Quartus II21 基本設(shè)計流程

1、PAGE PAGE 48第2章 Quartus 應(yīng)用向?qū)uartus II 是Altera公司的綜合性PLD開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計輸入到硬件配置的完整PLD設(shè)計流程。Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl腳本完成設(shè)計流程外，提供了完善的用戶圖形界面設(shè)計方式。具有運行速度快，界面統(tǒng)一，功能集中，易學(xué)易用等特點。Quuarttus II支支持Allterra的IIP核，包含了了

2、LPMM/MeegaFFuncctioon宏功功能模塊塊庫，使使用戶可可以充分分利用成成熟的模模塊，簡簡化了設(shè)設(shè)計的復(fù)復(fù)雜性、加快了了設(shè)計速速度。對對第三方方EDAA工具的的良好支支持也使使用戶可可以在設(shè)設(shè)計流程程的各個個階段使使用熟悉悉的第三三放EDDA工具具。此外外，Quuarttus II 通過和和DSPP Buuildder工工具與MMatllab/Simmuliink相相結(jié)合，可以方方便地實實現(xiàn)各種種DSPP應(yīng)用系系統(tǒng)；支支持Allterra的片片上可編編程系統(tǒng)統(tǒng)（SOOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)統(tǒng)級設(shè)計計、嵌入入式軟件件開發(fā)、可編程程邏輯設(shè)設(shè)計于一一體，是是一種綜綜合性的的開發(fā)平平臺。Ma

3、axpllus II 作為AAlteera的的上一代代PLDD設(shè)計軟軟件，由由于其出出色的易易用性而而得到了了廣泛的的應(yīng)用。目前AAlteera已已經(jīng)停止止了對MMaxppluss III 的更更新支持持，Quuarttus II 與之相相比不僅僅僅是支支持器件件類型的的豐富和和圖形界界面的改改變。AAlteera在在Quaartuus III 中中包含了了許多諸諸如SiignaalTaap III、CChipp Edditoor和RRTL Vieewerr的設(shè)計計輔助工工具，集集成了SSOPCC和HaardCCopyy設(shè)計流流程，并并且繼承承了Maaxpllus II 友好的的圖形界界面及簡

4、簡便的使使用方法法。Allterra QQuarrtuss III 作為為一種可可編程邏邏輯的設(shè)設(shè)計環(huán)境境, 由由于其強強大的設(shè)設(shè)計能力力和直觀觀易用的的接口，越來越越受到數(shù)數(shù)字系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計者者的歡迎迎。 Alteera的的Quaartuus III可編編程邏輯輯軟件屬屬于第四四代PLLD開發(fā)發(fā)平臺。該平臺臺支持一一個工作作組環(huán)境境下的設(shè)設(shè)計要求求，其中中包括支支持基于于Intternnet的的協(xié)作設(shè)設(shè)計。QQuarrtuss平臺與與Caddencce、EExemmplaarLoogicc、 MMenttorGGrapphiccs、SSynoopsyys和SSynppliccityy等EDDA供

5、應(yīng)應(yīng)商的開開發(fā)工具具相兼容容。改進進了軟件件的LoogiccLock模塊塊設(shè)計功功能，增增添 了了FasstFiit編譯譯選項，推進了了網(wǎng)絡(luò)編編輯性能能，而且且提升了了調(diào)試能能力。支支持MAAX70000/MAXX30000等乘乘積項器器件2.1基基本設(shè)計計流程本節(jié)以十十進制計計數(shù)器為為例，通通過實現(xiàn)現(xiàn)流程，詳細(xì)介介紹Quuarttus II的的重要功功能和使使用方法法2.1.1建立立工作庫庫文件和編編輯設(shè)計計文件任何一項項設(shè)計都都是一項項工程（Proojecct），都必須須首先為為此工程程建立一一個放置置與此工工程相關(guān)關(guān)的所有有設(shè)計文文件的文文件夾。此文件件夾將被被EDAA軟件默默認(rèn)為工工作

