chap4Quartus

1、Chap4 集成开发平台 Quartus 操作基础第三步：第三步：将以上的设计输入编译成标准的VHDL/ Verilog HDL文件，然后将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真 系统划分系统划分第一步：第一步：按照“自顶向下”的设计方法进行系统划分。 概念设计概念设计行为描述行为描述源文件源文件第二步：第二步：输入VHDL /Verilog HDL代码 编译器编译器功能仿真功能仿真报告文件报告文件报告文件报告文件代码文件代码文件第四步：第四步：利用综合器对源代码进行综合优化处理，生成门级描述的网表文件 综合器综合器报告文件报告文件网表文件网表文件第五步：第五步：利用门级网表加入实际时延等约束进行

2、时序仿真 时序仿真时序仿真报告文件报告文件网表文件网表文件适配器适配器第六步：第六步：如果整个设计超出器件的宏单元或I/O单元资源,可以将设计划分到多片同系列的器件中。 编程器编程器PLDPLD实现实现第七步：第七步：将适配器产生的器件编程文件通过编程器或下载电缆载入到目标芯片FPGA中 。 编程文件编程文件图形方式图形方式Verilog HDLVerilog HDL/VHDL/VHDL语言语言 PLD的开发工具nMAXPLUS、QuartuswAltera公司的第三代、第四代PLD开发系统nVCSwSynopsys公式的开发系统nNcVerilogwCandence公司发布的电路设计功能仿真

3、模型工具 QuartusIIn是Muxplus的“升级版”n目前Altera公司不再对MaxplusII进行升级维，但在QuartusII中允许将软件界面设置为MaxplusII风格。安装QuartusII时，软件会自动询问准备使用何种界面：QuartusII还是Maxplusn然后设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描述语言）建立设计，Quartus软件把这些设计转自动换成最终所需的格式。Quartus基本操作及应用 n欢迎界面4.1 新建工程即工程名称，推荐用顶层文件名即工程名称，推荐用顶层文件名基于一个存在的工程和设置，重新建基于一个存在的工程和设置，重新建立一个新的工程立

4、一个新的工程增加设计文件增加设计文件选择器件系列，可用筛选选项快速定位器件选择器件系列，可用筛选选项快速定位器件选择特定的型号选择特定的型号n默认的界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、资源管理窗口、编译状态显示窗口、信息显示窗口和工程工作区等部分组成。 标题栏n显示当前工程的路径和工程名菜单栏工具栏资源管理窗口n显示当前工程中所有相关的资源文件工程工作区n当Quartus实现不同的功能时，此区域将打开对应的操作窗口，显示不同的内容，进行不同的操作，如器件设置、定时约束设置、编译报告等均显示在此窗口中。编译状态显示窗口n此窗口主要显示模块综合、布局布线过程及时间。信息显示窗口n该窗口主要显示模块综

5、合、布局布线过程中的信息，如编译中出现的警告、错误等，同时给出警告和错误的具体原因。关闭已经存在的工程n方法一：n方法二：n方法三：关闭Quartus软件打开已经存在的工程(*.qpf)n方法一：在Quartus界面下操作n方法二：在window界面下操作双击！双击！Quartus软件的输入法n1)原理图输入方式wBlockDiagram/SchematicFilen2)文本输入方式wVHDLFile、VerilogHDLFilen3)其他wAHDL输入方式、模块输入方式、第三方EDA工具产生的文件以及混合使用以上几种设计输入方法进行设计4.2 输入设计文件4.2.1 文本输入法(*.v,*.

6、vhd,) 确点：n1）文本输入法没有原理图输入法直观。n2）需要专门的硬件描述语言知识。优点：n1）文本输入方法灵活且功能强大。n2）复杂电路设计中修改容易文本输入编辑器特性模板4.2.2 原理图输入法(*.bdf,*.gdf)n也称为图形编辑输入法,不需要任何硬件描述语言的知识n弹出如图所示的元件选择窗口Symbol对话框w在图形编辑窗口中的任何一个位置双击鼠标w点击图中的“符号工具”按钮w选择菜单Edit下的InsertSymbol命令n元器件选择w用鼠标点击单元库前面的加号(+),库中的元件符号以列表的方式显示出来,选择所需要的元件符号,该符号显示在Symbol对话框的右边，点击OK按

