EDA技术3-QUARTUS使用方法

第三章

QUARTUSⅡ使用方法1厦门理工学院通信系刘虹3.1QUARTUSⅡ图形编辑输入

QuartusII软件为适应广大MAX+PLUSⅡ软件应用工程人员的需要，提供了QuartusII和与MAX+PLUSⅡ兼容的两种主界面。

Quartus主界面窗口MAX+PLUSⅡ主界面窗口2厦门理工学院通信系刘虹为了方便电路设计，设计者首先应当在计算机中建立自己的工程目录（如d:\myeda）。将自己的全部EDA设计文件放在文件夹中。注意：工程文件夹的名称不要使用汉字，最好也不要使用数字。3厦门理工学院通信系刘虹QuartusII原理图输入的基本操作编辑原理图编译设计文件仿真引脚锁定硬件调试编程下载4厦门理工学院通信系刘虹1）编辑输入图形设计文件使用QuartusII设计电路系统之前，需要先建立设计项目（Project）。例如，用图形编辑法设计8位加法器adder8时，需要先建立adder8的设计项目。在QuartusII集成环境下，执行“File”菜单的“NewProjectWizard”命令，弹出如图所示的新建设计项目对话框的“NewProjectWizard:Directory,Name,TOP-LevelEntuty[page1of5]”页面（新建设计项目对话框共5个页面）。5厦门理工学院通信系刘虹设计项目名和顶层文件实体名可以同名，一般在多层次系统设计中，以与设计项目同名的设计实体作为顶层文件名。6厦门理工学院通信系刘虹新建项目对话框的第2页面用于增加设计文件，包括顶层设计文件和其他底层设计文件。如果顶层设计文件和其他底层设计文件已经包含在工程文件夹中，则在此页面中将这些设计文件增加到新建项目中。7厦门理工学院通信系刘虹新建项目对话框第3页面用于设置编程下载的目标芯片的类型与型号。在编译设计文件前，应先选择下载的目标芯片，否则系统将以默认的目标芯片为基础完成设计文件的编译。目标芯片选择应根据支持硬件开发和验证的开发板或试验开发系统上提供的可编程逻辑器件来决定。不同的适配板上的可编程逻辑不同。8厦门理工学院通信系刘虹

新建设计项目对话框的第4页面用于设置第三方EDA工具软件的使用，一般情况下可以设置为“不使用”（在第三方工具软件选择框不出现“√”）。9厦门理工学院通信系刘虹

新建设计项目对话框的第5页面用于显示新建设计项目的摘要，用鼠标点击此页面下方的“Finish”按钮，完成新设计项目的建立。10厦门理工学院通信系刘虹

新的项目建立后，在QuartusII集成环境下，执行“File”菜单的“New”命令，在弹出编辑文件类型对话框中，选择“BlockDiagram/SchematicFile”（模块/原理图文件）方式，进入QuartusII图形编辑方式的窗口界面。

编辑文件类型对话框11厦门理工学院通信系刘虹

在原理图编辑窗中的任何一个位置上用双击鼠标，弹出一个元件选择窗。

元件选择框基本逻辑元件库参数可设置的强函数元件库基本逻辑元件库中的元件由此输入所需要的元件名MAX+plus库12厦门理工学院通信系刘虹

在8位加法器adder8的设计中，将电路设计需要的2个4位加法器74283以及输入、输出元件符号调人图形编辑框中，根据8位加法器设计的原理图，用鼠标完成电路内部的连接以及与输入、输出元件的连接，并将相应的输入元件符号名分别更改为“A[7..0]”和“B[7..0]”，把输出元件的名称分更改为“SUM[7..0]”和“COUT”，如图所示。其中A[7..0]和B[7..0]是两个8位加数输入端，SUM[7..0]是8位和数输出端，COUT是向高位进位输出端。电路设计完成后，用“adder8.bdf”为文件名保存在工程目录中。8位加法器的原理图13厦门理工学院通信系刘虹2）编辑设计图形文件

