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1、会计学1QuartusII软件使用及设计流程软件使用及设计流程 Quartus II Quartus II使用及设计流程使用及设计流程使用及设计流程使用及设计流程 n nQuartusQuartus是是是是AlteraAltera公司推出的新一代开发软件，适合于大规模逻辑电路设计。公司推出的新一代开发软件，适合于大规模逻辑电路设计。公司推出的新一代开发软件，适合于大规模逻辑电路设计。公司推出的新一代开发软件，适合于大规模逻辑电路设计。n nQuartusQuartus支持多种编辑输入法，包括图形编辑输入法，支持多种编辑输入法，包括图形编辑输入法，支持多种编辑输入法，包括图形编辑输入法，支持多种
2、编辑输入法，包括图形编辑输入法，VHDLVHDL、Verilog Verilog HDLHDL和和和和AHDLAHDL的文本编辑输入法，符号编辑输入法，以及内存编辑输入法。的文本编辑输入法，符号编辑输入法，以及内存编辑输入法。的文本编辑输入法，符号编辑输入法，以及内存编辑输入法。的文本编辑输入法，符号编辑输入法，以及内存编辑输入法。n nQuartusQuartus与与与与MATLABMATLAB和和和和DSP BuilderDSP Builder结合可以进行基于结合可以进行基于结合可以进行基于结合可以进行基于FPGAFPGA的的的的DSPDSP系统开发，系统开发，系统开发，系统开发，是是是是
3、DSPDSP硬件系统实现的关键硬件系统实现的关键硬件系统实现的关键硬件系统实现的关键EDAEDA工具，与工具，与工具，与工具，与SOPC BuilderSOPC Builder结合，可实现结合，可实现结合，可实现结合，可实现SOPCSOPC系系系系统开发。统开发。统开发。统开发。第1页/共68页Quartus II设计流程第2页/共68页一、一、设计输入设计输入u任何一项设计都是一项工程（Project），都必须首先为此工程建立一个放置与此工程相关的所有设计文件的文件夹。此文件夹将被EDA软件默认为工作库（WorkLibrary）。一般，不同的设计项目最好放在不同的文件夹中，而同一工程的所有文
4、件都必须放在同一文件夹中。u首先建立工作库目录，以便存储工程项目设计文件。在D盘下新建文件夹并取名Mydesign。双击QuartusII软件启动图标，即可启动QuartusII软件，启动界面如图1-2所示。1.建立工程建立工程Project第3页/共68页第4页/共68页n n标题栏标题栏标题栏标题栏 标题栏中显示当前工程的路径和工程名。标题栏中显示当前工程的路径和工程名。n n菜单栏菜单栏菜单栏菜单栏 菜单栏主要由文件（菜单栏主要由文件（FileFile）、编辑（）、编辑（EditEdit）、视图）、视图（ViewView）、工程（）、工程（ProjectProject）、资源分（）、资源
5、分（AssignmentsAssignments）、操）、操作（作（ProcessingProcessing）、工具（）、工具（ToolsTools）、窗口（）、窗口（WindowWindow）和帮）和帮助（助（HelpHelp）等下拉菜单组成。）等下拉菜单组成。n n工具栏工具栏工具栏工具栏 工具栏中包含了常用命令的快捷图标。工具栏中包含了常用命令的快捷图标。n n资源管理窗口资源管理窗口资源管理窗口资源管理窗口 资源管理窗口用于显示当前工程中所有相关的资源文资源管理窗口用于显示当前工程中所有相关的资源文件。件。第5页/共68页n n工程工作区工程工作区工程工作区工程工作区 当当Quartu
6、sQuartus实现不同的功能时，此区域将打开对应的操作窗口，显示不实现不同的功能时，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。示在此窗口中。n n编译状态显示窗口编译状态显示窗口编译状态显示窗口编译状态显示窗口 此窗口主要显示模块综合、布局布线过程及时间。此窗口主要显示模块综合、布局布线过程及时间。n n信息显示窗口信息显示窗口信息显示窗口信息显示窗口 该窗口主要显示模块综合、布局布线过程中的信息，如编译中出现的警告、该窗口主要显示模块综合、布局布线过程中
