畢業(yè)論文-基于LPC總線的故障診斷卡設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目論文題目：基于LPC總線的故障診斷卡設(shè)計(jì)及驗(yàn)證系所：電子工程系專(zhuān)業(yè)：電子信息工程（集成電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)方向）學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：導(dǎo)師職稱：講師完成日期：2014年4月28日大連東軟信息學(xué)院Dalian大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要IV基于LPC總線的故障診斷卡設(shè)計(jì)及驗(yàn)證摘要在實(shí)際工作中，經(jīng)常要面對(duì)計(jì)算機(jī)主板故障的檢測(cè)，尤其是針對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)的主板，在不能進(jìn)行系統(tǒng)拆解的條件下對(duì)主板進(jìn)行功能性鑒定，將有故障的主板進(jìn)行快速的故障定位，最后生成檢測(cè)報(bào)告，以便使用者能夠高效確定該類(lèi)問(wèn)題的處置和返修方案?，F(xiàn)在市面上大多數(shù)存在的都是以PCI插口為基礎(chǔ)的LPC主板故障檢測(cè)卡，這種以FPGA為核心的主板檢測(cè)卡，通過(guò)插在計(jì)算機(jī)主板上的PCI插槽，就可以檢測(cè)主板的狀況，并以數(shù)字的形式將檢測(cè)代碼顯示到七段LED顯示屏上，價(jià)格相對(duì)便宜，使用時(shí)也十分方便。但是往往有些筆記本之類(lèi)高度集成的主板卻無(wú)法使用這種PCI插口的檢測(cè)卡。該文中介紹的就是一種基于LPC總線的主板故障檢測(cè)卡，該設(shè)計(jì)使用的并不是通過(guò)現(xiàn)在的PC機(jī)等主板上的PCI插槽的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)卡的工作，因?yàn)楫?dāng)下的筆記本電腦主板或者是軍工類(lèi)計(jì)算機(jī)的主板都是沒(méi)有PCI插槽的，所以想要實(shí)現(xiàn)LPC總線的工作，就必須另辟蹊徑，之所以該類(lèi)主板上面沒(méi)有PCI插槽，是因?yàn)檫@類(lèi)主板都是需要高度集成的，如果加入一個(gè)PCI插槽，會(huì)相應(yīng)的增加很多的面積，因?yàn)檫@個(gè)原因，我們可以通過(guò)其他的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，本設(shè)計(jì)中采用更加省地方的插針?lè)椒?，通過(guò)插針，實(shí)現(xiàn)LPC總線數(shù)據(jù)的傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了主板故障檢測(cè)卡與主板之間的連接，使我們能夠更方便，更快捷的使用檢測(cè)卡來(lái)檢測(cè)故障。關(guān)鍵詞：嵌入式計(jì)算機(jī)主板，快速故障定位，故障檢測(cè)，加電自檢檢測(cè)卡大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractAMainboardPOSTCardBasedOnLPCBusAbstractOndailyworkinglife,peopleoftenencounterthesituationoftestingthetechnicalconditionofmainboardonacomputer,especiallyfortheembeddedmainboards.Forthenon-disassemblingones,peopleneedstoevaluateitsperformance,quicklylocatefaultsonamainboard,andgeneratethefinalreportfortheconvenientofmanagerstodeterminedispositionandafter-salesservices.Nowadays,themostlyexistingfaultPOSTcardsareLPCmainboard,basedonPCIslots.ThiskindofmainboardPOSTcardiscenteredasFPGA,testingtheconditionofmainboardbyinserteditonPCIslots.Italsoshowstestingcodeasnumbersontheseven-segmentLEDscreen,characterizedascheapandeasyhandling.However,therearesomehighlycondensedmainboardscannotusesuchkindofPCIPOSTcardlikePC.ThisarticleismainlyintroducingamainboardPOSTcardbasedonLPCbus.ThedesigntoperformfaulttestingisnotrealizedthroughPCIslotonthemainboardofaPC，becausethereisnoPCIslotsonPCormilitaryprojectedcomputer.Hence,wemustfindotherwaytofulfillfunctionofLPCbus.ThereasonwhynoPCIslotisonthosemainboard,itisbecausethattheyarehighlycondensed.IfonemorePCIslotisadded,itwillneedmorespaceaccordingly.Therefore,wecanreplaceitwithothermeans.Thearticledesignadoptsamorespace-savingway.ThroughcontactpintofulfillthedatatransitionbetweenLPCbus,linkingthemainboardwiththemainboardfaultPOSTcard,whichmakesamoreconvenientandquickwaytousePOSTcardtodetectfaults.Keywords:embeddedcomputermainboard,quicklyfaultlocation,faulttesting,poweronselftestcard大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究背景與意義 11.2課題研究?jī)?nèi)容與方法 11.3課題研究現(xiàn)狀 2第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 32.1POST上電自檢過(guò)程 32.2OrCADCapture軟件 32.3QuartusII軟件 32.4ISE軟件 42.5Multisim軟件 72.6LPC總線 10第3章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與需求分析 123.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 123.2系統(tǒng)功能需求 123.2.1插針數(shù)據(jù)接口部分 133.2.2FPGA部分 133.2.3顯示（LED）部分 143.3系統(tǒng)非功能需求 153.4系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境 163.5系統(tǒng)可行性分析 163.5.1技術(shù)可行性 163.5.2經(jīng)濟(jì)可行性 16第4章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 174.1環(huán)境配置 174.2功能模塊實(shí)現(xiàn) 174.3PCB設(shè)計(jì)部分實(shí)現(xiàn) 22第5章系統(tǒng)測(cè)試 26第6章結(jié)論 28參考文獻(xiàn) 29致謝 31大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-第1章緒論1.1課題研究背景與意義計(jì)算機(jī)在日常中的應(yīng)用變的越來(lái)越普遍，這也就導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障越來(lái)越多，各種各樣的問(wèn)題，無(wú)論是簡(jiǎn)單還是困難，都會(huì)隨之而來(lái)，人們有的時(shí)候在將計(jì)算機(jī)送去維修的過(guò)程中，也許還會(huì)遇到各種各樣的麻煩，而且在資金方面以及在人力物力方面都會(huì)存在著各種各樣的不方便，那么有沒(méi)有一種器件或者是一種工具能夠讓一些不是很專(zhuān)業(yè)的計(jì)算機(jī)使用者在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，大致的判斷出主板存在的問(wèn)題，是否需要送至專(zhuān)業(yè)人員處進(jìn)行檢修，這樣的話無(wú)論在哪一方面都會(huì)使得使用計(jì)算機(jī)的人方便不少。