原本一个很普通的时钟管理芯片，通过自带软件用串口很容易就能够进行配置，但尝试着写FPGA代码进行配置却遇到了各种困难，等最终问题解决后才发现，是忽略了一个很小的细节。硬件调试就是这样，只要是没有调试经验，一个很小的细节就有可能耽搁很长时间。正如现在做芯片一样，大家最耽误不起的就是时间。市场的时间窗口一过，即便做出来了，也没有任何意义了。所以，经验的积累非常重要，平常点点滴滴的经验积累，可能以后在不经意的时候用上，并且还起到非常重要的作用。画一条线值一元钱，但知道往哪里画，什么时候画这条线却可能值一百万元。

图一

图二

配置前，我们通过读芯片的引脚功能介绍，获取各个引脚的输入输出特性，包括引脚的功能，电压等信息。

接下来进行寄存器的配置，手册在gettingstarted给了一个AD9558的初始化流程图，系统时钟初始化子框图，APLL初始化子框图。读完这些流程图之后你会发现自己更加迷惑！这些流程图只有大体的流程框架，没有具体的寄存器配置顺序和相应的寄存器值。

谈到寄存器的配置顺序和其对应的值，首先要去手册最后查看每一个寄存器所代表的含义。从register map我们可以看到下面的图，寄存器地址为16位，最高位都是0，也即是说地址有效位是低12位，数据位D7-D0分别对应不同的含义，最后一列是寄存器的默认值。不同的寄存器配置的功能有所区别，比如0x0101开始的一系列寄存器对应的就是系统时钟的配置，其他的在手册上也有具体说明。

了解了寄存器的功能之后我们需要了解，寄存器的值是怎么配置到芯片内部的。其实在开头的芯片管脚处，我们就能看到命名为spio/spo等的管脚，顾名思义，数据通过spi总线，以串行的方式配置到寄存器内。

Spi总线读写时序图我们也可以从手册查到：

上图可以看到，spi总线核心是三个信号，片选信号cs（低有效），时钟信号和sdio数据信号。这里面sdio信号由四部分组成，R/W为1时代表读，为0代表写。接下来的W1,W0指示数据传输类型（00代表一次发1字节数据，01代表一次发2字节，10代表一次发3字节，11代表流模式）。上图显示了一次传输2字节的情况，在已知初始地址的情况下地址会自加。

所以我们在配置寄存器时只要将片选信号拉低，在时钟上升沿时让24位的数据从低到高依次传输，数据的构成按照上图的结构，在传输完成时拉高片选信号。

在具体的配置中，我们根据芯片公司提供的配置软件，手动输入需要配置的参数，如系统时钟频率，参考时钟频率，输出时钟频率，输出端口片选，软件会自动计算出相应寄存器的参数。下图左为配置软件打开的初始化界面，下图右为时钟配置wizard界面。可以看到我们选择参考时钟c和参考时钟d输入，频率都为125Mhz。

配置好的界面如下图：

此软件配置的寄存器地址及其值还可以通过file-setup files进行导出。

遇到的问题及解决思路

下面说一下配置时遇到的问题及解决思路。

按照上面的思路，我们将由配置软件导出的文件转化成coe文件，通过rom读出，然后以spi串行时序由fpga输入到ad9558芯片，但是配置完成后没有时钟输出。

此时的现象是可以通过vio配置和读取寄存器的值，但是读到的0D01寄存器的值为0X16，0D01寄存器是状态指示寄存器，0X16代表系统时钟pll没有锁定。

我们可以看到，系统时钟没有锁定则过程1没有输出，那么后面的过程2和过程3更不可能稳定了。查看coe文件我们发现，导出的寄存器地址按照从小到大的顺序排列，由此我们怀疑，寄存器配置应该遵循特定的顺序，不是地址从小到大的顺序配置。