7、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。错误等，同时给出警告和错误的具体原因。第6页/共68页使用NewProjectWizard可以为工程指定工作目录、分配工程名称以及指定最高层设计实体的名称，还可以指定要在工程中使用的设计文件、其他源文件、用户库和EDA工具，以及目标器件系列和具体器件等。在此要利用“NewPrejectWizard”工具选项创建此设计工程，并设定此工程的一些相关的信息，如工程名、目标器件、综合器、仿真器等。(1)打开建立新工程管理窗。打开建立新工程管理窗。选择菜单FileNewPrejectWizard命令，即弹出“工程设置”对话框（图1-3），
8、以此来建立新的工程。第7页/共68页第8页/共68页(2)设置设置工程工程基本基本信息信息第9页/共68页（2）将设计文件）将设计文件加入工程中。加入工程中。可将与工程相关的所有VHDL文件（如果有的话）加入进此工程，单击“Add”按钮，从工程目录中选出相关的VHDL文件；或单击AddAll，将设定的工程目录中的所有VHDL文件加入到工程文件栏中。如果还没有建立VHDL文件，就直接点击“Next”即可。第10页/共68页（3）选择目标芯片。）选择目标芯片。如图1-6，首先在Family栏选芯片系列，在此选FLEX10K系列，并选择此系列的具体芯片EPF10K10LC84-4。在“Targetd
9、evice”选项下选择“Autodeviceselectedbythefitter”选项，系统会自动给所设计的文件分配一个器件。如果选择“SpecificdeviceselectedinAvailabledeviceslist”选项，用户需指定目标器件。在右侧的“Filters”窗口“过滤”选择；Package表示封装；Pincout表示引脚数，此例选择84；Speedgrade表示速度等级，此例选择4。第11页/共68页第12页/共68页（4）第三方工）第三方工具选择具选择。如图1-7所示，用户可以选择所用到的第三方工具，比如ModleSim、Synplify等。在本例中并没有调用第三方工具
10、，可以都不选.第13页/共68页（5）确认信息对话框）确认信息对话框。图1-8所示。建立的工程的名称、选择的器件和选择的第三方工具等信息，如果无误的话就可以单击“Finish”按钮，弹出如图1-9所示的窗口，在资源管理窗口可以看到新建的工程名称half_add。第14页/共68页第15页/共68页第16页/共68页当工程建立好以后，我们就可以建立设计文件。下面我们以一个半加器的VHDL的设计，来演示在QuartusII 如何实现VHDL语言输入。（1）建立文件。）建立文件。在图1-9中，单击“File”菜单下的“New”命令或者使用快捷键Ctrl+N，在弹出“New”对话框如图1-10所示。2
11、.VHDL语言输入法语言输入法AHDL文本文件流程图和原理图文件网表文件在线系统文件VerilogHDL文本文件VHDL文本文件第17页/共68页图1-11VHDL文本编辑窗口第18页/共68页（2）输入程序。）输入程序。在图1-11中输入半加器的VHDL程序，如图1-12所示。第19页/共68页（3）保存文件。）保存文件。在图1-12中单击保存文件按钮，弹出对话框如图1-13，将输入的VHDL语言程序保存为half_add.vhd文件，注意后缀名是.vhd，如图1-13。第20页/共68页（4）编译工程。）编译工程。在图1-11中选择菜单Processing下的Start Complilat
12、ion，开始编译，并伴随着进度不断地变化，编译完成后的窗口如图1-14所示。如果编译过程出现错误，要将错误改正，保存后再次编译，直到编译无错误为止。到此在QuartusII软件中使用VHDL语言输入完成，接下来是将保存好的VHDL语言程序进行仿真，在软件上验证VHDL语言描述的功能是否能够达到预期目的。第21页/共68页第22页/共68页u设计仿真的目的就是在软件环境下，验证电路的行为和思想是否一致。u仿真分为功能仿真和时序仿真。u功能仿真是在设计输入之后，综合和布局布线之前的仿真，不考虑电路的逻辑和门电路的时间延时，着重考虑电路在理想环境下的行为和预期设计效果的一致性。u时序仿真是在综合、布