在日常維修計(jì)算機(jī)的時(shí)候，或許是在顯示之前，或許是在顯示之后，總會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，雖然有的時(shí)候我們可以通過(guò)系統(tǒng)自帶的蜂鳴功能來(lái)判定問(wèn)題，但是時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)發(fā)現(xiàn)，往往一些細(xì)微的故障或者是不常見(jiàn)的故障，僅僅依靠蜂鳴來(lái)判斷是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以該設(shè)計(jì)制作的就是一個(gè)名為主板診斷卡的一種Debug工具，通過(guò)這樣的一個(gè)POST卡雖然不能夠?qū)χ靼宕嬖诘膯?wèn)題進(jìn)行維修，卻可以幫助一些非專(zhuān)業(yè)人員或者是維修人員更方便更快捷的定位主板存在的故障。本課題采用的是LPC的總線類(lèi)型來(lái)實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)。經(jīng)實(shí)踐后，基于LPC總線的主板故障檢測(cè)卡所提供的報(bào)錯(cuò)能力遠(yuǎn)超系統(tǒng)自身的蜂鳴器報(bào)錯(cuò)，能夠幫助維修者更快捷更準(zhǔn)確的定位計(jì)算機(jī)主板的故障。1.2課題研究?jī)?nèi)容與方法本課題主要研究的是基于X86處理器的主板故障檢測(cè)卡，利用Inter公司自己推出的Lowpincount總線使計(jì)算機(jī)可以連接檢測(cè)卡，其中只需要7個(gè)必須LPC總線的引腳就可以使故障檢測(cè)卡能夠連接到計(jì)算機(jī)的南橋,從而實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)卡的檢測(cè)功能。計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，BIOS會(huì)進(jìn)行一個(gè)POST加電自檢，在對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)硬件的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)后，發(fā)出一個(gè)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)代碼，然后發(fā)出reset信號(hào)，進(jìn)行下一個(gè)設(shè)備的自檢，在此之后再次發(fā)出一個(gè)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)代碼，當(dāng)檢測(cè)到硬件出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，故障檢測(cè)卡會(huì)停留在一個(gè)對(duì)應(yīng)的代碼上，通過(guò)故障檢測(cè)代碼對(duì)照表可以得知是哪個(gè)硬件出現(xiàn)問(wèn)題，從而對(duì)故障進(jìn)行排查和維修。因?yàn)锽IOS生成的診斷進(jìn)度代碼會(huì)提交給南橋上的I/O端口80H，所以，診斷卡的設(shè)計(jì)需要對(duì)80H端口發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行解碼，然后芯片把解碼的信號(hào)通過(guò)七段顯示器顯示出來(lái)。1.3課題研究現(xiàn)狀計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為了日常生活中不可缺少的一部分了，有家庭專(zhuān)用的PC機(jī)，有方便攜帶的筆記本，也有日益搶占市場(chǎng)的平板電腦等等，這些計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大的給我們提供了一定的方便，但是，當(dāng)對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)的主板出現(xiàn)了故障的時(shí)候，使用者就會(huì)面臨著許多的問(wèn)題，現(xiàn)在市場(chǎng)上最多的都是一種基于LPC總線的故障檢測(cè)卡，這種檢測(cè)卡絕大多數(shù)都是利用PCI插口，但是，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，那就是絕大多數(shù)的臺(tái)式機(jī)主板上面會(huì)有兩個(gè)或者以上的PCI插槽，但是，在筆記本電腦上，或者是一些軍工類(lèi)計(jì)算機(jī)的主板上，根本沒(méi)有PCI這樣一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)十分占地方的插槽，由于這些主板需要高度集成主板上的元器件，所以有一部分筆記本甚至?xí)鲆粋€(gè)MiniPCI插槽，以此來(lái)替換相對(duì)龐大的PCI插槽。當(dāng)主板出現(xiàn)故障的時(shí)候，主板故障檢測(cè)卡可以很輕松的對(duì)主板故障進(jìn)行定位。故障檢測(cè)卡功能是通過(guò)LPC總線來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，所以如果人們想要在這些主板上使用故障檢測(cè)卡，就可以剔除PCI插口中的無(wú)用部分，僅僅保留LPC總線所需要用到的部分，然后通過(guò)插針這樣的微小器件（偽PCI連接器件）連接主板檢測(cè)卡，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)主板故障檢測(cè)的功能。該設(shè)計(jì)就是通過(guò)對(duì)PCI插槽進(jìn)行分解，然后提取出其中的LPC總線，將LPC總線的數(shù)據(jù)傳輸由原先的PCI插槽轉(zhuǎn)變?yōu)椴遽樀男问?，用?lái)迎合一些提供插針LPC總線的嵌入式主板，從而大大減小在主板維修時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1POST上電自檢過(guò)程POST上電自檢：在計(jì)算機(jī)正常開(kāi)機(jī)前，一定會(huì)有一個(gè)自檢的過(guò)程，在這個(gè)自檢的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)會(huì)在開(kāi)機(jī)前判斷一些必要的設(shè)備是否是可以正常工作，這個(gè)過(guò)程我們叫做POST上電自檢，它是預(yù)先設(shè)置在BIOS中的一個(gè)功能，自檢的順序依次為，加電→CPU→ROMBIOS→systemclock→DMA→64KbRAM→IRQ→displaycard等，這些過(guò)程被稱作為關(guān)鍵性部件測(cè)試，當(dāng)任何一個(gè)關(guān)鍵性部件出現(xiàn)了問(wèn)題，計(jì)算機(jī)便會(huì)處于掛起的狀態(tài)，必須斷電后再次加電或者對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行重啟后才能進(jìn)行下一次操作，關(guān)鍵性部件出現(xiàn)的故障被稱作為“核心故障”，產(chǎn)生這些故障的器件主要是：主板、CPU、顯卡、內(nèi)存、電源等等。等到上述關(guān)鍵性部件的檢測(cè)完畢后，計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)其余非關(guān)鍵性部件進(jìn)行檢測(cè)，如：內(nèi)存，I/O接口，CMOS設(shè)置，軟盤(pán)硬盤(pán)的驅(qū)動(dòng)器，即插即用設(shè)備等，最后在屏幕上顯示出計(jì)算機(jī)的相關(guān)信息和出現(xiàn)錯(cuò)誤的報(bào)告。2.2OrCADCapture軟件OrCAD是一套電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的套裝軟件，多用于個(gè)人電腦，電子工程師大多數(shù)用來(lái)設(shè)計(jì)電路圖和相關(guān)的圖表，設(shè)計(jì)PCB電路板的印刷圖，或者是進(jìn)行電路的模擬。OrCADCapture基于Windows操作環(huán)境，是一款電路設(shè)計(jì)軟件。利用Capture，能夠?qū)崿F(xiàn)電路原理圖的繪制，以及為制作可編程邏輯設(shè)計(jì)和PCB版圖提供仿真信息。OrCADCapture的標(biāo)準(zhǔn)PCB原理圖輸入方式，是當(dāng)下世界上十分流行的原理圖輸入工具。它的用戶設(shè)計(jì)界面簡(jiǎn)單直觀。OrCADCaptureCIS的元件信息系統(tǒng)十分強(qiáng)大，可以在線和集中管理元件的數(shù)據(jù)庫(kù)，從而使得電路設(shè)計(jì)變得更加有效率。OrCADCapture提供了可調(diào)整的、完整的原理圖設(shè)計(jì)的方法，能夠更好的應(yīng)用于PCB版圖的設(shè)計(jì)創(chuàng)建，重用和管理。