实验三Quartus的基本使用.ppt

实验三、Quartus软件的使用,实验目的,熟悉FPGA开发的基本流程 掌握数字集成软件Quartus II工具的流程和使用，使用软件进行简单的逻辑电路的设计,FPGA开发的基本流程 设计思想：设计思想总是比设计语言重要，一个good idea总是可以把语言用的很灵活 设计输入：考察数字电路功底和verilog语法基础 仿真：保证设计功能正确 综合：将高层设计转换为特定FPGA芯片中Primitives的网表 适配：FPGA适配器对Primitives布局布线 配置器件：,使用工具,复杂的系统设计离不开工具的支持，工具的选择也很重要，选择器件时需要考虑 Altera： QuartusII+SOPCBuilder+Nios/Excalibur_arm922T+DSP Builder+SignalTap II Xilinx： ISE+EDK+MicroBlaze/PowerPC405+ Sysgen/AccelDSP+ChipScope,学习工具,help file(内容不多，几十页，英文大体都能看懂)、官网教程(用到时查看) Google良师益友 /两个不错的论坛 电子顶级开发网论坛 http:/192.168.135.3/嵌入式系统与集成电路设计实验室论坛,实验室软件环境,实验室安装Quartus II 9.1版本 桌面-EDA tools-Quartus II 9.1或开始-程序-Altera-Quartus II 9.1 /服务器上提供软件下载，内网(实验室)ftp:/192.168.10.2，eda目录下设91版本和10.1版本，目前仅使用到quartus_window.exe 外网(学校范围内) ftp:/192.168.135.3,建立工程，选择File-New Project Wizard,添加设计文件，如.v文件、.vhdl文件、.bdf文件等，可以暂不添加，,实验设备选择Cyclone系里的EP1C6Q240C8，,EP1C6Q240C8命名 前缀（标识器件类型、类别）+封装+管脚+温度范围+速度等级+后缀（特别说明） EP：configuration设备 EP 1C6 Q 240 C 8 cyclone设备，容量标识6，PQFP封装，240管脚，商用温度等级(0-85度)，速度等级8,第三方综合、仿真、时序分析软件的选择，这里暂时默认为none即可,工程报告,设计输入 原理图设计输入、文本输入、层次化设计、状态图输入,File-New,原理图输入 选择File-New，选择Block Diagram/Schematic File单击ok，,双击原理图编辑器的空白处，弹出元器件库的选择对话框，,半加器的逻辑表达式 S = A B CO = A & B,primitives中 buffer:缓冲器 logic:逻辑电路 other:电源和地信号 pin:引脚 storage:触发器 选择逻辑门，设计半加器电路并保存为half_adder.bdf,选择File-Create/Update-Create Symbol File For Current File生成half_adder.bsf块符号文件，以供其他设计调用(一般保存在Project中),选择File-Create/Update-Create HDL Design File For Current File生成half_adder.v文本文件，,文本输入 选择File-Verilog HDL File，设计半加器电路并保存为half_adder2.v(文件名一定要和模块名称一样，否则编译的时候找不到实例模块),通过对1位半加器的例化实现1位全加器的设计,按照前面的方法生成1位全加器的方框符号图,层次化设计输入 将设计分成多个模块，自顶向下或者自底向上进行设计 利用前面设计的1位全加器设计4位全加器 选择File-New-Block Diagram/Schematic File，在Project中添加4个full_adder模块，如下图所示,/连线和总线bus的区别 /输入端X0.3、Y0.3，两个点,仿真、验证,仿真工具： Altera的quartus、Xilinx的ISE都自带有仿真工具 /不建议用自带的仿真工具 第三方软件 modelsim：很不错的一个第三方软件，适合本科生阶段的学生使用，后面的课再讲 verdi：SpringSoftNovas的套件，与主流仿真工具配合，通过PLI接口，为主流仿真工具增加新的“系统任务” VCS： /verdi和VCS不要求掌握，深入研究时自学 ,关键是testbench的设计 三种方式： 1、简单测试 2、自测试 3、带测试向量文件读取的测试,testbench的结构,如何验证仿真结果,系统任务 $display,$monitor,$time,$finish,$stop 它们的使用和区别，练习、体会一下,Quartus simulator,可以仿真整个设计，也可以仿真设计的部分实体。 