13、局布线后，也即电路已经映射到特定的工艺环境后，考虑器件延时的情况下对布局布线的网络表文件进行的一种仿真，其中器件延时信息通过反向标注时序延时信息实现的。二、设计仿真二、设计仿真第23页/共68页（1）建立）建立矢量波形文件。矢量波形文件。File|New选择OtherFiles，选择VectorWaveformFile。1.建立仿真文件建立仿真文件第24页/共68页第25页/共68页（2）添加引脚或节点）添加引脚或节点。图1-16，左键双击“Name”下方空白处，弹出“InsertNodeorBus”对话框，如图1-17所示。单击对话框“NodeFinder”按钮后，弹出“NodeFinder
14、”对话框，如图1-18所示。第26页/共68页第27页/共68页第28页/共68页第29页/共68页第30页/共68页第31页/共68页（3）编辑输入信号并保存文件。）编辑输入信号并保存文件。在图1-22中单击“Name”下方的“A”，即选中该行的波形。在本例中将输入信号“A”设置为时钟信号，单击工具栏中的按钮，弹出“Clock”对话框，此时可以修改信号的周期、相位和占空比。设置完后单击“OK”按钮，输入信号“A”设置完毕。同理设置其他输入信号“B”，最后单击保存文件按钮，根据提示完成保存工作，如图1-23所示。同时，为了方便读者熟悉其他波形编辑工具的使用，在图1-24中标注了其他波形编辑工具
15、的功能。第32页/共68页第33页/共68页第34页/共68页功能仿真是忽略延时的仿真，是理想的仿真。怎么设计功能仿真？首先在图1-23中单击“Assignments”菜单下的“Settings”命令，如图1-25，单击左侧标题栏中的“Simulator”选项后，在右侧的“Simulationmode”的下拉菜单中选择“Functional”选项即可（软件默认的是“Timing”选项），单击“OK”按钮后完成设置。2.功能仿真功能仿真第35页/共68页第36页/共68页 后需要生成功能仿真网络表。单击“Processing”菜单下的“Generate Functional Netlist”命令
16、后会自动创建功能仿真网络表，如图1-26所示。完成后会弹出相应提示框，单击“确定”即可。最后进行功能仿真，如图1-27所示。从图中可以看出仿真后的波形没有延时，半加器的两个加数作为输入信号，得到了对应的和与进位。第37页/共68页第38页/共68页第39页/共68页QuartusII中默认的仿真为时序仿真，在图1-23中直接单击仿真按钮即可。如果做完功能仿真后进行时序仿真，需要在“Assignments”“Settings”“Simulator”选项后，在右侧的“Simulationmode”的下拉菜单中选择“Timing”选项即可。仿真完成后的窗口如图1-28所示。观察波形，可以知道输入输出
17、之间有一定的延时。3.时序仿真时序仿真第40页/共68页第41页/共68页三、引脚锁定三、引脚锁定 引脚锁定是为了对所设计的工程进行硬件测试，将输入/输出信号锁定在器件的某些引脚上。单击“Assigments”菜单下的“Pins”命令，在弹出的对话框如图1-29所示，在下方的列表中列出了本项目所有的输入/输出引脚名。第42页/共68页 在图在图1-291-29中，双中，双击与输入端击与输入端“A”A”对应的对应的“Location”Location”选项后弹出引选项后弹出引脚列表，从中脚列表，从中选择合适的引选择合适的引脚，则输入脚，则输入“A”A”的引脚的引脚锁定完毕。同锁定完毕。同理完成其
18、他引理完成其他引脚的锁定，如脚的锁定，如图图1-301-30。第43页/共68页第44页/共68页四、编程下载四、编程下载1.编译编译 锁定引脚后必须再次编译锁定引脚后必须再次编译,才能存储这些引脚锁定的信息才能存储这些引脚锁定的信息,单单击编译按钮执行编译。击编译按钮执行编译。2.配置下载电缆配置下载电缆 在在“Tools”Tools”菜单下选择菜单下选择“Programmer”Programmer”命令，或者直接命令，或者直接单击工具栏上的单击工具栏上的 按钮，弹出如图按钮，弹出如图1-311-31所示的页面所示的页面。编程下载是将本次设计所生成的文件通过计算机下载到实验箱里，来验证此次设