7、钮,添加相应元件符号在图像编辑工作区中,连接原理图。Quartus中宏功能模块的调用方法n使用Quartus软件的MegaWizardPlug-InManager中的宏功能模块可以帮助用户调用Quartus内部已有的IP（知识产权）核来完成一些复杂系统的设计，并可以方便的对调用的IP核的参数进行修改。n下面以一个调用lpm_counter宏功能模块来实现一个十六进制的加法同步计数器为例，简单介绍宏功能模块的使用。w设计开始前新建立一个名为counter16的工程，在工程中新建一个新的bdf文件，选择Quartus主窗口的Tools菜单下的MegaWizardPlug-InManager命令，进

8、入MegaWizardPlug-InManager对话框，然后依此进行参数的设定。优点：n1）可以与传统的数字电路设计法接轨，即使用传统设计方法得到电路原理图，然后在Quartus平台完成设计电路的输入、仿真验证和综合，最后下载到目标芯片中。n2）它将传统的电路设计过程的布局布线、绘制印刷电路板、电路焊接、电路加电测试等过程取消，提高了设计效率，降低了设计成本，减轻了设计者的劳动强度。缺点：n1）原理图设计方法没有实现标准化，不同的EDA软件中的图形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方式都不同，因此兼容性差，难以交换和管理。n2）由于兼容性不好，性能优秀的电路模块的移植和再利用非常困

9、难难以实现用户所希望的面积、速度以及不同风格的综合优化。n3）原理图输入的设计方法不能实现真实意义上的自顶向下的设计方案，无法建立行为模型，从而偏离了电子设计自动化最本质的涵义顶层用原理图，方便查看和连接下层用文本文件，灵活设计4.2.3 原理图输入与文本输入结合Quartus编译器的主要任务是对设计项目进行检查并完成逻辑综合，同时将项目最终设计结果生成器件的下载文件。4.3 对输入文件的编译编译过程n包括分析与综合(Analysis&Synthesis)、适配(Fitter)、编程(Assembler)、时序分析(ClassicalTimingAnalysis)4个环节w1、分析与综合：设计

10、文件进行分析和检查输入文件是否有错误n菜单命令是主窗口Process菜单下StartStartAnalysis&Synthesisn对应的快捷图标是在主窗口的工具栏上的；w2、适配(Fitter)：在适配过程中，完成设计逻辑器件中的布局布线、选择适当的内部互连路径、引脚分配、逻辑元件分配等n对应的菜单命令是主窗口Process菜单下StartStartFitterw3、编程(Assembler)：产生多种形式的器件编程映像文件，通过软件下载到目标器件当中去n菜单命令是主窗口Process菜单下StartStartAssemblerw4、时序分析(ClassicalTimingAnalyzer)

11、：计算给定设计与器件上的延时，完成设计分析的时序分析和所有逻辑的性能分析n菜单命令是主窗口Process菜单下StartStartClassicalTimingAnalyzern对应的快捷图标是在主窗口的工具栏上的。n如果对编译的四个环节一次完成，称为全编译w选择Quartus主窗口Process菜单下StartCompilation命令w在主窗口的工具栏上直接点击图标编译结果n编译完成以后，编译报告窗口CompilationReport会报告工程文件编译的相关信息，如编译的顶层文件名、目标芯片的信号、引脚的数目等等。仿真的目的就是在软件环境下，验证电路的行为和设想中的是否一致。仿真分为功能仿

12、真和时序仿真。n功能仿真着重考察电路在理想环境下的行为和设计构想的一致性n时序仿真则在电路已经映射到特定的工艺环境后，考察器件在延时情况下对布局布线网表文件进行的一种仿真。仿真一般需要建立波形文件、输入信号节点、编辑输入信号、波形文件的保存和运行仿真器等过程。4.4 文件仿真波形文件是用直观波形绘制的方法用来为设计产生输入激励信号。利用QuartusII波形编辑器可以创建矢量波形文件(.vwf)4.4.1 波形文件设置(.vwf) n1、打开波形编辑器窗口wQuartus主界面FileNew，弹出新建对话框；在新建话框中选择Verification/DebuggingFiles标签页，从中选择

