Board Bringup

FPGA 原型和板级 Bringup 技能

当用户需要进行 FPGA 原型验证或硅后板级验证时，启用此技能。提供从静态检查到系统测试的完整 bringup 流程和问题调试方法。

When to Activate

• 新 FPGA 原型项目启动
• 新 PCB 第一次上电 bringup
• 硅后芯片第一次测试
• 板级功能问题调试
• 量产前验证测试

步骤 1：静态检查（不开电）

一定要做，不开电检查出问题比上电烧器件好。

1.1 目视检查

做什么： 检查 PCB 外观和器件焊接。

检查项：

• PCB 有没有明显损伤、划痕
• 器件有没有焊反、焊歪
• 极性器件（电容、二极管）方向正确
• 芯片方向正确（引脚 1 位置）
• 有没有少件、多件
• 有没有连锡短路

1.2 电源短路检查

做什么： 确认电源和地之间没有短路。

怎么做：

1. 万用表设置电阻档
2. 测量每个电源轨到地的电阻
3. 记录电阻值
4. 电阻 < 10Ω 可能短路，需要排查

输出： 电源电阻表

1.3 导通性检查

做什么： 确认所有关键网络连通。

检查项：

• 电源轨从电源到芯片引脚导通
• 地网络导通
• 时钟信号从源到芯片导通
• JTAG 信号导通
• 复位信号导通

1.4 无源器件检查

做什么： 检查关键无源器件值正确。

检查项：

• 电源去耦电容值正确
• 晶振负载电容正确
• 复位上拉/下拉电阻正确
• 终端电阻正确

检查清单：

• 目视检查完成
• 电源无短路
• 导通性检查完成
• 无源器件检查完成

步骤 2：第一次上电

安全第一，电流限制，慢慢升压。

2.1 设置电源保护

做什么： 设置电源电流限制，防止烧坏。

怎么做：

1. 可编程电源设置电流限制
   - 起始限制：100mA - 500mA（根据预期电流）
   - 电压：从 0V 开始
2. 连接电源到板子
3. 准备万用表和示波器

