Quartus ii 100教程包含modelsim仿真.docx
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Quartus ii 100教程包含modelsim仿真.docx
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Quartusii100教程包含modelsim仿真
Quartusii10.0教程
说明
本文的部分章节,来源于本人翻译的TerasicDE2-115的英文入门文档。
平台
硬件:
艾米电子EP2C8-2010增强版套件
软件:
QuartusII10.0+ModelSim-Altera6.5e(QuartusII10.0)StarterEdition
内容
∙典型的CAD流程
∙开始
∙新建工程
∙录入Verilog设计
∙编译设计
∙引脚分配
∙仿真设计电路
∙编程及配置到FPGA器件
∙测试设计电路
典型的CAD流程
计算机辅助设计(CAD)软件,使得运用可编程逻辑器件实现所需逻辑电路,变得容易。
比如现场可编程门阵列(FPGA)。
典型的FPGACAD设计流程如图1所示。
图1典型的FPGACAD设计流程
CAD流程包含以下步骤:
∙设计输入——所需电路可通过原理图方式或硬件描述语言方式(如Verilog或VHDL)进行设计。
∙综合——输入的设计被综合进入由逻辑元素(LEs,FPGA芯片提供)组成的电路中。
∙功能仿真——综合电路被测试以验证其功能是否正确,次仿真不考虑时序因素。
∙布局布线——CADFitter工具决定网表中定义的LEs如何布置成FPGA芯片中的实际LEs。
∙时序分析——分析已布局布线电路中的不同路径的传播延迟,用以指示所需电路的性能。
∙时序仿真——测试已布局布线电路,验证其是否在功能和时序上都正确。
∙编程及配置——设计的电路,通过编程配置开关,被实现到一个物理的FPGA芯片。
配置开关用于配置LEs和建立所需线路连接。
本指南介绍QuartusII软件的基本特征。
展示如何使用Verilog硬件描述语言来设计和实现电路。
使用GUI来实现QuartusII指令。
通过本份指南,读者将学习到:
∙新建工程
∙使用Verilog代码录入设计
∙将综合的电路布局到AlteraFPGA
∙分配电路的输入输出到FPGA上的指定引脚
∙仿真设计电路
∙编程配置艾米电子EP2C8核心板上的FPGA芯片
1.开始
在QuartusII中设计的每个逻辑电路或子电路,叫做一个工程。
软件每次运行一个工程,并将所有信息保存在单一文件夹中。
欲开始一个新的逻辑电路设计,第一步就是新建一个文件夹来保存文件。
为了保存本指南的设计文件,在D盘新建introtutorial文件夹。
指南者运行的范例为一个简单的双路灯控电路。
打开QuartusII软件,将看到类似于图2的画面。
该显示画面包括若干窗口,用户可使用鼠标选择,以访问QuartusII软件的相关功能。
QuartusII提供的大多数命令都可用菜单形式来访问。
例如,在图2中,在File标签下点击左键,可打开如图3所示的菜单。
用左键单击Exit可退出QuartusII软件。
图2QuartusII主体显示
图3File菜单一例
对于有些命令,需要连续访问两个或以上的菜单才可以使用。
1.1QuartusII在线帮助
QuartusII软件提供了容易理解的在线文档,可解答许多在使用软件时遇到的问题。
用户可通过选择Help>Search来快速访问帮助话题,在打开的对话框中,可以输入关键字。
另外一个方法是,内容感应帮助,以快速查找指定话题的文档。
在大多数的应用中,按住键盘上的F1键将打开一个显示该应用的可用命令的帮助窗口。
2新建工程
按如下步骤新建工程:
1.选择File>NewProjectWizard,以打开图4所示窗口,可通过Don'tshowmethisintroductionagain跳过此窗口步骤。
单击Next,出现图5所示窗口。
图4引导的任务显示
图5创建新的工程
2.选择工作文件夹introtutorial,也可以使用您自己设定的文件夹。
工程必须有一个名字,通常情况下,与顶层设计实体的名字相同。
如图5所示,选择light作为工程名和顶层实体名。
单击Next。
因为还没有创建introtutorial文件夹,QuartusII弹出一个对话框,询问是否新建所需文件夹,如图6所示。
单击Yes,将会引出图7所示的窗口。
图6创建新的工程文件夹与否?