执行QuartusII主窗口“Processing”菜单的“StartCompilation”命令，或者在主窗口上直接用鼠标左键点击“开始编译”命令按钮，开始对adder8.bdf文件进行编译。14厦门理工学院通信系刘虹3）仿真设计文件

a.建立波形文件执行QuartusII主窗口“File”菜单的“New”命令，在弹出编辑文件类型对话框，选择对话框“OtherFiles”中的“VectorWaveformFile”方式，进入QuartusII波形编辑方式，弹出新建波形文件编辑窗口界面。新建波形文件编辑窗口界面15厦门理工学院通信系刘虹b.输入信号节点在波形编辑方式下，执行“Edit”菜单下的“InsertNodeorBus…”命令，或在波形文件编辑窗口的“Name”栏中点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“InsertNodeorBus…”命令，弹出插入节点或总线（InsertNodeorBus…）对话框，。在“InsertNodeorBus…”对话窗口中首先点击“NodeFinder…”键，弹出节点发现者（NodeFinder）对话框。插入信号节点对话框节点发现者对话框16厦门理工学院通信系刘虹

在“NodeFinder”对话框的“Filter”栏目中，用选择“Pins:all”项，再点击“Start”按钮，这时在窗口左边的“NodesFound:”（节点建立）框中将列出该设计项目的全部信号节点。若在仿真中需要观察全部信号的波形，则点击窗口中间的“>>”按钮；若在仿真中只需要观察部分信号的波形，则首先用鼠标左键将信号名点黑选中，然后点击窗口中间的“>”按钮，选中的信号即进入到窗口右边的“SelectedNodes:”（被选择的节点）框中。如果需要删除“SelectedNodes:”框中的节点信号，也可以用鼠标将其选中，然后点击窗口中间的“<”按钮。节点信号选择完毕后，点击“OK”按钮。17厦门理工学院通信系刘虹c.设置波形参量

QuartusII默认的仿真时间域是1us，如果需要更长时间观察仿真结果，可执行“Edit”命令菜单中的“EndTime…”选项，在弹出的如图所示的“EndTime”（设置仿真时间域）对话框中，输入适当的仿真时间域（如10us），后点击“OK”按钮完成设置。设置仿真时间域对话框18厦门理工学院通信系刘虹d.编辑输入信号为输入信号编辑测试电平或数据的示意图如图所示。仿真编辑窗口的左侧各种功能选择按钮的主要功能及使用方法如下：

为输入信号编辑测试电平或数据示意图放大/缩小工具未初始化（U）强未知（X）0电平（强0）1电平（强1）高阻（Z）弱0（L）弱1（H）计数值任意值随机值时钟弱未知（W）无关（DC）反相选择工具文本工具编辑工具全屏显示发现替换19厦门理工学院通信系刘虹e.波形文件存盘执行“File”选项的“Save”命令，完成波形文件的存盘。f.运行仿真器执行“Processing”中的“StartSimulation”命令，对设计电路进行仿真。

8位加法器的仿真波形20厦门理工学院通信系刘虹

4）编程下载设计文件

编程下载是指将设计处理中产生的编程数据文件通过EDA软件放到具体的可编程逻辑器件中去的过程。对CPLD器件来说是将JED文件下载（DownLoad）到CPLD器件中去，对FPGA来说是将位流数据BG文件配置到FPGA中去。编程下载需要可编程逻辑器件的开发板或试验开发系统支持。21厦门理工学院通信系刘虹

3.2QuartusII文本编辑输入法设计

设计步骤与原理图编辑输入法一致，只是在新的项目建立后，在QuartusII集成环境下，执行“File”菜单的“New”命令，在弹出编辑文件类型对话框中，选择“VHDLFile”（文本编辑）方式，进入QuartusII文本编辑方式的窗口界面，并保存为*.V文件。22厦门理工学院通信系刘虹3.3嵌入式逻辑分析仪使用

QuartusⅡ软件中的SignalTapⅡ逻辑分析仪是非插入式的，可升级，易于操作。SignalTapⅡ逻辑分析仪允许设计者在设计中用探针的方式探查内部信号状态，帮助设计者调试FPGA设计。