19、计是否能够达到预期目的。需要进行以下几个步骤：第45页/共68页第46页/共68页n n单击单击“Hardware Setup”Hardware Setup”按钮，弹出按钮，弹出“Hardware Setup”Hardware Setup”对话框，如图对话框，如图1-321-32所示。所示。单击单击“Add Hardware”Add Hardware”按钮设置下载电缆，弹出如图按钮设置下载电缆，弹出如图1-331-33所示的对话框。在所示的对话框。在 “Hardware type”Hardware type”一栏中选择一栏中选择“ByteBlasterMV or ByteBlaster II”
20、ByteBlasterMV or ByteBlaster II”后单击后单击“OK”OK”按钮，下载电缆配置完成。设置成如图按钮，下载电缆配置完成。设置成如图1-341-34所示的选项后，单击所示的选项后，单击“Close”Close”按按钮即可。一般情况下，如果下载电缆不更换，一次配置就可以长期使用，不钮即可。一般情况下，如果下载电缆不更换，一次配置就可以长期使用，不需要每次都设置。需要每次都设置。第47页/共68页第48页/共68页第49页/共68页第50页/共68页3.下载模式下载模式n nJTAGJTAG模式是软件的默认下载模式，相应的下载文件为模式是软件的默认下载模式，相应的下载文件
21、为“.sof”.sof”格式。在格式。在“Mode”Mode”一栏中还可以选择其他的下载模式，例如，一栏中还可以选择其他的下载模式，例如，Passive SerialPassive Serial、Active Active Serial ProgrammingSerial Programming和和In-Socket ProgrammingIn-Socket Programming。勾选图。勾选图1-311-31中下载文件中下载文件“half_add.sof”half_add.sof”右侧的第一个小方框，也可以根据需要勾选其他的小方框。右侧的第一个小方框，也可以根据需要勾选其他的小方框。将下载
22、电缆连接好后，单击将下载电缆连接好后，单击“Start”Start”按钮计算机就开始下载编程文件，这样按钮计算机就开始下载编程文件，这样在实验箱上就可以验证实验效果了。在实验箱上就可以验证实验效果了。n n到这里，我们都演示了到这里，我们都演示了QuartusIIQuartusII软件的全部使用过程，从建立工程，软件的全部使用过程，从建立工程，VHDLVHDL语语言设计输入，设计仿真到编程下载都演示了一遍，读者跟着上面的操作，就言设计输入，设计仿真到编程下载都演示了一遍，读者跟着上面的操作，就能够到达最后的程序下载，在能够到达最后的程序下载，在EDAEDA实验箱上看到最终的效果。实验箱上看到最
23、终的效果。第51页/共68页五、原理图输入五、原理图输入n n在图1-9中，单击“File”菜单下的“New”命令或者使用快捷键Ctrl+N，在弹出“New”对话框如图1-35所示。在“Device Design Files”页面下双击“Block Diagram/Schematic File”选项（或选中该项后单击“OK”按钮）后建立新文件，如图1-36所示。（1）建立文件。）建立文件。第52页/共68页第53页/共68页第54页/共68页（2 2）选择元件。）选择元件。）选择元件。）选择元件。在原理图编辑窗中的任何一个位置上双击鼠标的左键将跳出在原理图编辑窗中的任何一个位置上双击鼠标的左键
24、将跳出在原理图编辑窗中的任何一个位置上双击鼠标的左键将跳出在原理图编辑窗中的任何一个位置上双击鼠标的左键将跳出一个元件选择窗。一个元件选择窗。一个元件选择窗。一个元件选择窗。基本逻辑元件库基本逻辑元件库参数可设置的强函数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基本逻辑元件库中的元件由此输入所需要的元件名由此输入所需要的元件名MAX+plus库库第55页/共68页第56页/共68页第57页/共68页（3 3）连接各元器件并命名。）连接各元器件并命名。）连接各元器件并命名。）连接各元器件并命名。n n在图在图在图在图1-391-39中，将光标移到中，将光标移到中，将光标移到中，将光标移
