今日说“法”：如何防止reg、wire型信号在使用逻辑分析仪时被优化

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随着FPGA设计复杂程度越来越高，芯片内部逻辑分析功能显得越来越重要。硬件层次上的逻辑分析仪价格十分昂贵，而且操作比较复杂。目前，FPGA芯片的两大供应商都为自己的FPGA芯片提供了软件层面上的逻辑分析仪，可以帮助我们在线分析芯片内部逻辑。而且操作简单方便，但是往往因为某些原因，有些信号在综合的时候就会被优化掉，就可能会导致我们的设计失败，当然在为逻辑分析仪添加观察信号的时候也无法找到该信号。从而对设计、调试人员的工作带来一定的不便。下面就分别以Xilinx公司的逻辑分析仪ChipScope和Altera公司的SignalTap做以下总结：

一、使用Xilinx公司的ChipScope

使用ChipScope观察芯片内部的信号的之前先要在把需要观察的信号添加到ChipScope信号观察列表当中。也就是说，我们必须能够在综合的网表文件中找到相应的信号。如果是使用XST综合的话，最好保留芯片内部结构的层次，这样就可以在相应的子模块查找需要观察的信号。默认情况下，Chipscope只能观察reg类型的信号。但是通过设置属性也是可以观察wire型信号的。使用不同的综合工具需要添加的属性也不一样。

1、使用XST综合。

(1) 对于reg型信号，如果被ISE优化掉，一般有可以把这个信号和其他没有被优化的信号进行“与”、“或”等操作，这样就可以达到观察信号的目的。

(2) 对于wire型号，对于ISE12.3以后的版本，XST综合，以Spartan3为例，可以使用(* KEEP="TRUE"*) wire [15:0] CPLD_ _AD;这样就可以在查找信号的信号找到wire类型的CPLD_ _AD信号进行观察。

2、使用Synplify Pro综合

Synplify Pro对wire、reg类型的信号有着不同的综合属性。

(1) 对于wire型信号，使用/* synthesis syn_keep=1 */综合属性，例如下面的语句：

wire  [7:0]  data_in  /* synthesis syn_keep=1 */；

(2) 对于reg型信号,使用/* synthesis preserve = 1 */综合属性，例如下面的语句：

reg  [7:0]   data_in  /* synthesis preserve = 1 */;

二、使用Altera公司的SignalTap

1、使用Altera自带的综合器综合

Altera自带的综合器为了防止某些信号综合器优化掉，也有自己的一套综合约束属性。

（1）对于reg型信号，为了防止Altera自带综合器将其优化掉，可以添加noprune属性。这样就可以防止某些寄存器信号被优化掉。也可以使用/*synthesis noprune*/综合属性。

`include "define.v"

module SignalTap_test( Clk, Rst, Cnt) /*synthesis noprune*/ ;

    input   wire        Clk ;
    input   wire        Rst ;   
    output  reg [7:0]     Cnt ;
    
    always@(posedge Clk or posedge Rst)   
    begin
        if( Rst == 1'b1)
            Cnt <= 8'h0;
        else
            Cnt <= #`ULDY Cnt + 1'b1;
    end

endmodule

如上例(假设Cnt信号会被优化掉)，这样添加综合属性之后，整个module的reg信号都不会被优化掉。

跟reg相关的综合属性，除了/*synthesis noprune*/可用，还有一个/*synthesis preserve*/可用

二者的差别在于：

/*synthesis noprune*/ 避免Quartus II优化掉output 型的reg信号。

/*synthesis preserve*/ 避免Quartus II把reg信号当成VCC或者GND等常数

同时单独的reg信号也可以： (*preserve*) reg [3:0] cnt;防止被优化掉。

（2）对于wire类型的信号

对于wire型信号来说，要想观察此类信号，Altera综合器提供了/*synthesis keep*/ 综合属性。如 wire [7:0] Cnt /*synthesis keep*/; 对于Quartus II 9.0以后的版本也可以使用(“keep”) wire [7:0] Cnt ;的写法。

此外，/*synthesis keep*/也支持对reg型信号，使用它也可以防止reg型信号被优化掉。但是也有可能出现这样的情况，有的信号即使经过此处理，仍然会被综合工具优化掉，致使无法找到它。这个时候就需要对其使用“测试属性”，可以加入probe_port属性，把这两个属性结合在一起，即就是：

( *synthesis, probe_port,keep *) 即可，这种方法同时适应于wire和reg型信号类型。

2、使用Synplify Pro综合

使用Synplify Pro综合时防止信号被优化掉的方法和使用Xilinx公司 ChipScope使用Synplify Pro综合时添加的综合约束一样，因为Synplify Pro是专业的综合厂商，所以对主流的FPGA厂商都支持。

三、总结

1、以上的方法也不一定是全部都可以使用，有时候因为版本不对应就会导致信号依然会被优化掉。不过经过轮询之后发现，ISE 12.3以后的版本、Quartus II 9.0之后的版本、Synplify Pro 9.0.1以后的版本都可以使用。

2、一般情况下，信号经常被优化掉，还是与代码风格或者逻辑设计有冗余有关的，所以还是应该尽量提供代码质量。在不能解决的时候再添加综合约束。

END

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