23厦门理工学院通信系刘虹SignalTapⅡ逻辑分析仪支持下面的器件系列：StratixⅡ、Stratix、StratixGX、CycloneⅡ、Cyclone、APEXⅡ、APEX20KE、APEX20KC、APEX20K、Excalibur和Mercury。24厦门理工学院通信系刘虹在设计中嵌入SignalTapⅡ逻辑分析仪有两种方法：第一种方法是建立一个SignalTapⅡ文件(.stp)，然后定义STP文件的详细内容；第二种方法是用MegaWizardPlug-InManager建立并配置STP文件，然后用MegaWizard实例化一个HDL输出模块。

25厦门理工学院通信系刘虹26厦门理工学院通信系刘虹

3.4LPM_ROM宏模块应用使用QuartusII的MegeWizardPlug-InManager中的宏功能模块可以帮助用户完成一些复杂系统的设计，并可以方便地对现有的设计文件进行修改。这些宏功能模块包括LPM（LibraryParameterizedMegafunction）、MegaCore（例如FFT、FIR等）和AMMP（AlteraMegafunctionPartnersProgram，例如PCI、DDS等）。下面以波形发生器的设计为例，介绍QuartusII宏功能模块的使用方法。27厦门理工学院通信系刘虹3.4.1设计原理在波形发生器的原理图中，lpm_counter0是LPM计数器，lpm_rom0是LPM只读存储器（ROM）。ROM中保存的是某种波形信号（如锯齿波或正弦波）的数据，其地址由计数器lpm_counter0提供。lpm_counter0是一个8位加法计数器，在时钟的控制下计数器的输出q[7..0]由00000000到11111111循环变化，使ROM输出周期性的波形信号的数据。波形发生器的原理图28厦门理工学院通信系刘虹3.4.2编辑输入顶层设计文件首先为波形发生器建立新的设计项目“mydds”，并选择Cyclone系列的EP1C6Q240C8作为设计项目的下载目标芯片。然后执行“File”菜单的“New”命令，打开一个新的“BlockDiagram/SchematicFile”编辑窗口。29厦门理工学院通信系刘虹1.加入计数器元件用鼠标双击原理图编辑窗，在弹出的元件选择窗的“Libraries”栏目中选择“arithmetic”的“lpm_counter”（计数器）LPM元件。LPM是参数化的多功能库元件，每一种LPM元件都具有许多端口和参数，通过对端口的选择与参数的设置得到设计需要的元件。pm_counter元件选择窗30厦门理工学院通信系刘虹

计数器元件选定后用鼠标点击“OK”按钮，弹出“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”对话框页面。在该对话框页面中，选择VerilogHDL（或VHDL）作为输出文件的类型，并将生成的计数器名称及保存的文件夹输入到“Whatnamedoyouwantfortheoutputfile？”栏目中。MegaWizardPlug-InManager[page2c]对话框页面31厦门理工学院通信系刘虹

完成上述操作后，点击“Next”按钮，进入计数器参数设置的下一个对话框页面“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page1of4]”。在此页面中设置计数器的q输出位数为8bit，时钟输入clock的有效边沿为“Uponly”（上升沿有效）。时钟边沿也可以选择“Downonly”（下降沿有效）或“Updown”（双边沿有效）。LPM_COUNTER[page1of4]”对话框页面32厦门理工学院通信系刘虹

完成计数器此页的参数设置后点击“Next”按钮，进入计数器参数设置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page2of4]”对话框页面。在此对话框页面中，选择计数器的类型为“Plainbinary”（二进制）。计数器的类型除了二进制外，还可以选择任意模值，如5、10、60等。另外，计数器还可以增加一些输入或输出端口，如“ClockEnable”（时钟使能）、“Cary-in”（进位输入）、“CountEnable”（计数器使能）和“Cary-out”（进位输出）。

LPM_COUNTER[page2of4]”对话框页面33厦门理工学院通信系刘虹完成计数器此页的参数设置后点击“Next”按钮，进入计数器参数设置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page3of4]”对话框页面。此页面用于为计数器添加同步或异步输入控制端，如“Clear”（清除）、“Load”（预置）等。LPM_COUNTER[page3of4]”对话框页面34厦门理工学院通信系刘虹

