个模块管脚进行抓线，我们可以在I2C模块内对SDA信号进行抓线，代码如下，在I2C模块内例化ILA IP，并将SDA连到ILA 模块一个端口。

在这种情况下，Implementation没有报错，查看综合后生成的电路如下，ILA包含在I2C模块内，实际与ILA相连的是IOBUF的O管脚，与之前报错的情况是不一样的，之前I2C与ILA是单独存在于顶层模块的两个子模块，连接在ILA上的SDA信号是从IOBUF的IO管脚输出。通过在I2C模块内例化ILA IP就可以正常对SDA信号进行抓线在线调试了。

• 对调试模块增加一个调试端口
  

根据上面的错误问题以及问题的解决方法，可以找到另一个比较好的解决方法，就是对I2C模块增加一个调试输出端口，并将SDA信号值直接给到该输出端口，相关代码如下图所示。

这样既可以在顶层去例化ILA进行抓线调试，模块化更加清晰，又能不改变子模块内部的代码。整个设计的资源使用也不会有增加。顶层模块例化如下：

修改后对工程Implementation不会有error，在顶层与ILA相连接的是sda_debug信号，生成相关的电路图如下：

从生成的电路图可以发现，与ILA模块相连的是IOBUF的O管脚。与第一种解决方法相比可以发现，解决的这个问题其实就是将与ILA与IOBUF上IO管脚相连的情况给变成ILA与IOBUF的O管脚相连，这样就可以避免工程Implementation出现error，同时还能满足我们想要在线调试看SDA信号的要求。

对于第二种方式，在代码设计的时候对模块额外增加一个调试端口，在顶层设计中例化添加ILA IP，这样既可以避免产生 Implementation出现error，又能让系统模块划分更加清晰。

下面附上最后上板调试抓取SDA和SCL信号的波形图，能够达到我们想要的效果，同时避免了由于ILA直接与IOBUF的IO管脚直接相连导致的Implementation错误。

使用ILA进行上板抓线调试是经常用到的一个调试方法，可以比较清楚看到信号实际上板的情况，比如I2C接口，通过抓线就能很清楚通过波形判断接口驱动设计是否有问题。