2.2 缓慢上电

做什么： 缓慢升压，观察电流。

怎么做：

1. 从 0V 开始，缓慢升压
2. 观察电流变化
3. 每升 0.1V 停顿，观察
4. 到达目标电压后稳定

正常现象：

• 电流平滑上升
• 达到预期静态电流后稳定
• 没有突然跳变

异常现象：

• 电流突然跳变 → 立即断电
• 电流超过限制 → 立即断电
• 有冒烟/异味 → 立即断电

2.3 测量电源轨电压

做什么： 测量每个电源轨电压正确。

输出： 电源电压表

2.4 检查器件温度

做什么： 手摸或热像仪检查器件温度。

检查项：

• 所有器件温度正常
• 没有异常发热器件
• 电源芯片温升合理

检查清单：

• 电流限制设置正确
• 上电过程顺利
• 静态电流正常
• 电源电压正确
• 器件温度正常

步骤 3：时钟和复位测试

3.1 测量参考时钟

做什么： 示波器测量参考时钟。

测量项：

• 频率是否正确
• 幅度是否正确
• 占空比是否正确
• 边沿是否干净

输出： 时钟测量表

3.2 配置并测试 PLL

做什么： 配置 PLL，检查锁定。

步骤：

1. 配置 PLL 分频系数
2. 使能 PLL
3. 等待锁定
4. 测量输出频率

检查项：

• PLL 能够锁定
• 输出频率正确
• 锁定时间符合规格

3.3 测试复位

做什么： 测试复位信号时序正确。

测量项：

• 复位有效电平正确
• 复位释放电平正确
• 复位持续时间符合规格
• 复位释放顺序正确

检查清单：

• 参考时钟正确
• PLL 锁定正确
• 各时钟频率正确
• 复位时序正确

步骤 4：配置接口测试

4.1 连接调试接口

做什么： 连接 JTAG/SWD 调试接口。

步骤：

1. 连接调试器到板子
2. 打开调试软件
3. 尝试连接

检查项：

• 调试器能够连接
• 能够识别芯片 ID
• ID 码正确

4.2 基本寄存器测试

做什么： 测试寄存器读写正确。

测试项：

1. 读取 ID 寄存器 → 值正确
2. 写入测试寄存器 → 写入成功
3. 回读测试寄存器 → 读出正确
4. 写入另一个值 → 读出正确

4.3 加载配置（FPGA）

做什么： 加载配置比特流。

步骤：

1. 加载比特流到 FPGA
2. 检查加载成功状态
3. 检查 DONE 引脚状态

检查项：

• 比特流加载成功
• DONE 引脚变高
• FPGA 进入工作状态

⚠️ 如果这一步过不去，不要往下走，一定先解决。

检查清单：

• 调试接口连接正常
• 芯片 ID 识别正确
• 寄存器读写正确
• 配置加载成功（FPGA）

步骤 5：模块逐个测试

从最简单到最复杂，一个模块测试通过再下一个。

5.1 GPIO 测试

测试项：

• GPIO 输出高低电平正确
• GPIO 输入读取正确
• GPIO 方向控制正确

5.2 UART 测试

测试项：

• 能够发送数据
• 能够接收数据
• 波特率正确
• 回环测试通过

5.3 I2C/SPI 测试

测试项：

• 能够检测到从设备
• 能够读写从设备寄存器
• 波特率正确

5.4 存储器测试

测试项：

• 能够写入数据
• 能够读出数据
• 写入和读出一致
• 遍历所有地址测试

5.5 DDR 测试

测试项：

• DDR 初始化成功
• 写入数据正确
• 读取数据正确
• 带宽测试符合预期

5.6 核心功能测试

测试项：

• 核心功能正常工作
• 数据通路正确
• 控制通路正确

检查清单：

• GPIO 测试通过
• UART 测试通过
• I2C/SPI 测试通过
• 存储器测试通过
• DDR 测试通过
• 核心功能测试通过

步骤 6：系统集成测试

6.1 模块间接口测试

测试项：

• 模块间数据传输正确
• 模块间控制信号正确
• 模块间时序正确

6.2 完整应用测试

测试项：

• 完整应用场景运行正常
• 数据端到端正确
• 性能满足要求

6.3 压力测试

测试项：

• 长时间运行（24小时+）
• 高负载运行
• 温度升高后运行正常

6.4 极限测试

测试项：

• 最高频率测试
• 最低电压测试
• 高温测试
• 低温测试

检查清单：

• 模块间接口测试通过
• 完整应用测试通过
• 压力测试通过
• 极限测试通过

常见问题定位

问题 1：电源电流过大

可能原因：

• 电源地短路
• 器件焊错
• 芯片损坏

排查步骤：

1. 断电，测量电源地电阻
2. 逐个断开电源域
3. 找到短路区域
4. 定位短路器件

问题 2：JTAG 连接不上

可能原因：

• 接线错误
• 电源不对
• 复位不对
• 速度太快

排查步骤：

1. 测量每个信号线
2. 测量电源电压
3. 测量复位电平
4. 降低 JTAG 速度

问题 3：PLL 不锁定

可能原因：

• 参考时钟不对
• 配置不对
• 电压不对

排查步骤：

1. 示波器测量参考时钟
2. 检查配置寄存器
3. 测量 PLL 电源

问题 4：功能偶发错误

可能原因：

• 时序余量不够
• 跨时钟域问题
• 电源噪声

排查步骤：

1. 降低工作频率
2. 增加同步级数
3. 测量电源纹波

调试方法论

二分法

1. 问题在前半还是后半
2. 砍掉一半
3. 重复，缩小范围

隔离法

1. 禁用所有无关模块
2. 只保留问题相关模块
3. 排除其他影响

对比法

1. 和仿真波形对比
2. 和已知好的板子对比
3. 找出差异

文档要求

记录每次 bringup：

反模式（要避免）

❌ 上来就跑完整系统 → 不知道哪里错了 ❌ 不记录结果 → 忘了做到哪了 ❌ 电流过大继续加电 → 烧坏器件 ❌ 跳过分步测试 → 找不到问题

代理协作

• 使用 validation-engineer 代理进行板级验证
• 自动化测试脚本使用 eda-scripting 技能开发