6、庫（Worrk LLibrraryy）。一一般，不不同的設(shè)設(shè)計項目目最好放放在不同同的文件件夾中，而同一一工程的的所有文文件都必必須放在在同一文文件夾中中。在建建立了文文件夾后后就可以以將設(shè)計計文件通通過QuuarttusII的的文本編編輯器編編輯并存存盤。（注意不不要將文文件夾設(shè)設(shè)在計算算機已有有的安裝裝目錄中中，更不不要將工工程文件件直接放放在安裝裝目錄中中）（1）新新建一個個文件夾夾。這里里假設(shè)本本項設(shè)計計的文件件夾取名名為jssq，在在E盤中中，路徑徑為E:jssq。注注意，文文件夾名名不能用用中文，也最好好不要用用數(shù)字。（2）輸輸入源程程序。打打開計算算機桌面面上圖表表，選擇擇菜單F

7、FileeNeww，出現(xiàn)現(xiàn)如圖22.1.1所示示見面，在Neew窗口口Devvicee Deesiggn FFilees中選選擇編譯譯文件的的語言類類型，這這里選擇擇VHDDL FFilee,選好好后用鼠鼠標(biāo)左鍵鍵單擊OOK按鈕鈕，出現(xiàn)現(xiàn)源程序序輸入窗窗口如圖圖2.11.2所所示（以以十進制制為例）。圖2.11.1 選擇編編譯文件件的語言言類型圖2.11.2 源程序序輸入窗窗口十進制計計數(shù)器源源程序如如下：LIBRRARYY IEEEE;USE IEEEE.SSTD_LOGGIC_11664.AALL;USE IEEEE.SSTD_LOGGIC_UNSSIGNNED.ALLL;ENTIITY

8、CNTT10 IS PORRT (CLKK,RSST,EEN : INN STTD_LLOGIIC; CQQ : OUTT STTD_LLOGIIC_VVECTTOR(3 DDOWNNTO 0); COUTT : OUTT STTD_LLOGIIC ); END CNTT10;ARCHHITEECTUURE behhav OF CNTT10 ISBEGIIN PPROCCESSS(CLLK, RSTT, EEN) VAARIAABLEE CCQI : SSTD_LOGGIC_VECCTORR(3 DOWWNTOO 0); BBEGIIN IIF RRST = 1 THEEN CQQI := (

9、OTHHERSS =0) ; -計計數(shù)器異異步復(fù)位位 ELSSIF CLKKEVVENTT ANND CCLK=1 THHEN 檢測測時鐘上上升沿 IFF ENN = 1 THHEN 檢測測是否允允許計數(shù)數(shù)（同步步使能） IF CQII 0); 大于于9，計計數(shù)值清清零 ENDD IFF; ENND IIF; EEND IF; IF CQII = 9 TTHENN COOUT = 1; 計數(shù)大大于9，輸出進進位信號號 EELSEE COOUT = 0; ENDD IFF; CCQ = CCQI; -將將計數(shù)值值向端口口輸出 EEND PROOCESSS;END behhav;（3）文文件存盤盤

10、 選擇擇FilleSavve AAs命令令，找到到已建立立的文件件夾E:jssq，存存盤文件件名應(yīng)與與實體的的名字一一致，即即CNTT10，其界面面窗口如如圖2.1.33所示。圖2.11.3 文件存存盤單擊“否否（N）”按鈕，則按以以下方法法進入創(chuàng)創(chuàng)建工程程流程。2.1.2創(chuàng)建建工程使用Neew PProjjectt Wiizarrd可以以為工程程指定工工作目錄錄、分配配工程名名稱以及及指定最最高層設(shè)設(shè)計實體體的名稱稱，還可可以指定定要在工工程中使使用的設(shè)設(shè)計文件件、其他他源文件件、用戶戶庫和EEDA工工具，以以及目標(biāo)標(biāo)器件系系列和具具體器件件等。（1）打打開建立立新工程程管理窗窗選擇Fiil