OrCAD能夠從一開(kāi)始就幫助設(shè)計(jì)師抓住設(shè)計(jì)意圖，從而將PCB布局布線和原理圖的設(shè)計(jì)相結(jié)合，較好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。無(wú)論是在模擬電路、復(fù)雜的FPGA、CPLD、PCB、PCB改版的原理圖進(jìn)行修改，還是在層次模塊的設(shè)計(jì)，OrCADCaoture都能快速的為設(shè)計(jì)師提供輸入工具。所以CadenceOrCADCapture是具有多功能性的PCB輸入工具。2.3QuartusII軟件QuartusII是Altera公司制作的綜合性開(kāi)發(fā)軟件,支持原理圖、VHDL、VerilogHDL和AHDL等各種設(shè)計(jì)輸入的形式，軟件內(nèi)自有的仿真器和綜合器，可以完全擔(dān)任設(shè)計(jì)輸入一直到硬件配置的相對(duì)完整的PLD設(shè)計(jì)流程。QuartusII可以在Linux、XP以及Unix上使用，不僅可以通過(guò)使用Tcl腳本進(jìn)行設(shè)計(jì)流程，還為用戶提供了完善的圖形界面設(shè)計(jì)。更方便用戶的使用。該軟件的運(yùn)行速度相對(duì)較快，頁(yè)面相對(duì)統(tǒng)一，功能比較集中，而且易學(xué)易用。QuartusII支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模塊庫(kù)，使得一些成熟的模塊可以被用戶充分的利用，使設(shè)計(jì)的復(fù)雜性變得更加簡(jiǎn)化，設(shè)計(jì)的速度更加快?？梢愿玫闹С值谌降腅DA工具，用戶可以隨意使用自己熟悉的第三方工具在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段。此外，QuartusII通過(guò)DSPBuilder工具與Matlab/Simulink相結(jié)合，可以使實(shí)現(xiàn)各種DSP的系統(tǒng)變得更加方便；支持Altera的SOPC（片上可編程系統(tǒng)）開(kāi)發(fā)，集系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、可編程邏輯設(shè)計(jì)和嵌入式開(kāi)發(fā)合一體，該開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有較好的綜合性。MaxplusII作為Altera的第一代PLD設(shè)計(jì)的軟件，它因?yàn)槌錾暮?jiǎn)單操作性，被人們廣泛的進(jìn)行應(yīng)用。當(dāng)下Altera已經(jīng)不再對(duì)MaxplusII進(jìn)行更新支持，QuartusII和它相比，改變的不僅僅是對(duì)支持器件的類(lèi)型進(jìn)行豐富化，以及圖形界面。Altera在QuartusII中加入了很多像SignalTapII、ChipEditor和RTLViewer的輔助設(shè)計(jì)工具，繼承了HardCope以及SOPC的設(shè)計(jì)流程，并且沿用了MaxplusII簡(jiǎn)單易用的使用方法和相對(duì)友好的界面。AlteraQuartusII這種可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境，依靠它簡(jiǎn)單直觀的接口以及相對(duì)完善的設(shè)計(jì)能力，使得設(shè)計(jì)者越來(lái)越歡迎這款軟件。2.4ISE軟件ISE的全稱為IntegratedSoftwareEnvironment，即“集成軟件環(huán)境”，是Xilinx公司開(kāi)發(fā)的硬件設(shè)計(jì)工具。相對(duì)比較容易使用的、首屈一指的PLD設(shè)計(jì)環(huán)境，ISE將相對(duì)先進(jìn)的操作技術(shù)與易使用性、靈活性的圖形界面相結(jié)合，不管經(jīng)驗(yàn)如何，都可以讓使用人員在最短的時(shí)間，花費(fèi)最少的精力，達(dá)到最好的硬件設(shè)計(jì)。下面主要概述一下ISE的基本開(kāi)發(fā)流程，和在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，各個(gè)階段都需要用到的一些工具軟件。利用Xilinx公司的ISE開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件，其工程設(shè)計(jì)的流程，具體可以分為五個(gè)步驟：分別是輸入（DesignEntry）、綜合（Synthesis）、實(shí)現(xiàn)(Implementation)、驗(yàn)證（Verification）和下載（Download）。（1）圖形或文本輸入(DesignEntry)圖形或文本輸入分別為原理圖、狀態(tài)機(jī)、波形圖、硬件描述語(yǔ)言（HDL），是工程設(shè)計(jì)的開(kāi)始，ISE所集成的設(shè)計(jì)的相應(yīng)工具主要包括HDL編輯器（HDLEditor）、狀態(tài)機(jī)編輯器（StateCAD）、原理圖編輯器（ECS）、IP核生成器（CoreGenerator）和測(cè)試激勵(lì)生成器（HDLBencher）等。硬件描述語(yǔ)言（HDL）和原理圖是最常用的輸入方法。原理圖的設(shè)計(jì)輸入方法是一種十分常用并且是最基本的方法，尤其是利用連接線，將元件庫(kù)的各種圖形符號(hào)連接,之后在ISE軟件所對(duì)應(yīng)的圖形編輯器中畫(huà)出設(shè)計(jì)的原理圖，ISE中具有各種電路元件所對(duì)應(yīng)的元件庫(kù)，包括門(mén)電路、觸發(fā)器、鎖存器、計(jì)數(shù)器、多種中規(guī)模電路、多種功能相對(duì)較強(qiáng)的宏功能模塊等，用戶只需要點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的器件就能夠調(diào)入圖形的編輯器中。這種方法所具有的優(yōu)點(diǎn)是十分直觀、便于理解的，并且其元件庫(kù)資源十分豐富。但是在一些大型的設(shè)計(jì)中，利用這種方法可維護(hù)性變得很差，不利于模塊的建設(shè)和重用。更加嚴(yán)重的缺點(diǎn)是：當(dāng)被選用的芯片進(jìn)行升級(jí)換代后，所有之前的原理圖都需要作一些相應(yīng)的改動(dòng)。所以在ISE軟件中，大型設(shè)計(jì)一般不用此法。為了能夠克服原理圖中輸入方法所存在的缺點(diǎn)，目前在一些大型的工程設(shè)計(jì)中，ISE軟件中最常用的設(shè)計(jì)是HDL的設(shè)計(jì)輸入法，其中影響較為廣泛的HDL語(yǔ)言分別為VHDL和VerilogHDL。它們存在的共同優(yōu)點(diǎn)是更加利于自上而下進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣能夠更加利于其模塊的復(fù)用與劃分，可移植性好，通用性強(qiáng)，設(shè)計(jì)不會(huì)因?yàn)樾酒に嚭徒Y(jié)構(gòu)的改變而改變，更利于向ASIC的移植，故在ISE軟件的使用中推薦使用HDL設(shè)計(jì)輸入法。狀態(tài)機(jī)的輸入和波形的輸入是現(xiàn)有的輔助設(shè)計(jì)輸入中十分常見(jiàn)的兩種，波形輸入法在使用時(shí)，需要繪制出的輸出波形只需要有激勵(lì)波形就可以，ISE軟件之后就能夠智能地根據(jù)響應(yīng)的關(guān)系從而進(jìn)行設(shè)計(jì)；在狀態(tài)機(jī)輸入被使用時(shí)，僅僅需要設(shè)計(jì)者畫(huà)出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖，ISE軟件就能夠輕松的生成相應(yīng)的HDL代碼以及原理圖，使用起來(lái)十分方便。其中ISE工具包中的StateCAD就能夠完成狀態(tài)機(jī)的輸入功能。但是需要特別指出的是，后面兩種設(shè)計(jì)的方法只能用在某些特殊的情況下，以此來(lái)緩解設(shè)計(jì)師的工作壓力，但是并不代表適合所有的設(shè)計(jì)。（2）綜合（Synthesis）綜合是將行為層次以及功能所要表達(dá)的電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)一些低層次的模塊的組合。一般來(lái)說(shuō)，硬件描述語(yǔ)言VHDL的綜合運(yùn)行，也就是將所描述的VHDL模型、算法、行為和功能描述轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的FPGA/CPLD基本結(jié)構(gòu)的網(wǎng)表文件，這也就構(gòu)成了相對(duì)應(yīng)的映射描述。在XilinxISE中，綜合工具主要分為Synplicity公司開(kāi)發(fā)的Synplify/SynplifyPro，Synopsys公司將開(kāi)發(fā)的FPGACompilerII/Express，以及ExemplarLogic公司開(kāi)發(fā)的LeonardoSpectrum和XilinxISE軟件中的XST等，對(duì)HDL語(yǔ)言進(jìn)行翻譯，還有原理圖等輸入翻譯成與、或以及非門(mén)，寄存器，RAM等網(wǎng)表的基本邏輯單元(邏輯連接)，并根據(jù)目標(biāo)優(yōu)化所需的邏輯連接，輸出edf和edn文件，CPLD/FPGA的制造商進(jìn)行布局布線并且實(shí)現(xiàn)。