为了获取寄存器的正确配置顺序，我们想到了通过usb串口捕获软件，捕获通过配置软件配置的寄存器的顺序和值。捕获软件的界面如下：

捕获到的值如下：

经过分析，我们认为长度为24且连续输出的是有效信息，其他的是usb板卡和电脑之间的通信信息。

我们取每个两位数据的第二位，然后四个二进制数组合成一个十六进制数，最后上图对应的就是000501，也就是地址为0005的寄存器值为01，该寄存器起到更新IO的作用。为了提高效率，我们使用python处理文本，得到了软件配置时的寄存器配置顺序和相应的值。Python程序如下：

接下来按照上文的配置方法，将rom里的coe文件通过fpga写到AD9558芯片。但是结果仍然出人意料，还是没有时钟输出！

为了做到fpga配置和软件配置的一致性，我们查看电路图，发现usb下载器对应的管脚和fpga下载的管脚之间仅仅隔了电阻，可以认为是直连。

这时我们有了新思路，既然usb下载管脚和fpga下载管脚直连，那么通过usb下载的数据在进入到AD9558芯片的同时也会进入到fpga，我们只要将fpga相应管脚全部设为input类型即可捕获usb下载的数据。为了保证不对fpga造成伤害，我们通过万用表测试了usb管脚的输出电压，同时用示波器捕获了usb板卡配置寄存器时的输出波形。

万用表测试结果为3.3V左右，通过fpga捕获到的sclk的波形如上图，我们可以看到usb板卡的输出信号类似于一种门控时钟，在片选信号拉底时时钟也停止。

由此我们怀疑，是否要将自己的配置信号波形完全做成这个样子，即是否要加上门控时钟，是否要将频率降低？

我们之前的配置频率是25Mhz，上面示波器读到的频率为227Hz左右，而通过fpga捕获到的波形频率大致为1Mhz左右。

再次查看手册，spi总线支持40Mhz以下的时钟，我们决定不更改自己的时钟，

同时，手册上也说明，不关心cs拉高时的时钟和数据值。由此说明，不是配置的时钟频率或者门控的问题。

接下来的操作就有点“玄学”了，使用usb板卡进行配置就能成功，但是fpga输入同样的东西结果却是错的，我怀疑usb板卡在配置完成后会给出一个“结束信号”，用此信号标志配置完成，然后芯片收到“结束信号”后才进行时钟输出。

抱着这个想法，我先通过fpga将配置信息烧进板子，然后接上usb板卡，此时我打开usb串口捕获软件进行捕获，由于没有打开ad9558配置软件，串口捕获软件还没捕获到任何信息，但是chipscope却触发了。也就是说通过fpga配置之后，只需要插上usb板卡，不需要用软件进行配置，芯片就有时钟输出。但是只插上usb板卡，不通过fpga进行配置，芯片仍无时钟输出。与此同时，串口捕获软件没有捕获到任何信息，说明板卡没有发送任何信息。那就奇怪了？usb板卡没输出信息但是却让AD9558芯片产生时钟输出！

usb板卡如下：

为了找出板卡到底怎么对通过fpga配置后的AD9558芯片起作用，我将板卡的杜邦线一根根与芯片进行连接，最后发现sync连接到芯片上时，芯片就有时钟输出了！我用万用表测试了sync的电压，发现usb板卡的sync电压为3.3v，但是芯片上对应的sync为0.3v，然后去芯片手册查询sync功能，发现sync作用时同步复位，低有效，也就是说我们之前一直没配成功的原因是：没有进行复位！插上usb板卡后，芯片输入sync为高，取消复位！

其实一开始就应该发现，这里有两个复位信号，但是我们由于思维惯性，仅接了reset一个复位信号，导致排查问题排查了好久，做了许多无用功！

这也告诉我们一个道理，在问题排查时要从全局开始，首先看复位，时钟以及有效信号，再查看内部具体的原因。进行芯片相关的应用时，一定要认真读芯片的配置手册，要了解芯片的逻辑和电路特征，这样也许一开始就发现，sync信号为低了。