本文針對FPGA實際開發過程中，出現故障后定位困難、反復修改代碼編譯時間過長、上板后故障解決無法確認的問題，提出了一種采用仿真的方法來定位、解決故障并驗證故障解決方案�？梢源蟠蟮墓澕s開發時間，提高開發效率。

FPGA近年來在越來越多的領域中應用，很多大通信系統（如通信基站等）都用其做核心數據的處理。但是過長的編譯時間，在研發過程中使得解決故障的環節非常令人頭痛。本文介紹的就是一種用仿真方法解決故障從而減少研發過程中的編譯次數，最終達到準確定位故障、縮短解決故障時間的目的。文例所用到的軟件開發平臺為Altera公司的Quartus II，仿真工具為ModelSim。

問題的提出

系統開發在上板調試過程中，有時候出現的bug是很極端的情況或很少出現的情況，而現在通常的做法是：在故障出現的時候通過SignalTap把信號抓出來查找其問題的所在、修改程序；在改完版本后，先要對整個工程進行重新編譯，然后再上板跑版本進行驗證，看看故障是否解決。

這樣就會出現三個問題：

①有時候故障很難定位，只知道哪個模塊出錯，很難定位到具體的信號上，給抓信號帶來麻煩。如果故障定位不準確，漏抓了關鍵信號，則需要重新在SignalTap里添加信號、編譯版本并再次上板定位故障，浪費時間。

②故障定位后，修改代碼還需要再編譯一次產生新版本的下載文件，修改后若還有問題則要重復這一過程，這樣從故障定位到修改完成需要很多次編譯。

③上板重新進行驗證時，如果這個bug的出現的幾率很小，短時間內不再復現，并不能說明在極端情況下的故障真的被解決了。

定位這個故障的時候我們可以很容易知道是哪個模塊出了問題，但是具體是其內部的哪個信號還需要下些功夫，如果出錯信號隱藏的很深，很難一次就抓到需要的信號；而且即使我們抓到了正確的信號，如果故障在改完之后沒有解決，則還需要重新修改、再進行編譯，耗費時間；即使改過之后故障不再復現，也有可能是因為bug出現的條件苛刻，無法證明故障真的解決了。

針對這三個問題，筆者提出如下想法：

雖然定位具體的出錯信號很困難，但是定位是哪個模塊出錯很容易，在bug出現的時候我們可以抓出這個模塊的全部輸入信號，考慮是否可以利用這些信號在仿真環境下重建bug出現的條件，利用仿真環境具體定位錯誤信號的位置。

定位好錯誤信號的具體位置后，修改代碼，再用相同的條件進行仿真。這樣可以通過對修改前后輸出數據的對比，很直觀的驗證修改是否成功，從而在修改成功后只需編譯一次即可，節省時間。

上板后bug不復現也可以排除是由于極端情況很難滿足造成的，去除了后顧之憂，徹底解決了故障。

仿真解決故障的方法

通過對這個異步FIFO問題的解決，可以證明這種通過所抓信號建立bug存在條件，定位、清除bug的方法是可行的。步驟如下：

①將bug出現時SignalTap抓的信號保存成文檔文件

可以把這個文本文件中無用的描述刪掉，只留SignalTap抓出來的數據（空格、h等符號也要刪掉），另存為.dat文件供仿真使用。

有了故障出現時的輸入數據，我們就可以在仿真環境下構建故障出現的條件。

②利用.dat文件建立bug出現的條件

用verilog語言編寫仿真文件（testbench），使用語句$readmemh或$readmemb將.dat文件中的數據存儲到一個設定的ram中，如：$readmemh(“s.dat”,ram)。

注意$readmemh讀取是按照十六進制數據進行（認為.dat文件中的數據都是十六進制數），會自動將其轉換為4位二進制數存入ram中，所以設定的ram位寬要是.dat文件中數據位寬的4倍；使用$readmemb時，存儲SignalTap所抓信號時，信號都要先設定為binary類型，ram位寬就是.dat文件數據的位寬。ram的深度為.dat文件中數據的個數。

然后在程序里把ram中數據按照所對應時鐘沿輸出到一個寄存器變量中，ram地址累加即可。

always@(posedge clk)
begin
data<=ram[addr];
addr<=addr+1'b1;
end

復現bug存在條件時，需將模塊的輸入信號與ram中的數據位相對應，仿真文件調用模塊時，將寄存器data對應位作為輸入接入即可。

③修改程序后在仿真環境驗證修改是否成功

修改程序后，我們只要使用同樣的環境進行仿真，并且有針對性的觀察bug是否解決。本例中出現bug的原因是使用了異步FIFO，改成同步FIFO后，問題應該就會解決，我們可以通過仿真驗證。

總結

文中描述的方法可針對各種的故障的解決。在故障出現時，只需定位出錯的模塊，這些模塊內嵌一些子模塊也無妨；抓信號時將故障模塊的輸入輸出信號抓出即可；利用輸入信號重建故障環境，若仿真輸出信號和所抓輸出信號相同，說明故障環境建立正確；用這個仿真平臺就可以具體定位是哪個子模塊、哪個信號出錯，而不需要在SignalTap中把這些信號抓出來；并且在修改代碼后可以驗證是否修改成功，節省時間，很明確的證明故障真的被解決了，事半功倍。