图7添加用户指定设计文件
3.如果没有已存在的设计文件,单击Next,将会打开如图8所示的画面。
图8选择器件家族和指定的器件
4.艾米电子EP2C8核心板采用的器件为CycloneIIEP2C8Q208C8。
此处选择CycloneII器件家族,器件为PQFP封装,有208个引脚,速度等级为8。
单击Next,出现图9所示画面。
图9指定第三方EDA工具
5.用户可指定一些第三方EDA工具。
持续Simulation选用ModelSim-Altera,格式为VerilogHDL。
单击Next,出现图10所示窗口。
6.设置一览如图10所示。
单击Finish,返回QuartusII主体窗口。
标题栏将显示light工程,如图11所示。
图10工程设置一览
图11QuartusII显示已建工程
3使用Verilog代码设计输入
作为一个设计范例,我们将采用双路的灯控电路,如图12所示。
此灯可由两个按键中的任一按键来控制,x1和x2,按键的闭合相应的逻辑值为1。
真值表也同时在图中给出。
注意输入x1和x2是异或的关系,但是我们仍然用门来显示。
图12灯控电路
所需电路,如图13所示,使用Verilog代码来描述。
注意,Verilog模块叫做light,这个图5所示的名称是一致的。
此代码的编辑可以使用任何可存储ASCII码的文本编辑器,或者使用QuartusII自带的编辑器。
当然,文件的名称可以任意取;而和顶层Verilog模块的名称一致,是一个设计惯例。
文件名称必须带.v扩展名,用以指示此文件为Verilog文件。
所有,我们使用light.v这个名称。
图13图12所示电路的Verilog代码
3.1使用QuartusII文本编辑器
本节将展示如何使用QuartusII文本编辑器。
如果你喜欢使用其他文本编辑器来创建Verilog源文件,可以逃过此节。
选择File>New打开图14所示窗口,选择VerilogHDLFile,并单击OK。
这将打开文本编辑器窗口。
第一步是指定所创建的文件的名称。
选择File>SaveAs,打开图15所示的对话框。
选择存储类型为VerilogHDLFile,填写名称为light.v。
单击Save,打开图16所示窗口。
输入图13所示的代码。
使用Ctrl+s保存该文件。
图14选择新建的文件类型
图15命名文件
图16文本编辑器窗口
3.1.1使用Verilog模板
对于设计者来说,Verilog的语法有时很难被记住。
为了解决问题,文本编辑器提供了Verilog模板集。
这些模板提供了不同类型的Verilog表达的范例,譬如module声明、always块和设置语句的陈述。
可以通过Edit>InsertTemplate>VerilogHDL来浏览这些模板,以熟悉这些资源,这是相当值得的。
3.3添加设计文件到工程中
正如图7所讨论的那样,我们可以告诉QuartusII软件,哪些文件是当前工程的一部分。
要查看当前的light工程中已包含的文件列表,选择Assignment>Setting>File,这将打开图17所示画面。
另外一个可用的方法是选择标签Project>Add/RemoveFilesinProject。
使用QuartusII文本编辑器创建文件时,勾上Addfiletocurrentproject选项,所创建文件即自动加入到工程文件列表。
如果使用的不是QuartusII自带的文本编辑器,那么图17,列表中就没有所创建的文件,此时必须手动添加文件到工程文件列表中。
欲添加文件到工程文件列表中,单击图17中的FileName:
的按钮,弹出图18所示对话框,选择light.v,单击Open。
再次查看图17画面,此时所添加的文件就已经在文件列表了。
需要注意的是,在大多数案例中,QuartusII软件可根据各个实体自动找到正确的文件,即使某些文件没有被认真地添加到工程中。
然而,对于包含许多文件的复杂工程,按照上述方法,添加指定所需文件到工程中,是一个很好的设计惯例。
图17设置窗口
图18选择文件
4编译设计电路
在light.v中Verilog代码,要经过几个QuartusII工具的处理:
分析代码、综合电路以及生成目标芯片的实现内容。
这些应用程序被聚集在一起,且被称作编译器。
选择Processing>StartCompilation运行编译器,或者单击
按钮运行。
在编译过程中,QuartusII的左边会显示不同阶段的进度。
编译成功(或不成功)后,会弹出一个对话框。
单击OK确认。
QartusII会显示图19所示画面的编译报告。
当编译成功后,也可以通过
按钮手动打开编译报告。
图19编译报告
在此窗口的左面,列出了许多信息的列表。
如图19所示,本工程使用了1个LE和3个引脚。
4.1错误
在编译期间,QuartusII在消息窗口,会显示生成的消息。
如果此Verilog设计正确,其中一条消息就会显示编译成功及无错误。
如果编译不是零错误,那么在Verilog代码中,至少有一个错误。
在这种情况下,与错误对应的消息就会在消息窗口显示。
双击某条错误信息,该信息将会滚动显示完整;并且打开QuartusII自带文本编译器,Verilog代码中的某行将被高亮显示。
类似的,编译器也会显示许多警告消息。
同样的方法也适用于查看完整的警告消息。
针对于某条错误或警告消息,想得到更多信息,可选住此条消息,然后按住F1功能键,即可查看。
我们将light.v的最后一行改成endmodules,重新编译。