（3）實(shí)現(xiàn)(Implementation)實(shí)現(xiàn)是相應(yīng)的模型基于所選芯片，最終輸出邏輯網(wǎng)表，并且連接到一個(gè)特定的設(shè)備上。XilinxISE進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的過(guò)程分別為：翻譯（Translate）、映射（Map）、布局布線（Place&Route）等3個(gè)步驟。ISE集成所能夠用到的實(shí)現(xiàn)工具有很多，比如說(shuō)約束編輯器（ConstraintsEditor）、區(qū)域和引腳約束編輯器（PACE）、FPGA底層編輯器（FGPAEditor）、時(shí)序分析器（TimingAnalyzer）、芯片觀察窗（ChipViewer）以及布局規(guī)劃器（Floorplanner）等。（4）驗(yàn)證（Verification）驗(yàn)證(Verification)也包含了很多方面，最被人們常見(jiàn)的是仿真的集成功能驗(yàn)證(Simulation)，以及后仿真的驗(yàn)證等等，模擬測(cè)試對(duì)設(shè)計(jì)電路對(duì)應(yīng)的邏輯功能進(jìn)行仿真，這個(gè)仿真過(guò)程叫做功能仿真，對(duì)照仿真測(cè)試結(jié)果看是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通常是通過(guò)相應(yīng)的波形圖更直觀地顯示系統(tǒng)的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)系。全面適配了目標(biāo)設(shè)備之后，可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合后仿真，綜合后仿真接近設(shè)備的實(shí)際特征,可以更加準(zhǔn)確的顯示出信號(hào)輸入和輸出數(shù)據(jù)之間的時(shí)間延遲。ISE的仿真可以配合第三方軟件，一般所用的工具有很多，比如ModelTech公司開(kāi)發(fā)的仿真工具M(jìn)odelSim6.5，一些測(cè)試激勵(lì)生成器HDLBencher，Synopsys公司開(kāi)發(fā)的VCS等。這些軟件都能夠通過(guò)仿真，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的錯(cuò)誤，更有利于解決設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，從而使設(shè)計(jì)進(jìn)度更加迅速，對(duì)提高設(shè)計(jì)的可靠性很有利。每當(dāng)一個(gè)仿真的步驟出現(xiàn)了問(wèn)題，就需要定位錯(cuò)誤的所在，然后根據(jù)定位返回到相應(yīng)的錯(cuò)誤步驟，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改或者將設(shè)計(jì)推翻重來(lái)。（5）下載（Download）下載（Download）也就是編程（Program），當(dāng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)進(jìn)行到最后一步的時(shí)候，剩下的就是將已經(jīng)通過(guò)了仿真的程序代碼下載到對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)板上，在線調(diào)試已經(jīng)仿真過(guò)的程序，或者是把調(diào)試生成的配置文件燒錄到芯片中，然后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的功能測(cè)試。在ISE中進(jìn)行下載燒錄的工具主要是iMPACT。2.5Multisim軟件Multisim是一款以windows為基礎(chǔ)，被美國(guó)國(guó)家儀器有限公司所推崇的仿真工具，一般用于設(shè)計(jì)板級(jí)的模擬以及數(shù)字電路所對(duì)應(yīng)的工具。它包含的輸入方式主要有電路原理圖的輸入以及硬件描述語(yǔ)言的輸入，而且該軟件具有較為完善的仿真分析能力。軟件和硬件工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的原理圖的時(shí)候，完全可以利用Multisim軟件進(jìn)行交互式的搭建，然后對(duì)電路進(jìn)行最后的仿真。Multisim將SPICE仿真的內(nèi)容化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，這樣，使用的工程師即使沒(méi)有對(duì)SPICE仿真技術(shù)有十分深入的了解，也可以很好的對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真、捕獲以及分析等操作，這種情形也更加迎合現(xiàn)在的電子學(xué)教育的目標(biāo)。PCB設(shè)計(jì)工程師以及電子學(xué)的教師等等可以通過(guò)Multisim和虛擬的儀器技術(shù)來(lái)完成從理論到原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程，然后再進(jìn)行仿真，原型設(shè)計(jì)，最后對(duì)項(xiàng)目測(cè)試，直至完成一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過(guò)程。Multisim是InteractiveImageTechnologies交互式技術(shù)形象(虛擬電子工作平臺(tái)）公司推出的一款以Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的仿真工具主要應(yīng)用于板級(jí)電路的設(shè)計(jì)工作，這款軟件具有較完善的仿真分析能力，而且為了使其能夠在更多場(chǎng)合發(fā)揮更好的作用，Multisim發(fā)布了很多的版本信息，這樣使用者可以根據(jù)自己的能力或者是需要使用的功能來(lái)對(duì)軟件的版本進(jìn)行選擇。（1）Multisim對(duì)元器件的管理每一款EDA軟件的質(zhì)量和易用性都是使用者相當(dāng)看重的，而決定這些的因素，則是該軟件中有多少存在的元器件可以供用戶使用，以及提供的元器件的模型是否準(zhǔn)確。Multisim這款軟件就給使用者提供了相當(dāng)多的元器件，這些原器件相對(duì)都是比較準(zhǔn)確的，并且使用者可以根據(jù)自己的需要來(lái)進(jìn)行元器件的篩選和使用，這樣的開(kāi)放式管理使得軟件更加友好，使使用者更加方便。Multisim用來(lái)管理元器件的部分是庫(kù)，使用者可以通過(guò)主菜單下的工具欄內(nèi)的DatabaseManagement來(lái)打開(kāi)對(duì)應(yīng)元器件庫(kù)的管理窗口，從而管理軟件中的元器件庫(kù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)管理窗口中的Database中我們可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，分別為MultisimMaster和User，其中User選項(xiàng)是作為使用者自建的數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)放置用戶自定義的元器件，而MultisimMaster這個(gè)選項(xiàng)中所放置的是軟件本身自帶的元器件的信息。使用者可以對(duì)User選項(xiàng)中的元器件進(jìn)行編輯，但是對(duì)MultisimMaster中的信息只有瀏覽的權(quán)利，并不能對(duì)其中的信息進(jìn)行編輯和修改。當(dāng)選擇了MultisimMaster之后，窗口中的編輯按鈕全部變成無(wú)法選定的灰色，這也就強(qiáng)制的限制使用者對(duì)軟件自帶的信息進(jìn)行修改。但是使用者可以通過(guò)ButtoninToolbar這個(gè)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類(lèi)別器件的表示方法進(jìn)行查詢。之后使用者可以根據(jù)這些信息，在User數(shù)據(jù)庫(kù)的模式下，對(duì)自己編輯和創(chuàng)建的元器件進(jìn)行編輯管理。在MultisimMaster的元器件分為兩種，分別是實(shí)際和虛擬元器件，兩者之間有根本的差別，其中實(shí)際元器件類(lèi)型是與實(shí)際元器件的各方面，例如型號(hào)，參數(shù)，封裝等等都是一一對(duì)應(yīng)的，沒(méi)有數(shù)值和類(lèi)型的改變，如果把這種器件用在設(shè)計(jì)中，可以保證設(shè)計(jì)最后的仿真是偏向于真是情況的，一般不會(huì)出現(xiàn)太大的不對(duì)應(yīng)和數(shù)值的誤差，另外可以不通過(guò)任何手段就將設(shè)計(jì)導(dǎo)出，然后對(duì)PCB進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大減小了項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的工作量。