Vivado：使用 ILA 进行在线调试
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一、ILA介绍
Vivado中的ILA（Integrated Logic Analyzer）即集成逻辑分析仪，是一种在线调试工具。ILA允许用户在FPGA上执行系统内的调试，通过实时抓取FPGA内部数字信号的波形，帮助我们分析逻辑错误的原因，从而更有效地进行debug。类似于Quartus中的SignalTap II，也类似于片上的逻辑分析仪。
相较于编写testbench仿真文件仿真debug的方式，使用ILA调试的方法不写tb仿真文件从而节省时间，可直接上板调试并查看波形。
二、ILA使用步骤
ILA常以IP核的方式调用，可以在IP Catalog中搜索ILA，找到该IP核后进行配置。 配置选项包括：样本数据深度、探针数量、探针位宽等等。配置完成后，在顶层模块RTL代码中例化ILA IP核，接着正常烧录程序上板调试。
（1）设计部分
假设已有一个编译成功的工程需要debug调试，我这里直接给一个案例。
工程实现的功能为：通过状态机来实现4个led灯循环点亮，时间间隔0.5秒。
`timescale 1ns /1ps module LED_ILA( //状态机实现4个led灯循环点亮，时间间隔0.5秒 input wire clk, //100MHz,10ns input wire rst_n, output reg [3:0]led ); reg [25:0]count = 26'd1; reg [2:0]state = 3'b000; reg [2:0]next_state = 3'b000; parameter count_max = 26'd5000_0000; parameter IDLE = 3'b000; parameter s1 = 3'b001; parameter s2 = 3'b010; parameter s3 = 3'b011; parameter s4 = 3'b100; always@(posedge clk or negedge rst_n)begin//计数器 if(!rst_n) count <= 26'd1; else if(count == count_max) count <= 26'd1; else count <= count + 26'd1; end always@(posedge clk or negedge rst_n)begin//state状态转换 if(!rst_n) state <= 3'b000; else if(count == count_max) state <= next_state; end always@(*)begin//next_state状态转换 if(!rst_n) next_state <= 3'b000; else begin case(state) IDLE: next_state <= s1; s1: next_state <= s2; s2: next_state <= s3; s3: next_state <= s4; s4: next_state <= s1; default: next_state <= IDLE; endcase end end always@(*)begin//led输出信号 if(!rst_n) led <= 4'b0000; else begin case(state) IDLE: led <= 4'b0000; s1: led <= 4'b0001; s2: led <= 4'b0010; s3: led <= 4'b0100; s4: led <= 4'b1000; default: led <= 4'b0000; endcase end end endmodule接着TOP.v顶层模块文件，把上面这个模块例化进去即可。不过之后还要例化IP核，所以代码在后半部分写完后再给出。
（2）调用ILA IP核
1.按照如下步骤搜索ILA调用IP核，双击" ILA（Integrated Logic Analyzer）"
2.进入ILA配置界面，完成基本设置：设置名称、探针数、样本数据深度。其他参数一般用不到保持默认。
（我要看波形的信号有：rst_n、led、count、state所以有4个探针，样本数据深度够用默认1024，即每个有效clk采样一次，采样1024个clk时的数据）
3.接着再当前界面继续设置探针宽度：
（根据rst_n、led、count、state4个信号宽度，依次设置好位宽即可）
4.再点击OK之后，会弹出该界面，选项保存默认点击“generate”生成IP核，
5.这个时候要等一段时间等ip核生成完毕（转圈即正在生成），完毕之后可以看到文件多了一个IP核即ila_o模块。
（3）例化ILA IP核
接着在TOP.v顶层模块文件内例化ILA IP核。并完成连接端口信号：
`timescale 1ns / 1ps module TOP( input wire clk, input wire rst_n, output wire [3:0]led ); LED_ILA u_LED_ILA( //例化设计的模块 .clk (clk), .rst_n (rst_n), .led (led) ); ila_0 u_ila_0( //例化ILA IP核 .clk (clk), .probe0 (rst_n), .probe1 (led), .probe2 (u_LED_ILA.count), .probe3 (u_LED_ILA.state) ); endmodule 途中会发现count和state是设计模块内定义的寄存器，无法直接连接，此时只需要以“u_LED_ILA.count”的方式连接，因为ILA可以读取模块寄存器内容。
此外不同探针位宽可能不同，注意匹配待检测信号位宽，可以双击IP核查看探针位宽情况
（4）编译综合
接着按照常规流程走：编译、综合、配置管脚、生成比特流文件、烧录开发板。准备进行ILA在线调试。
三、ILA在线调试
程序烧录到开发板后，Vivado界面会自动弹出ILA的波形窗口如图所示：不过此时这个窗口是空的，是因为还没有触发采样。
因为ILA是数据采样，不可能一直不停采，只能采有限个数据，即有信号触发或手动时开始对探测的信号进行数据采样。下面将介绍如何使用ILA在线调试：
（1）手动运行
如图所示：点击运行按钮波形会立刻更新，此时红色光标的位置就是你点击运行按钮时的时刻（默认中点），它会在触发点周围进行1024次采样（对应前面设置的采样深度）。
当然你也可以在左下角设置触发点的位置：比如我设置触发点为第100个，再运行一次，在波形里可以看到触发点位置改变了。（此外还可以设置波形显示的数据个数等等）
（2）运行触发条件
如果我想看特定时刻附近的信号变化情况，手动触发就不适用了，我需要将该特定时刻作为触发点位置，因此需要添加触发条件实现自动触发：
假如我想查看复位时刻其他信号的情况，就需要将复位时刻设置为触发条件，右下角位置添加触发信号并设置条件，我的模块中 rst_n 是低电平有效，因此触发条件为“1到0转变”。
设置完成后再运行一次，会发现界面提示“等待触发”：
这个时候只要你按下开发板的复位按钮（让rst_n产生一个1到0的转换的触发条件），波形界面就会刷新数据，如图所示：
将黄色光标设置移动到触发点附近的位置将波形放大，就可以清楚看到其他信号变化情况了，可以看出复位时所有信号都成功复位：
此外触发条件设置多种多样可以根据你的需求进行设置，这样debug起来更加方便快捷，比如要设置某信号到特定值时触发，我可以设置count计数到666的时候触发，运行效果如图所示：
（3）连续触发
这个按钮就是连续触发，当选中这个按钮后不需要手动运行，只要满足触发条件他就会自动触发（每次触发都会刷新一次采集到的数据，显示的是最近一次的数据情况），比如当你设置count计数到666时触发，并选中“连续触发”，count计数每次到666时，波形界面就会刷新一次波形。