QuartusII弹出对话框,报告编译错误;单击OK,以确认。
编译报告如图20所示。
在消息窗口,单击Error标签,显示图21所示消息。
双击第一条错误信息,QuartusII文本编辑器打开light.v,最后一行被高亮,如图22所示。
修正代码,重新编译,直至成功为止。
图20编译报告
图21错误信息
图22指示错误代码的位置
5引脚分配
在艾米电子EP2C8-2010增强版套件中,我们使用LED[1]代表f,SW[1]和SW[2]分别代表x1和x2,所需引脚映射如图23所示。
使用文本编辑器,新建一文件,命名为pins’list.txt。
录入图24所示内容。
选择Assignments>ImportAssignments,打开图25所示窗口。
选择pins’list.txt路径,单击OK导入引脚配置。
选择Assignments>PinPlanner(或单击
按钮),打开图26所示窗口,查看引脚是否分配正确。
图23所需引脚映射
图24引脚分配文件——pins’list.txt
图25导入设置
图26查看引脚分配
5.1配置未用引脚
未用引脚需要一定得约束,倘若没有这些约束,就有可能出现一些莫名其妙的问题。
选择Assignments>Device>DeviceandPinOptions>UnusedPins,打开图27所示窗口。
一般情况下,按照图28所示配置。
图27配置未用引脚
图28配置未用引脚为三态输入
6仿真所设计的电路
在艾米电子EP2C8-2010增强版套件实现所需电路之前,审慎的做法是,先仿真以确定所设计电路是否正确。
下面将介绍如何使用ModelSim-Altera仿真:
6.1新建testbench文件
使用文本编辑器新建testbench文件,文件类型与图9一致,命名为light_tb.v;不要勾Addfiletocurrentproject选项,即不可加入到Quartus工程文件夹列表。
录入图29所示代码。
图29light_tb.v
6.2设置ModelSim-Altera路径
第一次使用需要先设置ModelSim-Altera路径。
选择Tools>Options>General>EDAToolOptions,打开EDA工具选择,如图30所示,设置路径。
单击OK,返回QuartusII主题界面。
图30设置ModelSim-Altera路径
6.3添加仿真所需测试文件
选择Assignments>Setting>EDAToolSetting>Simulation,打开图31所示窗口。
在NativeLinksetting下,选择Compiletestbench:
标签,单击TestBenches按钮,打开图32所示窗口。
单击New,弹出设置窗口,命名Testbenchname:
为light_tb(与前面编写light_tb.v一致);在Filename:
处,点击…按钮,添加light_tb文件路径;单击Add,完成后如图33所示。
连续三次单击OK,返回QuartusII主题窗口。
图31仿真选项设置
图32指定TestBenches
图33添加TestBenches
6.4开始仿真
选择Tools>RunEDASimulationTool>EDARTLSimulation,进行RTL仿真;或者选择Tools>RunEDASimulationTool>EDAGateLevelSimulation,进行门级仿真。
此处以RTL仿真为示范。
选择选择Tools>RunEDASimulationTool>EDARTLSimulation,弹出图34所示仿真画面。
稍等片刻,波形就会显现。
图34ModelSim-Altera仿真画面
在Wave窗口右上角,单击
,最大化Wave窗口,方便查看波形,如图35所示。
将鼠标放在想要查看的波形上面,按住Ctrl键,滚动鼠标滚轴,可以很方便地放大缩小波形。
图35查看波形
7编程及配置FPGA器件
7.1安装下载电缆驱动
∙USB-Blaster用户,请参考
∙ByteBlasterII用户,请参考
∙EthernetBlaster用户,请参考
7.2JTAG编程
将USB-Blaster与FPGA开发板连接在一起,打开FPGA开发板电源,回到QuartusII主题窗口。
选择Tools>Progrmmer或单击
按钮,打开图35所示窗口。
选择Mode为JTAG。
缺省情况下,USB-Blaster没有被选中,单击HardwareSetup按钮,在弹出的窗口选择USB-Blaster,如图36所示,单击Close退出。
图36编程器窗口
图37硬件设置窗口
如图37所示,light.sof已被列入窗口。
如果没有列入的话,单击AddFile,选择light.sof文件加入。
这是一个由编译器的汇编模块生成的二进制文件,它包含配置FPGA器件的数据。
.sof文件后缀,表示SRAM目标文件(SRAMObjectFile)。
同时可以注意到,选中的器件为EP2C8Q208,即艾米电子EP2C8套餐所用器件。
勾上Program/Configure,单击Start开始下载。
图38下载SRAM目标文件
8测试设计电路
下载完毕后,就可以测试实现的电路了。
使用SW[1]和SW[2]输入所有可能值,观察LED[1]亮灭是否和预期一致。
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