11、eNeww Prrejeect Wizzardd工具選選項創(chuàng)建建設(shè)計工工程命令令，即彈彈出“工程設(shè)設(shè)置”對話框框如圖22.1.4所示示，單擊擊對話框框最上第第一欄右右側(cè)的“”按鈕，找到文文件夾EE:jjsq，選種已已存盤的的文件CCNT110，再再單擊打打開按鈕鈕，既出出現(xiàn)如圖圖2.44.1所所示的設(shè)設(shè)置情況況。對話話框中第第一行表表示工程程所在的的工作庫庫文件夾夾，第二二行表示示此項工工程的工工程名，第三行行表示頂頂層文件件的實體體名。圖2.11.4 利用用Neww Prrejeect Wizzardd創(chuàng)建工工程CNNT100（2）將將設(shè)計文文件加入入工程中中單擊圖22.1.4中下下方的NN

12、extt按鈕，出現(xiàn)如如圖2.1.55所示的的對話框框，在彈彈出的對對話框中中單擊FFilee naame欄欄的按鈕鈕，將與與工程相相關(guān)的所所有VHHDL文文件加入入此工程程，加入入完成后后單擊NNextt按鈕。此工程程加入的的方法有有兩種：第一種種是單擊擊Addd Alll按鈕鈕，將設(shè)設(shè)定的工工程目錄錄中的所所有VHHDL文文件加入入到工程程文件欄欄中；第第二種方方法是單單擊“Addd ”按鈕，從工程程目錄中中選出相相關(guān)的VVHDLL文件。圖2.11.5 將所有有的工程程VHDDL文件件加入此此工程圖圖（3）選選擇仿真真器、綜綜合器和和目標(biāo)器器件的類類型單擊圖22.1.5中NNextt按鈕，即

13、彈出出如圖22.1.6所示示的仿真真器和綜綜合器及及目標(biāo)器器件對話話框。其其仿真器器和綜合合器及目目標(biāo)器件件設(shè)置如如圖2.1.66所示。首先在在 Faamill 欄選選芯片系系列，在在此選CCycllonee系列,在有效效器件列列表中選選擇專用用器件,分別選選擇封裝裝形式為為PQFFP,引引腳輸出出2400，器件件速度級級別為88，選擇擇此系列列的具體體芯片是是EP11C6QQ2400C8, 這里里EP11C6表表示Cyycloone系系列及此此器件的的規(guī)模。設(shè)計完完成后單單擊Fiinissh按鈕鈕。在有效器件列表中選擇專用器件目標(biāo)器件族、系列圖2.11.6 仿真器器和綜合合器類型型設(shè)置圖圖(

14、4)工工具設(shè)置置.單擊擊圖2.1.66中的NNextt按鈕后后,彈出出圖2.1.77所示工工具設(shè)置置窗口,此窗口口有3項項選擇.EDAA deesiggn eentrry/ssyntthessis用用于選擇擇輸入的的HDLL類型和和綜合工工具.EEDA simmulaatioon用于于選擇仿仿真工具具.EDDA ttimiing anaalyssis toool用于于選擇時時序分析析工具,這是除除Cycclonne自含含的所有有設(shè)計工工具以外外的外加加的工具具,因此此,如果果都不做做選擇,表示選選擇Cyycloone自自含的所所有工具具.在此此例中這這3項都都不做選選擇,單單擊Neext后后即