另外一種，也就是虛擬元器件利用的參數(shù)是這種器件的典型值，無(wú)法與實(shí)際的器件進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)，使用者可以改變模型的參數(shù)來(lái)方便自己的設(shè)計(jì)，但是這種類(lèi)型只能夠用于仿真，對(duì)其功能或者是性能進(jìn)行驗(yàn)證和測(cè)試，不能夠?qū)嶋H使用，所以稱為虛擬器件。兩者的工具欄，會(huì)話窗口等等的表示方法也有一定的區(qū)別。在工具欄中打開(kāi)元器件，雖然一些虛擬元器件的圖標(biāo)的形狀樣式和實(shí)際器件的圖標(biāo)都是一樣的，但是按鈕的底色卻有所不同，實(shí)際器件的按鈕是沒(méi)有底色的，而虛擬器件則有底色。細(xì)心觀察的話還是比較容易辨別的。（2）編輯特點(diǎn)Multisim這款EDA工具軟件主要的功能是用于電子電路的設(shè)計(jì)和仿真。屬于是一款可以在個(gè)人的情況下就可以使用的電子設(shè)計(jì)工具，并且運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下，相對(duì)來(lái)說(shuō)具有比較完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。對(duì)于更好的解決理論的學(xué)習(xí)和實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)這兩者的相互融洽性，無(wú)論是在計(jì)算機(jī)的仿真，還是在虛擬儀器技術(shù)方面，Multisim軟件都可以起到不錯(cuò)的作用，初學(xué)者可以很輕松的用軟件進(jìn)行仿真，并且將剛剛學(xué)到的理論數(shù)據(jù)和相關(guān)知識(shí)再現(xiàn)出來(lái)，等到熟練了，還可以利用虛擬的儀器技術(shù)，在一定的操作下創(chuàng)造出屬于個(gè)人的儀表，在電子學(xué)教學(xué)中，Multisim軟件輕易的成為了眾多軟件中的佼佼者。（3）直觀的圖形界面在軟件中，其操作的界面就如同一個(gè)電子實(shí)驗(yàn)的操作臺(tái)，使用者可以直接拖放一些繪制電路圖所能夠用到的元器件，以及一些仿真能夠用到的測(cè)試儀器到使用的屏幕上，可以通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)元器件之間的連接關(guān)系，該軟件的儀器與實(shí)物基本相似，具有同樣的控制面板以及操作的方式方法，最后得出的測(cè)量數(shù)據(jù)，得到的波形以及生成的特性曲線跟現(xiàn)實(shí)的儀器上面看到的基本一樣。（4）豐富的元器件該軟件提供的元器件中，超過(guò)一萬(wàn)七千多種元件都是世界上的主流元件提供商所提供的，同時(shí)，如果想要對(duì)元件的各種具體參數(shù)進(jìn)行修改和編輯也是相對(duì)比較方便的。具有創(chuàng)建模型的功能，分為兩種，一種是通過(guò)模型生成器，一種是用其中的代碼模式來(lái)創(chuàng)建使用者所需要的元器件。（5）強(qiáng)大的仿真能力軟件仿真的引擎相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較強(qiáng)大的，采用的是SPICE3F5以及Xspice的內(nèi)核，通過(guò)Electronicworkbench（電子仿真平臺(tái)）進(jìn)行優(yōu)化，其內(nèi)置的設(shè)計(jì)功能可以優(yōu)化數(shù)字模式以及混合模式的仿真性能。優(yōu)化的類(lèi)型有很多，比如SPICE仿真，MCU仿真的優(yōu)化，VHDL以及射頻仿真的優(yōu)化，電路向?qū)У膬?yōu)化等。（6）具有獨(dú)特的射頻（RF）模塊軟件中提供給使用者一些射頻電路基本的設(shè)計(jì)分析以及仿真驗(yàn)證。射頻模塊是通過(guò)射頻特殊元件（RF-specific包括自定義的RF-SPICE的模型）、用來(lái)創(chuàng)建使用者根據(jù)需要自定的RF模型的一個(gè)模型的生成器、兩個(gè)分別名為頻譜分析儀（SpectrumAnalyzer）以及網(wǎng)絡(luò)分析儀（NetworkAnalyzer）的射頻特殊元件的儀器、一些射頻特殊元件的分析（例如電路的特性、噪聲系數(shù)以及匹配網(wǎng)絡(luò)所對(duì)應(yīng)的單元）等部分組成的。（7）具有強(qiáng)大的微控制單元（MCU）模塊Multisim可以支持的單片機(jī)芯片的種類(lèi)一共有四種，支持仿真的設(shè)備分別有外部的RAM、ROM、外置鍵盤(pán)，LCD等等外置的一些設(shè)備，并分別對(duì)所支持的四種芯片提供匯編以及編譯。所創(chuàng)建的設(shè)計(jì)的項(xiàng)目可以使用C語(yǔ)言代碼，匯編代碼，或者是十六進(jìn)制代碼，并且在第三方工具的源代碼方面也是兼容的。其中包含的高級(jí)調(diào)試功能很多，如設(shè)置斷點(diǎn)，查看或者編輯內(nèi)部的RAM以及具有特殊功能的寄存器，還有單步運(yùn)行等功能都是可以輕松實(shí)現(xiàn)的。（8）具有相對(duì)完善的后處理功能Multisim軟件具有相對(duì)完善的后處理功能，比如說(shuō)對(duì)分析后的結(jié)果進(jìn)行一些數(shù)學(xué)的運(yùn)算操作。進(jìn)行運(yùn)算的種類(lèi)有很多，比如說(shuō)常見(jiàn)的有算數(shù)運(yùn)算，指數(shù)與對(duì)數(shù)的運(yùn)算，向量的運(yùn)算以及邏輯的運(yùn)算等等，還有一些是不太常見(jiàn)的，例如三角運(yùn)算，符合運(yùn)算等等。支持的運(yùn)算操作越多，分析的結(jié)果也就越準(zhǔn)確，所以Multisim在后處理方面還是做的相當(dāng)不錯(cuò)的。（9）可以生成詳細(xì)的報(bào)告以及報(bào)表在設(shè)計(jì)中，往往一份詳細(xì)的報(bào)告或者是報(bào)表可以令使用者的工作量相對(duì)減輕不少。Multisim軟件就是這樣一款軟件，它為用戶提供了七種可生成的報(bào)告類(lèi)型，這七種報(bào)告類(lèi)型分別為：元器件等等數(shù)據(jù)的詳細(xì)報(bào)告、使用材料的清單、網(wǎng)絡(luò)的報(bào)表、設(shè)計(jì)中多余門(mén)電路的報(bào)告、使用的模型所生成數(shù)據(jù)的報(bào)告、設(shè)計(jì)中對(duì)原理圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的報(bào)告以及交叉報(bào)告。（10）兼容性相對(duì)來(lái)說(shuō)非常好的信息轉(zhuǎn)換功能Multisim軟件為使用者提供了設(shè)計(jì)信息的轉(zhuǎn)換功能，在設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，肯定會(huì)用到不同種類(lèi)的程序，而每個(gè)程序之間都有想對(duì)應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和算法，一般是不能夠直接將數(shù)據(jù)使用在其他程序上面的，這個(gè)功能的作用主要是提供給使用者轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)中的原理圖和仿真的一些數(shù)據(jù)到其他程序上的方法，可以將設(shè)計(jì)的原理圖輸出到PCB布線的程序中，例如Ultiboard軟件、P-CAD、Protel或者是OrCAD等這些PCB設(shè)計(jì)軟件。還可以將仿真后的結(jié)果和數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，使其可以直接應(yīng)用到MathCAD、Excel或者是LabVIEW等等這些軟件中去。網(wǎng)表文件等等也是可以經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換然后應(yīng)用到其他文件中的。使得設(shè)計(jì)師能夠在設(shè)計(jì)中省去一些不必要的麻煩。2.6LPC總線LPC總線的出現(xiàn)是INTEL公司為了替代ISA總線與X-bus總線等一些低速總線而推出的多路復(fù)用總線，從而使傳統(tǒng)總線設(shè)備的對(duì)應(yīng)開(kāi)銷(xiāo)大大減小，而且總線對(duì)軟件透明，其接口沒(méi)有特別的配置和驅(qū)動(dòng)，支持可變數(shù)目的等待狀態(tài)，在系統(tǒng)管理模式下可以進(jìn)行存儲(chǔ)器和I/O周期再試，支持喚醒等其他電源狀態(tài)。LPC總線具有較廣的應(yīng)用范圍,可以應(yīng)用于音頻、超級(jí)I/O、BIOS固件存儲(chǔ)器、通用應(yīng)用存儲(chǔ)器以及嵌入式控制器。LPC總線與PCI總線同步，工作在33MHz，可用于實(shí)現(xiàn)南橋與外圍低速設(shè)備的連接。