基于Verilog HDL的一種CPLD測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

楊鯤，楊彬彬，曾壘，高燦輝，劉姚軍

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

Verilog HDL(Verilog Handware Description Language，即Verilog硬件描述語(yǔ)言)能夠形式化地抽象表示電路的行為和結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)大的硬件描述功能。它允許設(shè)計(jì)者用其來進(jìn)行各種級(jí)別的邏輯設(shè)計(jì)，以及數(shù)字邏輯系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證、時(shí)序分析和邏輯綜合，由于其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范且易于掌握，已經(jīng)成為目前應(yīng)用最為廣泛的硬件描述語(yǔ)言之一。因此，采用Verilog HDL對(duì)CPLD進(jìn)行硬件編程就可以方便、穩(wěn)定、精確地實(shí)現(xiàn)對(duì)CPLD的功能測(cè)試。CPLD(Complex Programmable Logic Device，即復(fù)雜可編程邏輯器件)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種新型邏輯器件，是目前數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要硬件之一，它可以在制造完成后由用戶根據(jù)自己的需要定義其邏輯功能。它具有編程靈活、集成度高、設(shè)計(jì)開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具普及、運(yùn)算速度快、易于擴(kuò)展和移植、性價(jià)比高等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計(jì)，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)和產(chǎn)品生產(chǎn)中。CPLD器件已成為電子產(chǎn)品中不可缺少的組成部分，它的設(shè)計(jì)和應(yīng)用成為電子工程師必備的一種技能。

1 測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

1.1 ispLSI1032的基本結(jié)構(gòu)

ispLSI系列器件是由Lattice公司生產(chǎn)的基于與或陣列結(jié)構(gòu)的復(fù)雜PLD產(chǎn)品。芯片由若干個(gè)模塊組成，模塊之間通過全局布線區(qū)GRF連起來，每個(gè)模塊包括若干個(gè)通用邏輯塊GLB、輸出布線區(qū)ORP、若干個(gè)I/O引腳和專用輸入引腳。ispLSI1032芯片具有192個(gè)寄存器、64個(gè)通用I/O管腳、8個(gè)專用輸入管腳、4個(gè)專用時(shí)鐘輸入管腳和一個(gè)全局布線區(qū)，最高頻率60MHz，最快延遲時(shí)間20ns。其功能框圖和引腳圖如圖1所示。

圖1 ispLSI1032功能框圖和引腳圖

1.2 測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

由于是對(duì)芯片進(jìn)行功能測(cè)試，所以將ispLSI1032作為處理芯片，搭載外圍相應(yīng)測(cè)試電路即可。為了方便測(cè)試，需同時(shí)提供兩片芯片的接口，并將所有的I/O口做輸入輸出測(cè)試，且兩片芯片測(cè)試不受影響。整理出硬件需求如下：

（1）供電電源接口：外接+5V電源供電，提供電源和地輸入。

（2）ISP接口：用于對(duì)芯片進(jìn)行程序下載，使用跳線座區(qū)分兩片芯片的下載需求。

（3）I/O測(cè)試接口：將I/O口引出，便于外接示波器進(jìn)行波形觀察。

（4）功能控制開關(guān)：選擇波形測(cè)試或者電平測(cè)試功能。

（5）電平控制開關(guān)：在電平測(cè)試模式下，設(shè)置端口輸出高或低電平。

軟件需求如下：

（1）波形測(cè)試功能：對(duì)板載晶振提供的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻處理，在相應(yīng)端口輸出固定頻率的方波，并用示波器進(jìn)行檢測(cè)。

（2）電平測(cè)試功能：在輸出端口直接輸出高/低電平，通過發(fā)光LED直觀觀察。

（3）編號(hào)UA芯片測(cè)試接口功能為單數(shù)I/O口為信號(hào)輸入端口，雙數(shù)I/O口為信號(hào)輸出端口。

（4）編號(hào)UB芯片測(cè)試接口功能為單數(shù)I/O口為信號(hào)輸出端口，雙數(shù)I/O口為信號(hào)輸入端口。

單次芯片測(cè)試流程圖如圖2所示，在UA處測(cè)完后，重新燒寫程序，輸入輸出端口定義對(duì)調(diào)，在UB處重復(fù)檢測(cè)過程。

圖2 測(cè)試流程圖

Lattice ispLSI1032芯片測(cè)試原理如圖3所示。X2為供電電源接口，輸入電壓+5VDC；X1為芯片下載接口，使用跳線座短接X101、X102區(qū)分兩片芯片的下載需求；單刀雙擲開關(guān)S1作為功能控制開關(guān)，控制波形與電平測(cè)試，S3為電平測(cè)試的輸入電平選擇開關(guān)；I/OA1-B4為測(cè)試孔，方便進(jìn)行波形測(cè)試，發(fā)光二極管則是觀察電平測(cè)試。

2 測(cè)試芯片源代碼

ispLSI1032芯片的Verilog HDL語(yǔ)言程序描述如下。模塊ispLSI1032_test 用來產(chǎn)生多路輸出信號(hào)，其中輸入時(shí)鐘clk頻率為8MHz，fun_switcher為功能選擇開關(guān)，當(dāng)為高電平時(shí)，選擇波形測(cè)試，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，選擇電平測(cè)試；cnt為分頻變量，用于將輸入時(shí)鐘進(jìn)行10分頻；為了方便測(cè)試，將32個(gè)輸出I/O口分為4組，并將分頻后的結(jié)果賦予到每組I/O口上，然后即可通過示波器進(jìn)行測(cè)試。

module ispLSI 1032_test (clk,fun_switcher,ioctl,out);

input clk.fun_switcher;

input [31:0] ioctl;

output [31:0] out;

reg [31:0] out;

reg [9:0] cnt;

reg [7:0] reg8;

reg clkadd;

always @(posedge clk)

begin

if (cnt==10)

begin

cnt＜=10’d0;

cntadd++;

end

else

begin

cnt＜=cnt+1;

out＜=out;

end

end

always @(posedge clkadd)

begin

if (fun_switcher)

begin

out＜=ioctl;

end

else

begin

reg8++;

out[7:0]＜=reg8;

out[15:8]＜=reg8;

out[23:16]＜=reg8;

out[31:24]＜=reg8;

end

end

endmodule

3 結(jié)語(yǔ)

Lattice ispLSI1032芯片的測(cè)試方法已在實(shí)際工作中得到應(yīng)用，芯片測(cè)試速度、效率及精確度均滿足要求，工作穩(wěn)定可靠。本文在分析了ispLSI1032的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理和需求的基礎(chǔ)上，利用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)芯片做功能測(cè)試，進(jìn)行篩選。該方法開發(fā)成本低，設(shè)計(jì)周期短，操作易上手，修改邏輯方便，能夠極大地降低人力成本，是一種快捷有效的測(cè)試方法。