15、彈出出圖2.1.88所示”工程設(shè)設(shè)置統(tǒng)計計”窗口.最后單單擊圖22.1.8中FFiniish,即已設(shè)設(shè)定好此此工程,并出現(xiàn)現(xiàn)CNTT10的的工程管管理窗口口.Quarrtuss 將工程程信息存存儲在工工程配置置文件中中,它包包含有關(guān)關(guān)Quaartuus 工程的的所有信信息,包包括設(shè)計計文件、波形文文件、SSignna1TTap 文件、內(nèi)存初初始化文文件等，以及構(gòu)構(gòu)成工程程的編譯譯器、仿仿真器和和軟件構(gòu)構(gòu)建設(shè)置置。建立工程程后，可可以使用用工具欄欄的PrrojeectADDD/Reemovve FFilees PProjjectt頁在工工程中添添加和刪刪除、設(shè)設(shè)計其它它文件，在執(zhí)行行Quaart

16、uus 的Annalyysiss &SSyntthessis期期間，QQuarrtuss 將按AADD/Remmovee Fiiless Prrojeect頁頁中顯示示的順序序處理文文件。圖2.11.7 工具設(shè)設(shè)置窗口口圖2.11.8“工程設(shè)設(shè)置統(tǒng)計計”窗口2.1.3 編編譯前設(shè)設(shè)置選擇FPPGA目目標(biāo)芯片片。目標(biāo)標(biāo)芯片的的選擇也也可以這這樣來實實現(xiàn)：選選擇Asssiggnmeemtss菜單中中的seettiingss項，可可以彈出出圖2.1.99對話框框。選擇配置置器件的的工作方方式。單單擊圖22.1.9中的的Devvicee & Pinn Opptioons按按鈕，進進入選擇擇窗，這這將彈

17、出出Devvicee & Pinn Opptioons窗窗口，其其對話框框如圖22.1.10所所示。在在Connfigguraatioon選項項頁，選選擇配置置器件為為EPCCS4，其配置置模式可可選擇AActiive Serriall。這種種方式只只對專用用的Fllashh技術(shù)的的配置器器件（專專用于CCycllonee系列FFPGAA的EPPCS44和EPPCS11等）進進行編程程。注意意，PCC機對FFPGAA的直接接配置方方式都是是JTAAG方式式，而對對于FPPGA進進行所謂謂“掉電保保護式”編程通通常有兩兩種：主主動串行行模式（AS Modde）和和被動串串行模式式（PSS Moo

18、de）。對EEPCSS1/EEPCSS4的編編程必須須用ASS Moode。圖2.11.9選選擇FPPGA目目標(biāo)芯片片圖2.11.100 選擇擇配置器器件工作作方式圖圖2.1.4全程程編譯QuarrtussII編譯譯器是由由一系列列處理模模塊構(gòu)成成的，這這些模塊塊負(fù)責(zé)對對設(shè)計項項目的檢檢錯，邏邏輯綜合合、結(jié)構(gòu)構(gòu)綜合、輸出結(jié)結(jié)果的編編輯配置置，以及及時序分分析。在在這一過過程中，將設(shè)計計項目適適配到FFPGAA/CPPLD目目標(biāo)器中中，同時時產(chǎn)生多多種用途途的輸出出文件，如功能能和時序序信息文文件、器器件編程程的目標(biāo)標(biāo)文件等等。編譯譯器首先先檢查出出工程設(shè)設(shè)計文件件中可能能錯誤信信息，供供設(shè)計者

19、者排除。然后產(chǎn)產(chǎn)生一個個結(jié)構(gòu)化化的以網(wǎng)網(wǎng)表文件件表達的的電路原原理圖文文件。編編譯前首首先選擇擇Proocesssinng菜單單的Sttartt Coompiilattionn項，啟啟動全程程編譯。這里所所謂的全全程編譯譯（Coompiilattionn）包括括以上提提到的QQuarrtussII對設(shè)設(shè)計輸入入的多項項處理操操作，其其中包括括排錯、數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)表文件件提取、邏輯綜綜合、適適配、裝裝配文件件（仿真真文件與與編程配配置文件件）生成成，以及及基于目目標(biāo)器件件的工程程時序分分析等。編譯過過程中要要注意工工程管理理窗下方方的“Proocesssinng”欄中的的編譯信信息。如如果工程程中的文

