VIO比chipscope有多大优势?

debug，尤其是通信芯片的debug，可以有很多的方法。一个数据帧从进入到输出，可以在通路上的关键节点处设置监测如各种计数器等，可通过VIO（xilinx）定时上报实时状态。可以把VIO的各个信号线设置成类似于CPU总线的结构，监测计数器或者状态寄存器编成相应的地址，轮询读取回PC，在PC上通过TCL或者其它语言捕获数据。甚至可以将多个FPGA芯片都通过VIO进行调试，远程操作，效率也可以大大提升。另外，也可以设置专门的测试帧，在里面打各种不同大小的闭环，层层检测，发现问题。

这个VIO比chipscope有多大优势?

原理是一样的，不同的就是可以方便操控，可以写脚本抓取数据，还可以远程操控。VIO有输入也有输出，可以实时的配置寄存器。http://xilinx.eetrend.com/blog/11987，VivadoVIO （virtual input output）虚拟IO使用;

一、使用方法概述

一般情况下VIO用在设计中，可以提供模拟IO（我们主要用到模拟输出接口的功能）。如图1所示，红框内vio_0模块的两个输出probe_out[0:0]和probe_out[7:0]都可以接到其他模块直接使用，但是我们不需要用到板子上的实际接口（比如按键）。那么为什么我们在电脑上点一点鼠标，就可以将数据传递到FPGA内部呢？数据是通过什么传输到FPGA内部？答案是JTAG，电脑上的VIVADO软件可以通过JTAG软件与FPGA实现通信，这就是VIO模块在FPGA内部模拟IO引脚的原理。

图1 VIO IP核

1、VIO IP核的配置

下面用实际例子说明VIO IP核的配置过程：

在某设计中，需要使用按键出发，但是板子上没有设计按键，所以需要使用VIO模拟按键输入还有其他信号的输出。具体过程如下：

（1）例化VIO IP核 ；

（2）参数配置，配置输入探针数量和输出探针数量，如图2所示。分别可以设置0-256个。（一般输入探针用不到，最常用的是输出探针，在这里这两种探针都在图里体现了）。

图2 探针数量设置

（3）配置输出探针数据位宽及初始值

输出探针的数据位宽，及初始化数据（in hex）配置如图3所示

图3配置输出探针数据位宽及初始值

3、 VIO IP核的例化

VIO IP核代码实例化如下图所示。

ILA_wrapper ILA(

.clk ( ),

.probe0 (),

.probe1 (),

.probe_out0 (),

.probe_out1 (),

.probe_in0 ()

);

4、 VIO IP核的使用

在hw_vio界面加入输出探针，并且配置对应的参数，此时FPGA内部的输出探针就会相应地发出信号，如图4所示。

图4 VIO IP核的使用

二、使用VIO实现大量寄存器读写

1、背景

在FPGA调试中，如果没有CPU接口及操作系统，但同时希望能够有一种类似于有CPU且可以实时在线读写FPGA内部状态寄存器或者配置FPGA内部寄存器的功能，就可以采用VIO来实现一个模拟的CPU接口，以下进行详细的介绍。

2、 原理框图及VIO字段定义

在Vivado 2016.2 软件环境，Zedboard硬件平台下，实现了一个示例工程，该工程的功能是，电脑运行Vivado软件，并通过Jtag与zedboard相连，利用VIO模拟CPU接口，实现寄存器读写功能（寄存器数量为32个，位数为32位），如图5所示。

图5原理框图

其参数配置说明如下：

如图6所示，vio_out_1的前32位是写地址，后32位是写数据；

图6 VIO写地址与写数据

如图7所示，vio_rd_addr代表读地址；

图7 VIO读地址

如图8所示，vio_rd_data代表读数据

图8 VIO读数据

3、操作示例

这里给出一个寄存器读写的例子，在这里不用tcl脚本，直接用图形界面，使用更加方便。

（1）给地址为1的寄存器写入数据32'hffff_ffff，即配置vio_out_1[63:0]为64'h0000_0001_FFFF_FFFF，如图9所示。

图9 VIO写入数据

（2） 将读地址设置为1，观察读数据变化，如图10所示。

图10 VIO读数据

观察图10可以发现，配置读地址vio_rd_addr为32'h0000_0001后，读数据vio_rd_data[31:0]由图9中的32'h0000_0000变为图10中的32'hffff_ffff，与写入的数据相同，寄存器读写操作成功。

三、源代码

1、约束文件源码

set_property PACKAGE_PIN Y9 [get_ports clk]

set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clk]

上述源码及约束文件适用于Xilinx的Zedboard开发板，已上板验证。另外，上面仅是原理性的简单演示，可以把寄存器应用于自己设计中的各个内部关键模块中，调试的过程中，实时的从VIO接口获取数据，或者动态的配置FPGA内部的寄存器，使其按照寄存器约定的功能运行。虽没有CPU，却等效有了CPU，可大大提高FPGA调试的效率。VIO占用资源情况与chipscope类似。