LPC（lowpincount）即低引腳總線，有6個(gè)可選的引腳和7個(gè)必需的引腳，比ISA總線的30個(gè)或者30個(gè)以上的引腳少很多，而且連接更為方便，速度更快。而本課題的研究只需要用到其中的7個(gè)必需的引腳即可實(shí)現(xiàn)。分別為L(zhǎng)AD[3:0]4位的數(shù)據(jù)、地址、控制復(fù)位信號(hào)，reset復(fù)位信號(hào)，CLK33MHz的時(shí)鐘信號(hào)，F(xiàn)RAME#發(fā)起或終止一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期的控制信號(hào)。LPC總線協(xié)議有多種傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型，它的每個(gè)CLK只能傳輸4位數(shù)據(jù)其特點(diǎn)是：reset完成系統(tǒng)的復(fù)位，由主控設(shè)備來(lái)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的FRAME#信號(hào)，開(kāi)始和結(jié)束對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。LAD信號(hào)管理數(shù)據(jù)的傳輸，其中包括，循環(huán)方向、循環(huán)類(lèi)型、芯片選擇、數(shù)據(jù)、地址、等待狀態(tài)等。典型的傳輸時(shí)序如下圖2.1所示。圖2.1LPC總線的基本傳輸時(shí)序圖

第3章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與需求分析3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)通過(guò)內(nèi)部智能程序?qū)δ繕?biāo)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)及診斷，并將診斷結(jié)果代碼一一顯示出來(lái)，結(jié)合POST代碼含義說(shuō)明，用戶就能很快地找出主板故障所在。尤其在不能引導(dǎo)操作系統(tǒng)、黑屏、蜂鳴器不叫時(shí)，使用本卡更能體現(xiàn)其便利性及高效能，快速有效解決令人頭痛而繁雜的電腦故障將事半功倍。利用Inter公司的LPC總線，將計(jì)算機(jī)主板與故障檢測(cè)卡連接起來(lái)，一般的LPC總線存在于PCI插槽中，故障檢測(cè)卡通過(guò)PCI插槽來(lái)讀取主板80H端口發(fā)送出來(lái)的數(shù)據(jù)。在故障檢測(cè)卡的設(shè)計(jì)中，基于LPC總線的設(shè)計(jì)方法至關(guān)重要，其中需要7個(gè)LPC總線的引腳，這七個(gè)引腳對(duì)應(yīng)的信號(hào)分別為：LAD[3:0]這個(gè)4位的數(shù)據(jù)、地址、控制復(fù)位信號(hào)，一個(gè)reset復(fù)位信號(hào)（該信號(hào)主要用于將各個(gè)LPC設(shè)備內(nèi)所存在的內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始化）、一個(gè)作為同步PCI和LPC總線功能的33MHz的CLK時(shí)鐘信號(hào)，以及一個(gè)FRAME#對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷谶M(jìn)行發(fā)起或者終止操作的控制信號(hào)。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)將要使用到一些沒(méi)有PCI插槽的筆記本或者軍工類(lèi)高度集成的主板上，所以，將驅(qū)使故障檢測(cè)卡正常工作的這七個(gè)必須信號(hào)分離出來(lái)后，分別將數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)2x13針腳的插針插槽傳輸?shù)皆O(shè)計(jì)的故障檢測(cè)卡中，故障檢測(cè)卡通過(guò)譯碼等操作，然后利用LED七段顯示器顯示出來(lái)。通過(guò)OrCAD軟件進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)、布局布線等操作后，將生成的gerber文件送至PCB制造商進(jìn)行制造，對(duì)需要使用的元器件進(jìn)行篩選，購(gòu)買(mǎi)。對(duì)做出的PCB板進(jìn)行元器件焊接后，完成硬件描述語(yǔ)言的編輯，燒錄到所選用的FPGA芯片中，對(duì)POST卡進(jìn)行全功能測(cè)試，測(cè)試通過(guò)后，清洗，直至做出POST卡實(shí)體。3.2系統(tǒng)功能需求該設(shè)計(jì)因?yàn)樾枰褂玫揭恍](méi)有PCI插槽的筆記本或者軍工類(lèi)高度集成的主板上，所以不能夠直接使用PCI插槽，轉(zhuǎn)而使用更加節(jié)省面積的插針，這樣只需要在主板中預(yù)留出一個(gè)2x13個(gè)針腳的插槽就可以實(shí)現(xiàn)LPC總線的功能。在故障檢測(cè)卡上，需要選用的可編程邏輯芯片分別為CPLD和FPGA，但是考慮到芯片的可擦寫(xiě)次數(shù)以及功能的需要，最后決定選為FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片為主板故障檢測(cè)卡的精髓所在，譯碼等過(guò)程通過(guò)后，再通過(guò)LED以使用者可以識(shí)別的方式顯示出來(lái)。經(jīng)過(guò)以上的需求調(diào)研，確定該設(shè)計(jì)主要分為以下3個(gè)部分，分別為插針數(shù)據(jù)接口(偽LPC接口)部分、FPGA部分以及顯示（兩個(gè)七段LED燈）部分。3.2.1插針數(shù)據(jù)接口部分這一部分主要的作用是通過(guò)一個(gè)插針來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)卡和計(jì)算機(jī)南橋的數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)FPGA（復(fù)雜可編程邏輯器件）的控制，接收到計(jì)算機(jī)南橋通過(guò)80H口發(fā)送的檢測(cè)代碼。本設(shè)計(jì)中采用相對(duì)簡(jiǎn)單的線路，除了信號(hào)線對(duì)應(yīng)連接，還包括接地線和電源線的正確連接。根據(jù)LPC總線的協(xié)議要求，檢測(cè)卡中采用3.3V及5V兩種電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電路板上各個(gè)部分器件的正常工作。經(jīng)查閱資料，在電壓接入處加入一些0.1u的電容，用來(lái)濾波。從而使電路中電壓更加穩(wěn)定。插針的每個(gè)pin的定義如圖3.1。圖3.1每個(gè)pin的定義3.2.2FPGA部分FPGA部分是整個(gè)設(shè)計(jì)最主要的部分，主要負(fù)責(zé)接收通過(guò)南橋80H接口處傳來(lái)的代碼、對(duì)代碼進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換、處理、存儲(chǔ)以及輸入輸出等功能。它將從插針處得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、鎖存（篩選，分頻）和譯碼，最后把相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送到LED并且顯示出來(lái)。POST卡的基本原理圖如圖3.2所示。圖3.2POST卡基本原理框圖解碼器完成的實(shí)際上就是LPC總線對(duì)應(yīng)的控制功能，通過(guò)FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，用VerilogHDL語(yǔ)言對(duì)FPGA芯片進(jìn)行編程和燒錄，使其完成地址的譯碼功能，串行到并行不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。發(fā)送總線的翻轉(zhuǎn)信號(hào)，完成LED燈的譯碼。LPC控制的實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3.3圖3.3LPC控制狀態(tài)圖（1）HOST將FRAME#置為低電平，傳輸?shù)难h(huán)開(kāi)始并且發(fā)出合適的信息到LAD上。（2）HOST開(kāi)始設(shè)置和循環(huán)對(duì)應(yīng)的信息，像循環(huán)的類(lèi)型、循環(huán)的方向等等。（3）HOST開(kāi)始傳輸?shù)刂?，接下?lái)是數(shù)據(jù)，并且LPC總線切換去檢測(cè)設(shè)備的循環(huán)完成與否。（5）外部設(shè)備通過(guò)LAD表示當(dāng)前總線是否在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送以及循環(huán)的狀態(tài)。（5）外部設(shè)備將LPC總線的控制權(quán)轉(zhuǎn)交給HOST，并且結(jié)束本次循環(huán)。