20、文件有錯錯誤，啟啟動編譯譯后在下下方的PProccesssingg處理欄欄中會顯顯示出來來，如圖圖2.11.111所示。對于PProccesssingg欄顯示示出的語語句格式式錯誤，可雙擊擊錯誤信信息條文文，即彈彈出對應(yīng)應(yīng)的vhhdl文文件，在在深色標(biāo)標(biāo)記條處處即為文文件中的的錯誤，再次進進行編譯譯直至排排除所有有錯誤。如果編編譯成功功，可以以見到如如圖2.1.111所示示的工程程管理窗窗的左上上角顯示示了工程程cntt10的的層次結(jié)結(jié)構(gòu)和其其中結(jié)構(gòu)構(gòu)模塊耗耗用的邏邏輯宏單單元數(shù)；在此欄欄下是編編譯處理理流程，包括數(shù)數(shù)據(jù)網(wǎng)表表建立、邏輯綜綜合、適適配、配配置文件件裝配和和時序分分析等。最下欄欄

21、是編譯譯處理信信息；中中欄（CComppilaatioon RRepoort欄欄）是編編譯報告告項目選選擇菜單單，點擊擊其中各各項可以以詳細(xì)了了解編譯譯與分析析結(jié)果。圖2.11.111 全程程編譯后后信息圖圖2.1.5時序序仿真對工程編編譯通過過后，必必須對其其功能和和時序性性質(zhì)進行行仿真測測試，以以了解設(shè)設(shè)計結(jié)果果是否滿滿足原設(shè)設(shè)計要求求。以VVWF文文件方式式的仿真真流程的的詳細(xì)步步驟如下下： （1）打打開波形形編輯器器。選擇擇菜單FFilee中的Neew項，在Neew窗口口中選擇擇Othher Filles中中的Veectoor WWaveeforrm FFilee如圖22.1.12所所

22、示，單單擊OKK按鈕，即出現(xiàn)現(xiàn)空白的的波形編編輯器如如圖2.1.113所示示，注意意將窗口口擴大，以利觀觀察。圖2.11.122 選選擇編輯輯矢量波波形文件件圖2.11.133 波波形編輯輯器（2）設(shè)設(shè)置仿真真時間區(qū)區(qū)域，對對于時序序仿真來來說，將將仿真時時間設(shè)置置在一個個合理的的時間區(qū)區(qū)域上十十分重要要。通常常設(shè)置時時間范圍圍在數(shù)十十微妙間間。首先先在Eddit菜菜單中選選擇Ennd TTimee項，即即彈出如如圖2.1.114所示示窗口。在此例例中整個個仿真時時間設(shè)置置為100s，單單擊OKK按鈕結(jié)結(jié)束設(shè)置置。圖2.11.144 設(shè)置置仿真時時間長度度（3）將將工程CCNT110的端端口信

23、號號節(jié)點選選入波形形編輯器器中。方方法是首首先選擇擇Vieew 菜菜單中的的Utiilitty WWinddowss項的Noode Finnderr項。彈彈出的對對話框如如圖2.1.115所示示，在FFiltter框框中選PPinss : alll（通常常已默認(rèn)認(rèn)選此項項），然然后單擊擊Lisst按鈕鈕，于是是在下方方的Noodess Fooundd窗口中中出現(xiàn)設(shè)設(shè)計中的的CNTT10工工程的所所有端口口引腳名名。圖2.11.155 CNNT100的信號號節(jié)點注意如果果此對話話框中的的“Lisst”不顯示示CNTT10工工程的端端口引腳腳名，需需要重新新編譯一一次，即即選擇PProccesss