25、到inputinput右侧，待变成十字形光标右侧，待变成十字形光标右侧，待变成十字形光标右侧，待变成十字形光标时，按下鼠标左键（或选中工具栏中的时，按下鼠标左键（或选中工具栏中的时，按下鼠标左键（或选中工具栏中的时，按下鼠标左键（或选中工具栏中的 工具，光标自动工具，光标自动工具，光标自动工具，光标自动会变成十字形的连线状态），再将光标移动到异或门的会变成十字形的连线状态），再将光标移动到异或门的会变成十字形的连线状态），再将光标移动到异或门的会变成十字形的连线状态），再将光标移动到异或门的左侧，待连接点上出现蓝色的小方块后释放鼠标左键，左侧，待连接点上出现蓝色的小方块后释放鼠标左键，左侧，待
26、连接点上出现蓝色的小方块后释放鼠标左键，左侧，待连接点上出现蓝色的小方块后释放鼠标左键，即可看到即可看到即可看到即可看到inputinput和异或门之间有一条连线生成。和异或门之间有一条连线生成。和异或门之间有一条连线生成。和异或门之间有一条连线生成。n n重复上面的方法将重复上面的方法将重复上面的方法将重复上面的方法将1-391-39图中各种符号连接起来，如图图中各种符号连接起来，如图图中各种符号连接起来，如图图中各种符号连接起来，如图1-401-40所示。所示。所示。所示。n n双击双击双击双击pin_namepin_name使其底色变为黑色后，输入使其底色变为黑色后，输入使其底色变为黑色
27、后，输入使其底色变为黑色后，输入A(A(或双击或双击或双击或双击inputinput，弹出，弹出，弹出，弹出“Pin Properties”Pin Properties”对话框，在对话框，在对话框，在对话框，在“Pin name”Pin name”一栏中一栏中一栏中一栏中填上名字填上名字填上名字填上名字A)A)，将其他引脚使用同样的方法命名。，将其他引脚使用同样的方法命名。，将其他引脚使用同样的方法命名。，将其他引脚使用同样的方法命名。第58页/共68页第59页/共68页（4 4）保存文件。）保存文件。）保存文件。）保存文件。n n在图在图在图在图1-401-40中单击保存文件按钮。在弹出的对
28、话框中的中单击保存文件按钮。在弹出的对话框中的中单击保存文件按钮。在弹出的对话框中的中单击保存文件按钮。在弹出的对话框中的“文文文文件名件名件名件名”下，输入原理图文件的名称下，输入原理图文件的名称下，输入原理图文件的名称下，输入原理图文件的名称“half_add.bdf”half_add.bdf”，单击单击单击单击“保存保存保存保存”按钮即可保存文件，如图按钮即可保存文件，如图按钮即可保存文件，如图按钮即可保存文件，如图1-411-41所示。所示。所示。所示。第60页/共68页（5 5）编译工程）编译工程）编译工程）编译工程n n在图在图在图在图1-411-41中单击水平工具条上的编译按钮，
29、或选择菜单中单击水平工具条上的编译按钮，或选择菜单中单击水平工具条上的编译按钮，或选择菜单中单击水平工具条上的编译按钮，或选择菜单ProcessingProcessing下的下的下的下的Start ComplilationStart Complilation，开始编译，并伴随着，开始编译，并伴随着，开始编译，并伴随着，开始编译，并伴随着进度不断地变化，编译完成后的窗口如图进度不断地变化，编译完成后的窗口如图进度不断地变化，编译完成后的窗口如图进度不断地变化，编译完成后的窗口如图1-421-42所示。所示。所示。所示。n n如果编译过程出现错误，要根据提示将错误改正，保存如果编译过程出现错误，要
30、根据提示将错误改正，保存如果编译过程出现错误，要根据提示将错误改正，保存如果编译过程出现错误，要根据提示将错误改正，保存后再次编译，直到编译无错误为止。后再次编译，直到编译无错误为止。后再次编译，直到编译无错误为止。后再次编译，直到编译无错误为止。n n到此在到此在到此在到此在QuartusIIQuartusII软件中使用原理图输入设计完成，接下软件中使用原理图输入设计完成，接下软件中使用原理图输入设计完成，接下软件中使用原理图输入设计完成，接下来是将绘制好的原理图设计进行仿真，以验证原理图设来是将绘制好的原理图设计进行仿真，以验证原理图设来是将绘制好的原理图设计进行仿真，以验证原理图设来是将