点击“Next”按钮，进入计数器参数设置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page4of4]”对话框页面，这是计数器参数设置的最后一个页面，主要用于选择生成计数器的输出文件，如VHDL的文本文件“lpm_rom0.vhd”、图形符号文件“lpm_rom0.bsf”等。至此，计数器参数设置完成，用鼠标左键点击点击“Finish”按钮结束设置。LPM_COUNTER[page4of4]”对话框页面35厦门理工学院通信系刘虹

2.建立存储器初值设定文件为了将数据装入ROM中，在加入并设置ROM之前，应首先建立一个存储器初值设定文件（或称为.mif格式文件）。①在QuartusII集成环境下，执行“File”菜单的“New”命令，打开一个新的“Memoryinitializationfile”（存储器初值设定文件）编辑窗口，在弹出的存储器参数设置对话框中输入存储器的字数（Numberofwords）为256，字长（Wordsize）为8位。存储器参数设置对话框36厦门理工学院通信系刘虹②存储器的参数设置结束后点击“OK”按钮，弹出存储器初值设定文件的界面，将此文件以.mif为类型属性（如mydds.mif）保存在工程目录中。在存储器初值设定文件的界面中，执行AddressRadix项则可对存储器的地址基数进行选择，地址有Binary、Decimal、Octal和Hexadecimal等4种基数数制选择。执行MemoryRadix项则可对存储器单元中的数据基数进行设置，存储器数据有Binary、Hexadecimal、Octal、SignedDecimal和UnsignedDecimal等5种基数选择。存储器初值设定文件的界面37厦门理工学院通信系刘虹③将数据加入存储器初值设定文件中。新建的存储器初值设定文件中的数据全部为0，在存储器初值设定文件的界面可以直接输入每个存储器字的数据，也可以用鼠标点击文件界面，在弹出的格式文件操作快捷菜单提示下，完成数据输入。“CustomFillCells”对话框格式文件操作快捷菜单38厦门理工学院通信系刘虹例如，在弹出的格式文件操作快捷菜单中选择“CustomFillCells”（块填充）项，在弹出“CustomFillCells”对话框的“Startingaddress”栏目内输入起始地址（如00），在“Endingaddress”栏目内输入结束地址（如ff）；将“Incrementing/Decrementing”选中后，在“StartingValue”栏目中输入起始值（如0），在“Incrementby”（或Decrementby）栏目中输入增加（或减少）值（如2）。完成上述操作后点击“OK”按钮，结束.mif格式文件中的数据填充。数据填充的结果为：从00地址开始到ff地址结束，数据由00值开始存储于00地址单元，并将此值递增2后填入下一个存储单元；当递增的值大于8位二进制数的最大值（即255）后，数据又从00值开始重新填写，直至结束地址为止。用上述方法产生的存储器初始数据实际是一个锯齿波发生器的数据。39厦门理工学院通信系刘虹

3.加入只读存储器ROM元件用鼠标双击原理图编辑窗，在弹出的元件选择窗的“Libraries”栏目中选择“storage”的“lpm_rom”（只读存储器ROM）LPM元件。用鼠标点击“OK”按钮后弹出“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”对话框页面。在该对话框页面中，选择VHDL（或VerilogHDL）作为输出文件的类型，并将生成的只读存储器名称及保存的文件夹）输入到“Whatnamedoyouwantfortheoutputfile？”栏目中。MegaWizardPlug-InManager[page2c]对话框40厦门理工学院通信系刘虹完成上述操作后，点击“Next”按钮，进入ROM参数设置的下一个对话框页面“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page1of4]”。在此页面中设置ROM的q输出位数为8bit，字数为256，采用单时钟控制方式。LPM_ROM[page1of4]对话框页面41厦门理工学院通信系刘虹完成页的参数设置后点击“Next”按钮，进入ROM参数设置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page2of4]”对话框页面。此对话框页面用于选择ROM的clken（时钟使能）和aclr（清除）输入控制端（本例设计不选择）。

LPM_ROM[page2of4]对话框页面42厦门理工学院通信系刘虹完成此页的参数设置后点击“Next”按钮，进入ROM参数设置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page3of4]”对话框页面。在此页面的“Doyouwantto…”栏目中选中“Yes，usethisfileforth