13、VectorWaveformFile，点击OK按钮，则打开一个空的波形编辑器窗口。w波形编辑器窗口主要分为信号栏、工具栏和波形栏n2、输入信号节点w1)打开信号选择窗口(InsertNodeorBus对话框)n方法一：在波形编辑方式下，执行Edit菜单中InsertNodeorBus命令。n方法二：在波形编辑器左边信号栏的空白处点击鼠标右键w2)添加信号节点n点击InsertNodeorBus对话框中的NodeFinder按钮，弹出NodeFinder窗口，在此窗口中添加信号节点。n3、编辑输入信号w在波形编辑器中指定输入节点的逻辑电平变化，编辑输入节点的波形。w在仿真编辑窗口工具栏中的各种功

14、能选择按钮，主要用于绘制、编辑波形，给输入信号赋值。具体功能如下：n：在波形文件中添加注释；n：修改信号的波形值，把选定区域的波形更改成原值的相反值；n：全屏显示波形文件；n：放大、缩小波形；n：在波形文件信号栏中查找信号名，可以快捷找到待观察信号；n：将某个波形替换为另一个波形；n：给选定信号赋原值的反值；n：输入任意固定的值；n：输入随机值n：给选定的信号赋值,X表示不定态,0表示赋0,1表示赋1，Z表高阻态,W表弱信号,L表低电平,H表高电平,DC表示不赋值n：设置时钟信号的波形参数，先选中需要赋值的信号，然后鼠标右键点击此图标弹出Clock对话框，在此对话框中可以设置输入时钟信号的起始

15、时间(StartTime)、结束时间(EndTime)、时钟脉冲周期(Period)，相位偏置(Offset)以及占空比。n：给信号赋计数值，先选中需要赋值的信号，然后鼠标右键点击此图标弹出如下图所示的CountValue对话框，然后赋值.n4、仿真w开始仿真n方法一：主界面菜单栏processingSimulatorTool，打开仿真窗口nwn方法二：1)主界面菜单栏AssignmentsSettings进入参数设置页面,然后单击SimulationSettings开始设置;2)主界面菜单栏ProcessingGenerateFunctionalSimulationNetlist命令，生成功

16、能仿真网表文件；3)主界面菜单栏ProcessingStartSimulation进行功能仿真;或主界面工具栏进行功能仿真；4)主界面工具栏进行时序仿真。n输入信号设置n功能仿真结果n时序仿真结果4.4.2 测试文件(testbench)设置n采用测试文件进行仿真需要借助于第三方的仿真工具modelsimw第一次使用modelsim要进行EDAtool的位置设置：nToolsOptionsGeneralEDAToolOptionsModelSim-Altera，设置其按照的路径w主界面菜单栏Processingstartstarttestbenchtemplatewrite,自动生成testb

17、ench模板到项目的文件夹simulation里面，后缀名为.vtw在Quartus界面打开.vt文件，进行编辑修改。wQuartus主界面菜单栏AssignmentsEDAToolSetting打开设置窗口,选择Simulaiton,在打开的窗口中进行设置w点击ToolsRUNEDAsimulationToolsRUNRTLsimulation即可。若无错误，系统可自动调用Modesim,直到弹出仿真图形。4.5 编译下载设计文件对设计进行验证后，即可对目标器件进行编程和配置，下载设计文件到硬件中进行硬件验证。Quartus编程器Programmer最常用的编程模式是JTAG模式和主动串行编

18、程模式AS。nJTAG模式主要用在调试阶段；n主动串行编程模式用于板级调试无误后将用户程序固化在串行配置芯片EPCS中。n1、JTAG编程下载模式w此方式的操作步骤主要分为3步：n1)、选择Quartus主窗口的Tools菜单下的Programmer命令或点击图标，进入器件编程和配置对话框。n如果此对话框中的HardwareSetup后为“NoHardware”，则需要选择编程的硬件。点击HardwareSetup，进入HardwareSetup对话框，在此添加硬件设备。n2)、配置编程硬件后，选择下载模式，在Mode中指定的编程模式为JTAG模式；n3)、确定编程模式后，单击添加相应的counter.sof编程文件，选中counter.sof文件后的Program/Configure选项，然后点击图标下载设计文件到器件中，Process进度条中显示编程进度，编程下载完成后就可以进行目标芯片的硬件验证了。n2、AS主动串行编程模式wAS主动串行编程式的操作步骤如下：n1)、选择Quartus主窗口Assignments菜Device命令，进入Settings对话框的Device页面进行设置。n2)、选择