31、绘制好的原理图设计进行仿真，以验证原理图设计是否能够达到预期目的。仿真方法与计是否能够达到预期目的。仿真方法与计是否能够达到预期目的。仿真方法与计是否能够达到预期目的。仿真方法与VHDLVHDL语言文件语言文件语言文件语言文件的方法一样的方法一样的方法一样的方法一样第61页/共68页生成元件符号生成元件符号执行执行File-Create/Update-Create Symbol File for Current File命令命令将本设计电路封装成一个元件符号，供以后在原理图编辑器下进行将本设计电路封装成一个元件符号，供以后在原理图编辑器下进行层次设计时调用。层次设计时调用。第62页/共68页生
32、成元件符号生成元件符号生成的符号存放在本工程目录下，文件后缀名生成的符号存放在本工程目录下，文件后缀名.bsf第63页/共68页编程下载对话框 1 1、JTAGJTAG编程下载模式编程下载模式QuartusII器件编程第64页/共68页ASAS主动串行编程式的主动串行编程式的操作步骤如下：操作步骤如下：（1 1）选择选择QuartusQuartus主窗口主窗口AssignmentsAssignments菜菜DeviceDevice命令，进入命令，进入 SettingsSettings对话框的对话框的 DeviceDevice页面进行设页面进行设置，如右图。置，如右图。2 2、ASAS主动串行编
33、主动串行编程模式程模式QuartusII器件编程第65页/共68页2 2、ASAS主动串行编程模式主动串行编程模式 （2 2）选择）选择QuartusQuartus主窗口主窗口的的ToolsTools菜单下的菜单下的ProgrammerProgrammer命令或点击图标命令或点击图标 ，进入器件编程和，进入器件编程和配置对话框，添加硬件，选择编程模式为配置对话框，添加硬件，选择编程模式为Active Active Serial ProgramSerial Program；（3 3）单击）单击 添加相应的添加相应的counter.pofcounter.pof编编程文件，选中文件后的程文件，选中文
34、件后的Program/ConfigureProgram/Configure、VerifyVerify和和Blank CheckBlank Check项，单击图标项，单击图标 下载设计文件下载设计文件到器件中，到器件中，ProcessProcess进度条中显示编程进度。下载进度条中显示编程进度。下载完成后程序固化在完成后程序固化在EPCSEPCS中，开发板上电后中，开发板上电后EPCSEPCS将自动完成对目标芯片的配置，无须再从计算机将自动完成对目标芯片的配置，无须再从计算机上下载程序。上下载程序。QuartusII器件编程第66页/共68页n n使用使用QuartusQuartus软件的软件的
35、MegaWizard Plug-In ManagerMegaWizard Plug-In Manager中的宏中的宏功能模块可以帮助用户调用功能模块可以帮助用户调用QuartusQuartus内部已有的内部已有的IPIP（知（知识产权）核来完成一些复杂系统的设计，并可以方便的识产权）核来完成一些复杂系统的设计，并可以方便的对调用的对调用的IPIP核的参数进行修改。核的参数进行修改。n n下面以一个调用下面以一个调用lpm_counterlpm_counter宏功能模块来实现一个十六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进制的加法同步计数器为例，简单介绍宏功能模
36、块的使用。用。n n设计开始前新建立一个名为设计开始前新建立一个名为counter16counter16的工程，在工程中的工程，在工程中新建一个新的新建一个新的bdfbdf文件，选择文件，选择QuartusQuartus主窗口主窗口的的ToolsTools菜单菜单下的下的MegaWizard Plug-In ManagerMegaWizard Plug-In Manager命令，进入命令，进入MegaWizard MegaWizard Plug-In ManagerPlug-In Manager对话框第一页对话框第一页 ，然后依此进行参数的设，然后依此进行参数的设定定QuartusII器件编程第67页/共68页