3.2.3顯示（LED）部分LED顯示的信號(hào)線路一共有18個(gè),因?yàn)槭莾蓚€(gè)七段顯示器,所以有兩個(gè)使能信號(hào),分別為L(zhǎng)ED_EN1和LED_EN2，每個(gè)控制的信號(hào)都會(huì)分別傳送到兩個(gè)七段顯示器中，所以LED_（A~H）又一分二成為兩個(gè)信號(hào)。其中在設(shè)計(jì)的時(shí)候給使能信號(hào)加入兩個(gè)100K的上拉電阻，保證信號(hào)更加穩(wěn)定。圖3.4FPGA芯片LED管腳圖3.5LED七段顯示器信號(hào)圖3.3系統(tǒng)非功能需求在這塊主板故障檢測(cè)卡中，還加入了一個(gè)串口功能，可以對(duì)串口進(jìn)行測(cè)試，充當(dāng)了一個(gè)串口檢測(cè)卡，可以對(duì)串口發(fā)送出的信號(hào)進(jìn)行自短接，使得主板可以正常的進(jìn)行232,485信號(hào)的自接發(fā)，由計(jì)數(shù)器和顯示器來(lái)判斷串口功能是否正常，是否會(huì)出現(xiàn)丟包或者是出現(xiàn)錯(cuò)誤包的情況。3.4系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境硬件環(huán)境：AlteraCycloneIIEPM1270T14415N軟件環(huán)境：QuartusII12.1/ModelsimSE6.53.5系統(tǒng)可行性分析3.5.1技術(shù)可行性用硬件描述語(yǔ)言完成的一些電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過(guò)相對(duì)容易的布局，很快的燒錄到FPGA上進(jìn)行功能測(cè)試，是現(xiàn)代IC驗(yàn)證和設(shè)計(jì)的主流方向。FPGA可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的邏輯門(mén)級(jí)電路以及更復(fù)雜的組合功能。例如解碼器，數(shù)學(xué)方程式。在絕大多數(shù)FPGA里，這些元件包含了許多記憶元件，像觸發(fā)器和其他完整的記憶模塊。系統(tǒng)設(shè)計(jì)員可以通過(guò)可編輯連接將FPGA內(nèi)部按需要連接起來(lái)，就如同一個(gè)電路測(cè)試板被放置在了一個(gè)可編程芯片中。一個(gè)成品的FPGA出廠后，連接和邏輯塊可以按照設(shè)計(jì)者的意愿而改變，F(xiàn)PGA可以完全勝任其所需要的相關(guān)邏輯功能。FPGA總的來(lái)說(shuō)相對(duì)與ASIC（專(zhuān)用集成電路）的速度要慢許多，不能夠完成相對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，但是功耗卻低了許多。FPGA還有許多優(yōu)于其他芯片的能力，例如可以被快速成品，可以幾乎無(wú)限次的對(duì)程序中的錯(cuò)誤進(jìn)行修正或者是進(jìn)行燒錄，造價(jià)也相對(duì)更加便宜。3.5.2經(jīng)濟(jì)可行性該設(shè)計(jì)采用了性價(jià)比相對(duì)較高的FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)的功能，極大化的簡(jiǎn)化了電路，并且FPGA相對(duì)功耗較低，體積較小，可以減小系統(tǒng)的故障率，PCB板卡的大小控制在10cm*10cm內(nèi)，盡量讓檢測(cè)卡最簡(jiǎn)化，不僅能保證設(shè)計(jì)的短周期，而且在降低設(shè)計(jì)成本方面也有很好的表現(xiàn)。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第4章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4.1環(huán)境配置硬件環(huán)境：AlteraCycloneIIEPM1270T14415N軟件環(huán)境：QuartusII12.1/ModelsimSE6.5/CadenceRelease16.34.2功能模塊實(shí)現(xiàn)（1）LPC總線接口以及配置對(duì)應(yīng)時(shí)序和波形的實(shí)現(xiàn)LPC總線接口配置對(duì)應(yīng)時(shí)序和波形產(chǎn)生都是通過(guò)對(duì)FPGA芯片EPM1270T14415N編程得到的。由LPC總線協(xié)議能夠設(shè)計(jì)出LPC接口的控制模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，狀態(tài)變化具體的過(guò)程如圖4.1所示。圖4.1LPC總線接口控制模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)LPC總線接口狀態(tài)的變化以及時(shí)序波形配置要求，采用VerilogHDL硬件描述語(yǔ)言對(duì)FPGA芯片進(jìn)行描述，通過(guò)ISE和ModelsimSE軟件編譯、仿真、綜合，并通過(guò)QuartusII下載到芯片中，從而實(shí)現(xiàn)FPGA的初始化配置功能。相關(guān)代碼如下：--thisresultisusedinLPCprocessext_sum<=r_cnt+1;--r_data(3downto0)<="1010";--r_data(7downto4)<="0101";LPC:process(lclk,lreset_n)begin--processLPCiflreset_n='0'then--asynchronousreset(activelow)CS<=RESETs;lad_i<="ZZZZ";elsiflclk'eventandlclk='1'then--risingclockedgecaseCSiswhenRESETs=>lad_i<="ZZZZ";iflframe_n='0'thenCS<=STARTs;r_lad<=lad_i;elseCS<=RESETs;endif;whenSTARTs=>iflframe_n='0'thenr_lad<=lad_i;CS<=STARTs;elsifr_lad="0000"then--mustidentifyCYCTYPEiflad_i(3downto1)="011"then--IOWRITEWILLHAPPENcontrol(9downto2)<="11111110";CS<=RESETs;r_cnt<="000";elsiflad_i(3downto1)="010"thencontrol(9downto2)<="11111101";r_cnt<="000";CS<=RESETs;elsiflad_i(3downto1)="001"thencontrol(9downto2)<="11111011";r_cnt<="000";CS<=ADDRs;elsiflad_i(3downto1)="000"thencontrol(9downto2)<="11110111";r_cnt<="000";CS<=RESETs;elsecontrol(9downto2)<="00000000";CS<=RESETs;endif;endif;whenADDRs=>ifr_cnt="011"thenr_cnt<="000";iflad_i="0000"andr_addr(11downto0)=x"008"thenCS<=DATAs;elseCS<=RESETs;endif;elser_cnt<=ext_sum;r_addr<=r_addr(11downto0)&lad_i;CS<=ADDRs;endif;whenDATAs=>ifr_cnt="000"thenr_data(3downto0)<=lad_i;r_cnt<=ext_sum;CS<=DATAs;elsifr_cnt="001"thenr_data(7downto4)<=lad_i;r_cnt<="000";CS<=TARs;elser_cnt<="000";CS<=RESETs;endif;whenTARs=>ifr_cnt="000"andlad_i="1111"then CS<=TARs; r_cnt<=ext_sum; elsifr_cnt="001"then CS<=SYNCs; r_cnt<="000"; r_wait<="0000"; else CS<=RESETs; r_cnt<="000"; endif;whenSYNCs=>iflad_i="0000"thencontrol(9downto6)<="1111";lad_i<="1111";--########################CS<=LOCAL_TARs;--#######################TARselsiflad_i="0101"thenCS<=SYNCs;control(9downto6)<="1100";elsiflad_i="0110"thenCS<=SYNCs;control(9downto6)<="0011";else r_cnt<="000"; r_wait<="0000";CS<=RESETs;endif;whenLOCAL_TARs=>--############################ifr_cnt="001"then--############################lad_i<="ZZZZ";--############################r_cnt<="000";--############################CS<=RESETs;--############################else--############################ r_cnt<=ext_sum;--############################lad_i<="ZZZZ";--############################CS<=LOCAL_TARs;--############################endif;--############################endcase;endif;endprocessLPC;endrtl;（2）7段LED數(shù)碼管顯示解碼數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)FPGA芯片的譯碼等處理后，給出的兩個(gè)使能信號(hào)分別控制兩個(gè)七段LED數(shù)碼管，而產(chǎn)生的lad_0[7:0]信號(hào)分別控制兩個(gè)7段數(shù)碼管，每當(dāng)南橋的80H地址發(fā)出一個(gè)對(duì)應(yīng)的POSTCODE，F(xiàn)PGA芯片就會(huì)對(duì)其解碼，并且用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，讓使用者可以更直觀的看到主板出現(xiàn)的故障代碼。