EDA试验技术讲义119.docx

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EDA试验技术讲义119

EDA技术试验讲义

厦门大学电子工程系

一、试验目的

通过试验课的学习要求掌握QuartusII和Modelsim软件的安装和使用，并且通过使用现在流行的EDA软件能够进行简单的数字逻辑设计。

二、软件安装

1、QuartusII开发软件安装

双击setup.exe进行软件安装，安装完成后，点击ToolsLicenseSetup进行license指定。

2、Modelsim模拟器安装

点击Modelsim安装文件setup.exe，按照提示进行软件安装。

软件安装完后进行环境变量设置：

Win2000和XP系统中需要设置的是环境变量。

以WindowsXP为例，你可打开我的电脑属性，高级选项，单击环境变量，就会出现如下画面：

图1.1

列在上面的是用户变量，下面的是环境变量，建议在用户变量栏设置较好。

栏内有两项，一项是变量，一项是值。

可以看到它只是将win98下的格式中的set和=去掉了，其它并没有不同：

在变量栏中填入变量名称，如LM_LICENSE_FILE、SYNPLICITY_LICENSE_FILE，再在值一栏中输入完整路径和license文件名就搞定了！

如果EDA软件在安装时没有生成设置变量栏，则可以点击新建按钮，按照上述格式输入就行了。

三、电路仿真

在完成了电路的设计和测试文件的撰写之后（以ALU设计为例进行）：

1、在QuartusII软件中建立项目：

在File选项中选择建立新项目，按照软件提示进行，并选择FLEX器件型号为EPF10K10LC84－4。

在第三方工具中可以选择EDA仿真工具为Modelsim（也可以不用Modelsim而使用QuartusII自带的仿真工具）如下图所示：

图2.1

2、添加设计输入：

在File表单中添加设计文件如下图所示：

图2.2

或者通过点击FileNewDeviceDesignFile创建HDL文件进行设计输入。

3、编译：

点击ProcessingStartCompilation进行编译。

4、静态时序分析

如下图所示观察静态时序分析的结果。

图2.3

5、进行仿真

点击FileNewOtherFiles创建VectorWaveformFile（波形文件）。

选择View>UtilityWindows>NodeFinder。

在Filter中选择Pins:

all，然后点击list后，选择信号添加进波形文件中。

手动输入数据后，点击ProcessingStartSimulation。

进行仿真可以在仿真设定中选择功能仿真（Functional）或时序仿真（Timing）。

6、编程下载

在仿真完成后，将验证正确的电路下载到指定的器件中，就可以进行电路的硬件测试。

打开下载窗口ToolsOpenProgrammer后设置JTAG链如下图所示：

图2.4

然后进行下载如下所示：

图2.5

7、利用Moelsim进行功能仿真

使用QuartusII软件自带的仿真软件进行功能和时序仿真时，需要手工加入波形文件，比较麻烦。

可以采用第三方仿真工具进行仿真。

在ModelSim中建立Project。

如图2.1所示，点击FileNewProject，得到CreateProject的弹出窗口，如图3.2所示。

在ProjectName栏中填写你的项目名字如：

myalu，建议和你的顶层文件名字一致。

ProjectLocation是你的工作目录，你可通过Brose按钮来选择或改变。

DefaultLibraryName可以采用工具默认的work。

图3.1

图3.2

a）添加文件到project下：

ModelSim会自动弹出AddItemstotheproject窗口，如图3.3所示。

选择AddExistingFile后，根据相应提示将文件加到该Project中。

图3.3

b）编译：

编译（包括源代码和库文件的编译）。

编译可点击CompileCompileAll来完成。

c）装载文件：

如图3.4，双击myalu_tb库进行装载。

图3.4

d）仿真：

如图3.5添加信号到仿真波形中。

图3.5

在命令窗口中输入仿真命令run5us，如图3.6所示：

图3.6

仿真波形图3.7所示：

图3.7

e）波形信号的保存：

有时，在波形窗口内拖放了较多的信号，可以保存起来以便以后调入。

在wave窗口，File->Saveformat，保存成*.do文件。

以后需要调入时，在modelsim主窗口命令行内执行：

do*.do即可。

8、利用Modelsim进行时序仿真

在功能仿真的基础上加入时延文件“.sdf”文件的仿真就是时序仿真。

优点是：

比较真实的反映逻辑的时延与功能，缺点是速度比较慢，如果逻辑比较大，那么需要很长的时间。

在这里仿真以Altera的器件为例。

利用经过综合布局布线的网表和具有时延信息的反标文件进行仿真，可以比较精确的仿真逻辑的时序是否满足要求。

为了利用Modelsim进行时序仿真，需要在QuartusII项目中第三方仿真工具中选择要使用的仿真工具，Modelsim。

在QuartusII中重新编译myalu项目。

在Quartus项目目录下simulation\modelsim\下就会出现延迟文件myalu_vhd.sdo和网表文件myalu.vho。

将这两个文件拷贝到Modelsim项目目录中。

同时将Quartus安装目录下（altera\quartus42\eda\sim_lib）的库文件拷贝到Modelsim项目目录中。

需要拷贝的文件如下：

stratixii_components.vhd，stratixii_atoms.vhd。

将myalu.vho，stratixii_components.vhd，stratixii_atoms.vhd三个文件添加到项目工作区中，按照stratixii_atoms.vhd，stratixii_components.vhd，myalu.vho的顺序对项目文件进行编译。

说明：

在编译stratixii_atoms.vhd，stratixii_components.vhd文件之前先建立一个新的库，名字为stratixii，如图4.0所示：

如图4.0

修改stratixii_atoms.vhd，stratixii_components.vhd文件编译库为stratixii,如图4.1所示：

图4.1

进行编译，编译结束后，启动仿真，如图4.2、4.3所示进行设定：

图4.2

图4.3

也可以在命令窗口使用命令进行仿真设定：

vsim–sdftyp/myalu_tb/uut=D:

/mywork/examination/modelsim/src/myalu_vhd.sdo\

work.myalu_tb（myalu_tb）

现在可以按前面的方法添加信号进行仿真，仿真结果如图4.4所示：

图4.4

图中可以看出时序输出q，同功能仿真的输出q不同，其输出包含延迟信息。

四、试验

1、设计一个电路模块，可完成两个4位二进制无符号整数的加、减、乘、除法运算，并用VHDL语言实现其基本功能（60％）。

并进行优化，主要针对速度。

可以考虑采用超前进/借位的方法实现加、减法；采用BOOTH快速算法实现乘法器（40％）。

ALU包含加法模块，乘法模块，除法模块；减法操作可以利用加法模块实现。

顶层模块，包含这3个子模块。

加法器接口：

输入数据A，B（4bit）

低位进位Cin

进位输出Cout

乘法模块接口：

输入数据A，B（4bit）

时钟输入Clk

数据加载load

输出输出qout（4bit）

计算结果指示done

除法模块接口：

被除数dividend

除数divisor

商quotient

余数remainder

数据加载load

计算结果指示done

其结构框图如下：

译码电路：

用来选择电路的输出为哪个电路模块的输出。

可以考虑

设置optional为2bit信号，其值有4种情况，00、01、11、10。

设00对应于加法器输出，01对应于减法器输出，11对应于乘法器输出，10对应于除法器输出。

case（Optional）

00：

q<=加法器输出；

01：

q<=减法器输出；

11：

q<=乘法器输出；

10：

q<=除法器输出；

endcase

2、设计实现4阶有限冲击响应（FIR）（附加实验）（40％）。

滤波器系数如下：

H0=1;

H1=2;

H2=2;

H3=1;

要求用VHDL语言实现该滤波器：

输入信号如下：

1．Clock，输入时钟

2．reset，RESET信号

3．Datain，滤波器输入信号，16BIT字长

输出信号：

Firout，滤波器输出。

数字滤波器设计

当数字滤波器的传递函数可用下式表示时：

滤波器最简单的构成方法就是下图所示的直接型结构（directfromstructure）。

图中

表示使信号延迟一个采样周期的单位延迟元件（unitdelayelement），

是滤波器的输入，

是滤波器的输出。

FIR滤波器的直接型结构

用上图的直接型结构组成的FIR滤波器，它的结构与抽头式延迟线（transversalfilter）具有完全相同的结构，所以常称为横向滤波器。