[发明专利]基于Scala的FPGA开发平台及其调试、测试方法

说明书

本发明公开了一种基于Scala的FPGA开发平台，包含调试工具，所述调试工具包含主机调试程序、片上调试服务器和FPGA硬件控制器；所述FPGA硬件控制器用于在挂载到真实的FPGA电路后，根据控制信号在相应的断点处输出FPGA程序的状态和寄存器数据；所述主机调试程序用于根据调试内容产生相应的控制信号，以及根据返回的FPGA程序的状态和寄存器数据进行显示；所述片上调试服务器用于在挂载到真实的FPGA电路后，将主机调试程序发出的控制信号发送给FPGA硬件控制器，将FPGA硬件控制器输出的FPGA程序的状态和寄存器数据发送给主机调试程序。本发明实现了官方FPGA工具无法做到的交互式调试功能。

技术领域

本发明涉及FPGA硬件电路设计、调试与验证领域。具体来讲，主要涉及为基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的硬件电路设计提供快速的开发、调试与验证方法，从而提高硬件程序设计整个流程的效率，以及设计成果的正确性、可维护性和可扩展性。

背景技术

随着现场可编程门阵列(FPGA)的应用，相比传统的画电路图、刻电路板的方式，硬件工程师能够设计出更快，能耗更低，空间占用更少的针对特定功能的优化电路。在机器学习、高频交易、大数据处理等各个领域对硬件加速的需求越来越迫切，而高端CPU的性能提升已经不满足摩尔定律的今天，提高针对FPGA的硬件电路设计、调试与测试验证的效率变得尤为重要。

然而，在使用Xilinx和Altera等主流FPGA厂商官方提供的用于FPGA电路设计的超高速集成电路硬件描述语言(VHDL)或者Verilog语言进行设计时，有以下三个方面严重制约了硬件设计师的生产效率：

●首先，这些主流厂商的FPGA硬件电路设计流程和现代软件开发流程相比，它们缺乏良好的工具进行自动代码生成和代码提示。

●其次，它们难以像软件开发一样交互式地进行仿真和交互式调试。

●最后，它们能提供的应用程序接口(API)相当有限，即使为了仿真查错，要建立简单的网络连接，也需要大量编码，缺乏软件开发中模块化的思想，缺少设计上的可复用性。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于Scala的FPGA开发平台，通过使用该平台的各个工具完成FPGA硬件电路设计流程，可以提高硬件程序设计整个流程的效率，以及设计成果的正确性、可维护性和可扩展性。同时，本发明包含的各个工具可以单独使用，集成进其他的FPGA开发流程之中。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于Scala的FPGA开发平台，包含调试工具，所述调试工具包含主机调试程序、片上调试服务器和FPGA硬件控制器；

所述FPGA硬件控制器用于在挂载到真实的FPGA电路后，根据控制信号在相应的断点处输出FPGA程序的状态和寄存器数据；

所述主机调试程序用于根据调试内容产生相应的控制信号，以及根据返回的FPGA程序的状态和寄存器数据进行显示；

所述片上调试服务器用于在挂载到真实的FPGA电路后，将主机调试程序发出的控制信号发送给FPGA硬件控制器，将FPGA硬件控制器输出的FPGA程序的状态和寄存器数据发送给主机调试程序。

进一步，所述的一种基于Scala的FPGA开发平台还包含FPGA模拟器，所述FPGA模拟器用于模拟FPGA电路，并在模拟FPGA电路上运行FPGA程序。

进一步，所述的一种基于Scala的FPGA开发平台还包含测试工具，所述测试工具用于根据测试用例模拟输入信号输出给FPGA模拟器上运行的FPGA程序，并获取FPGA程序运行的数据。

本发明还提供了一种基于Scala的FPGA开发平台的调试方法，包含硬件调试步骤，具体如下：