LED部分相關(guān)代碼如下：architecturertloflpcistypestateis(RESETs,STARTs,ADDRs,TARs,SYNCs,DATAs,LOCAL_TARs);--simpleLCPstatessignalCS:state;signalr_lad:std_logic_vector(3downto0);--adress23bitsonflashsignalr_data:std_logic_vector(7downto0);signalr_addr:std_logic_vector(15downto0);signalr_cnt:std_logic_vector(2downto0);signalr_wait:std_logic_vector(3downto0);signalcontrol:std_logic_vector(9downto0);signalext_sum:std_logic_vector(2downto0);signaltime:std_logic_vector(12downto0);begin--rtlcontrol(1downto0)<="11";lad_i<="ZZZZ";--PassthewholeLPCaddresstothesystem--lpc_addr<=r_addr(23downto0);--lpc_data_o<=r_data;led_en(0)<=time(12)or(nottime(11));led_en(1)<=time(12)ortime(11);--led_en(1downto0)<="00";process(lclk)beginiflclk'eventandlclk='1'thentime<=time+1;iftime(12downto11)="00"thencaser_data(3downto0)iswhen"0000"=>lad_o<="11111100";when"0001"=>lad_o<="00001100";when"0010"=>lad_o<="11011010";when"0011"=>lad_o<="11110010";when"0100"=>lad_o<="01100110";when"0101"=>lad_o<="10110110";when"0110"=>lad_o<="10111110";when"0111"=>lad_o<="11100000";when"1000"=>lad_o<="11111110";when"1001"=>lad_o<="11110110";when"1010"=>lad_o<="11101110";when"1011"=>lad_o<="00111110";when"1100"=>lad_o<="10011100";when"1101"=>lad_o<="01111010";when"1110"=>lad_o<="10011110";when"1111"=>lad_o<="10001110";whenothers=>lad_o<="01101110";endcase;elsiftime(12downto11)="01"thencaser_data(7downto4)iswhen"0000"=>lad_o<="11111100";when"0001"=>lad_o<="00001100";when"0010"=>lad_o<="11011010";when"0011"=>lad_o<="11110010";when"0100"=>lad_o<="01100110";when"0101"=>lad_o<="10110110";when"0110"=>lad_o<="10111110";when"0111"=>lad_o<="11100000";when"1000"=>lad_o<="11111110";when"1001"=>lad_o<="11110110";when"1010"=>lad_o<="11101110";when"1011"=>lad_o<="00111110";when"1100"=>lad_o<="10011100";when"1101"=>lad_o<="01111010";when"1110"=>lad_o<="10011110";when"1111"=>lad_o<="10001110";whenothers=>lad_o<="01101110";endcase;elselad_o<="00000000";endif; endif;endprocess;4.3PCB設(shè)計(jì)部分實(shí)現(xiàn)首先需要使用CadenceOrcad來(lái)進(jìn)行原理圖的制作，打開(kāi)對(duì)應(yīng)的軟件，如圖4.2。圖4.2打開(kāi)Orcad軟件根據(jù)之前的設(shè)計(jì)，對(duì)原理圖進(jìn)行繪制，新建一個(gè)原理圖project，并對(duì)元器件進(jìn)行相應(yīng)的繪制。在界面中可以明顯的看到它的層次關(guān)系，如圖4.3。圖4.3項(xiàng)目的層次關(guān)系在繪制過(guò)程中按P放置元件，W繪制相應(yīng)導(dǎo)線，Orcad的庫(kù)文件，常用的元件在Discrete.olb目錄里，其他的元器件也是可以搜索的，如果沒(méi)有的話就需要自己進(jìn)行制作了。原理圖完成，結(jié)果如圖4.4。圖4.4檢測(cè)卡PCB原理圖當(dāng)原理圖畫(huà)完之后就需要填寫(xiě)對(duì)應(yīng)的封裝信息，對(duì)原理圖中的元器件進(jìn)行雙擊，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)頁(yè)面，按照規(guī)則填入對(duì)應(yīng)的封裝信息，如圖4.5。圖4.5元件的封裝信息封裝信息等填寫(xiě)完畢，最小化原理圖，選中層次表中的.dsn文件，并且生成網(wǎng)表文件，如圖4.6。圖4.6生成網(wǎng)表文件網(wǎng)表文件生成以后，就可以進(jìn)行元器件的布局與布線了，當(dāng)布局布線完成后我們可以通過(guò)打開(kāi).brd文件來(lái)對(duì)已經(jīng)畫(huà)好的PCB版圖進(jìn)行查看和修改，如圖4.7。圖4.7布局布線完畢的PCB版圖其中正反面的3D視圖如圖4.8和圖4.9。圖4.8正面3D版圖圖4.9反面3D版圖當(dāng)PCB版圖繪制完畢，進(jìn)行各種規(guī)則的檢查，修改完善后輸出gerber文件，將文件送至PCB制造廠商處進(jìn)行PCB板制造。制造回來(lái)后對(duì)元器件進(jìn)行焊接和測(cè)試。直至正常使用。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第5章系統(tǒng)測(cè)試對(duì)生產(chǎn)焊接完畢的檢測(cè)卡進(jìn)行全功能測(cè)試，首先檢查外觀是否完好，在外觀完好的情況下對(duì)個(gè)別電容進(jìn)行阻抗測(cè)試，看看是否有短路的現(xiàn)象出現(xiàn)，尤其是3.3V和5V的供電電路，如果出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致芯片燒毀。當(dāng)這些都測(cè)試完畢，開(kāi)始主板故障檢測(cè)卡的功能測(cè)試，找到對(duì)應(yīng)的測(cè)試主板，將事先準(zhǔn)備好的排針連接主板故障檢測(cè)卡和計(jì)算機(jī)的主板，將主板連入ATX電源，給主板上電，使主板開(kāi)機(jī)，這時(shí)可以看到主板檢測(cè)卡也隨之點(diǎn)亮，并且開(kāi)始跑碼，最后當(dāng)計(jì)算機(jī)正常進(jìn)入軟開(kāi)機(jī)的模式，檢測(cè)卡的LED屏幕停留在00或者是FF，表示檢測(cè)卡可以正常工作。如圖5.1。圖5.1正常開(kāi)機(jī)后LED顯示00為了使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確，對(duì)已經(jīng)確定問(wèn)題的計(jì)算機(jī)主板進(jìn)行測(cè)試，首先找到一塊內(nèi)存插口不良的主板，正常情況下主板故障檢測(cè)卡應(yīng)該跑的碼為38，對(duì)此主板進(jìn)行檢測(cè)，得到的結(jié)果也