24、inggStaartCComppilaatioon，然然后再重重復(fù)以上上操作過過程。最最后，用用鼠標(biāo)將將重要的的端口節(jié)節(jié)點CLLK、EEN、RRST、COUUT和輸輸出總線線信號CCQ分別別拖到波波形編輯輯窗，結(jié)結(jié)束后關(guān)關(guān)閉Noodess Fooundd窗口。單擊波波形窗左左側(cè)的“全屏顯顯示”按鈕，使全屏屏顯示，并單擊擊“放大縮縮小”按鈕后后(注意意：左鍵鍵放大，右鍵縮縮小)，再用鼠鼠標(biāo)在波波形編輯輯區(qū)域右右鍵單擊擊，使仿仿真坐標(biāo)標(biāo)處于適適當(dāng)位置置，如圖圖2.11.166所示，這時仿仿真時間間橫坐標(biāo)標(biāo)設(shè)定在在數(shù)十微微秒數(shù)量量級。設(shè)設(shè)定仿真真時間寬寬度,選選擇Eddit項項及其EEnd timm

25、e選項項，在EEnd timme選擇擇窗中選選擇適當(dāng)當(dāng)?shù)姆抡嬲鏁r間域域，如可可選100us，以便有有足夠長長的觀察察時間。圖2.11.166 拖入入節(jié)點后后波形編編輯器（4）波波形文件件存盤。選擇FFilee中的Saave as，將以默默認(rèn)名為為CNTT10.vwff的波形形文件存存入文件件夾E:jsqq中,即即出現(xiàn)如如圖2.1.117所示示的激勵勵波形文文件存盤盤窗口。圖2.11.177 vvwf激激勵波形形文件存存盤（5）編編輯輸入入波形（輸入激激勵信號號）。用用鼠標(biāo)左左鍵單擊擊圖2.1.116所示示窗口的的時鐘信信號名CCLK，使之變變成藍色色條，再再單擊左左列的時時鐘設(shè)置置鍵，即即彈出

26、如如圖2.1.118時鐘鐘脈沖周周期及占占空比設(shè)設(shè)置窗口口，在圖圖中的上上部份是是已經(jīng)設(shè)設(shè)置好了了的仿真真時間區(qū)區(qū)域為110s，這這里不需需要改變變，下部部分CLLK的時時鐘周期期設(shè)置為為50nns；CClocck窗口口中的DDutyy cyyclee是占空空比，默默認(rèn)為550，即即50%占空比比。然后后再分別別設(shè)置EEN和RRST的的電平，RSTT為復(fù)位位端，EEN為使使能端。最后設(shè)設(shè)置好的的激勵信信號波形形如圖22.1.19所所示。圖2.11.188 時鐘鐘脈沖周周期及占占空比設(shè)設(shè)置窗口口圖2.11.199 設(shè)設(shè)置好的的激勵信信號波形形圖（6）總總線數(shù)據(jù)據(jù)格式設(shè)設(shè)置。單單擊如圖圖2.11.

27、199所示的的輸出信信號“CQ”左旁的的“+”，則能能展開此此總線中中的所有有信號；如果雙雙擊此“+”號左旁旁的信號號標(biāo)記，將彈出出對該信信號數(shù)據(jù)據(jù)格式設(shè)設(shè)置的對對話框如如圖2.1.220所示示。在該該對話框框的Raadixx欄有44種選擇擇，這里里可選擇擇無符號號十進制制整數(shù)UUnsiigneed DDeciimall表達方方式。最最后對波波形文件件再次存存盤。圖2.11.200 信號號數(shù)據(jù)格格式設(shè)置置圖（7）仿仿真方式式的選擇擇 在QQuarrturr軟件中中仿真方方式有兩兩種，功功能仿真真和時序序仿真，此例選選擇功能能仿真，方法是是：在工工具欄中中選擇pproccesssinggSimmulaaterr Toool即即彈出如如圖2.1.221仿真真方式選選擇窗口口，在窗窗口Siimullateer mmodee處是時時序仿真真和功能能仿真選選擇窗口口，此例例選擇功功能仿真真Funnctiionll。選好好后單擊擊Genneraat