执行仿真的时候，必须首先在用于功能仿真的Simulator Tool中，使用Generate Funcitonal Simulation Netlist生成仿真网表，如果是执行时序仿真的话，首先要对设计进行编译,仿真之前，首先要在自己的工程下建立一个向量波形文件，选择File-Verification/Debugging File-Vector Waveform File，,可以选择Edit-End Time设置一下仿真时间 接下来添加输入/输出信号，Edit-Insert Node or Bus,点击list，将工程下的输入、输出端口列出，选择需要查看的信号，选择要设置的信号，利用工具栏中的工具进行设置,这里简单设置一下，利用波形工具 对Cin采用了10ns的时钟波形，对X采用的5ns的时钟波形，对Y采用的20ns的时钟波形，仿真参数可以自行设置,选择Processing- Generate Funcitonal Simulation Netlist生成仿真网表，然后选择Tools-Simulator Tool,综合(synthesis ),将HDL语言翻译成最基本的与门、或门、非门、RAM、触发器等基本逻辑单元的连接关系(网络表) Quartus II项目编译器，主要对项目设计进行检查、逻辑综合、结构综合、输出结果的逻辑配置以及时序分析，同时将设计项目适配到FPGA/CPLD目标器件中。,项目编译器 Analysis & Synthesis:把原始描述转化为逻辑电路映射到可编程器件中。 Fitter:逻辑单元在目标芯片上的布局布线 Assembler:形成编程文件 Timing Analyzer:进行时序分析 /可单独运行，也可全程编译,Pin Planner使用,AssignmentsPin Planner，设置一个管脚位置约束 /下面是一个4位全加器的引脚绑定 最后的引脚信息是保存在.qsf文件中的,下载编程,将PC机上开发好的PLD编程文件下载到开发板上的PLD器件中！ 以前常用的下载编程工具： 并口+JTAG，速度慢 现在大多采用USB口+中间支持硬件（小容量CPLD）+JTAG，,USB-Blaster安装,插入USB接口，提示安装驱动 usb-blaster位置C:altera91quartusdriversusb-blasterx32 选择在列表中手动安装，找到上述目录即可,下载编程,TREX-C1开发板支持两种模式编程： 1. usb blaster + JTAG 2. usb blaster + Active Serial 两种模式切换：板上 Prog/Run 开关 正常运行或者JTAG下载编程时：Run 配置EPCS1 flash器件时：Prog模式,Usb blaster原理,USB接口+USB接口芯片+低成本可编程芯片 +（Flash器件/JTAG） USB接口芯片完成USB接口数据读写，将编程数据传递给后端低成本PLD PLD通过简单的逻辑，或将编程数据通过JTAG方式写入/读出主PLD芯片；或将编程数据写入单独的FLASH器件，下次系统加电后，主PLD芯片从FLASH器件中读取。,具体到TREX-C1开发板,USB接口芯片：FT245BM 低成本PLD器件：Altera MAX EPM3064A (44 pin TQFP封装) FLASH器件：EPCS1（1Mbits） 配置EP1C6需要1.167Mbits，需要做压缩后配置,JTAG方式编程步骤,模式选择为：RUN 生成设计的SOF(SRAM Object File)编程文件 Power ON 选择Tools-Programmer,时序分析,时序分析的主要作用就是察看FPGA内部逻辑和布线的延时，验证其是否满足设计者的约束。,功耗分析,Power:设计的一个重要性能,Signaltap II,内嵌逻辑分析仪 捕获并显示实时信号的状态 /支持多达1024个通道，采样深度高达128Kb，每个分析仪均有10级触发输入/输出，从而增加了采样的精度。 Simulator:通过仿真计算得出信号 Signatap II:跟踪显示实时信号,时序电路时，采集信号对信号进行跟踪 网上的流程有很多，课本上的例子也可以，这里不具体讲解，建议写个小代码跑跑流程,Quartus工程的file type /Quartus file type.mht文件，自己看一下，慢慢熟悉各种文件,组合电路,电路的输出仅是当前输入的函数，与先前值无关。,与非门,三态门,单向总线,双向总线,8-3编码器 将2的n次方个分离的信息以n个二进制码表示,普通8-3编码器,优先编码器真值表,8-3优先编码器,3-8译码器,n个二进制选择线，译码为2的n次方个数据,译码器代码一,译码器代码二,四选一电路选择器,复杂组合逻辑电路,通过实例化8-3编码器实现16-4编码器 数码管显示数字 流水灯 ,C1开发板,谨慎使用！禁止带电操作！不要去触摸开发板上的芯片，爱惜实验室的设备！ 手册 192.168.135.3:/device/Trex_C1/,时序逻辑电路,输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且与电路原来的状态有关 触发器、寄存器、计数器,电平敏感锁存器,D flip-flop,T flip-flop,移位寄存器,带有置位、清零功能的同步4位计数器,异步计数如何实现？ 脉冲发生器？ 抢答器？ /自己动手，去做,