課件案例講稿

第五章第一個完整的工程實踐案例第二章介紹了實驗平臺，了解了一塊基于Altera公司的CPLD器件并擴展了豐富外設的HDL語言打下了堅實的基礎；而第四章雖是般快速瀏覽了HDL語法，但也花了些篇幅在語代碼風格上。有了電路板，明白了HDL語法和設計的一些技巧，接下來我們就要用第一章提到的EDA工具做些實戰(zhàn)的練習。話說“工欲善其事，并先利其器”，F(xiàn)PGA/CPLD開發(fā)所涉及的EDA工具的安裝和使用比一般的軟硬件開發(fā)要復雜和麻煩得多，為了幫助廣大初因為使用的是Altera公司的器件，所以我們別無選擇的鎖定了QuartusII這款Altera面設計前期進行驗證的最有效。在早期的QuartusII上還能看到集成的仿真功能，可以用力不從心了。因此，現(xiàn)在的QuartusII上已經(jīng)讓這個“雞肋”功能徹底了，取而代之的是與更專業(yè)的MentorGraphics公司合作推出了-Altera版本的仿真工具。其實我們推薦大家使用QuartusII+ -Altera或QuartusII+ SE的搭配就可軟件和license申Altera公司的官網(wǎng)也有直接的工具支持，大家可以直接他們的軟件支持網(wǎng) index.html頁中，我們可以點擊相關(guān)的進入頁面，如前文提到會使用的QuartusII和 .c/lieatuemana/quartus_install.pdf網(wǎng)絡版本無須license，只是部分高級功能受限。如QuartusIIWebEdition申請次數(shù)限制，只要每隔60天向他們提交一次申請即可。稍有差異。Fixedlicense是用戶根據(jù)固定的電腦申請的，只能由于申請的本地PC。floating這個floatinglicense，只不過同時數(shù)受到license數(shù)量的限制。我們的學習將使用QuartusIIWebEdition和-AlteraStarterEdition。首先要到官方這兩個軟件。打開QuartusIIWebEdition網(wǎng)頁后，如圖5.2所示，直接點擊12.0sp1quartusfreewindows.exe（默認大家都使用windows系統(tǒng)）進行。 圖5.2QuartusIIWebEdition頁如果大家是第一次Altera的軟件，那么也會彈出如圖5.3所示的工具DownloadManager安裝提示。建議點擊“安裝”選項，隨后再點擊“ClicktoDownloadYourFileNow圖5.3選擇頁 圖5.4保存路徑設同樣的方式，打開-AlteraStarterEdition的頁面，如圖5.6所示，需要分別選擇并12.0__ae_windows.exe和12.0sp1__ae_windows.exe。 接下來我們找到前面軟件工具的保存路徑，首先安裝QuartusIIWebEdition。雙擊Destinationfolder，只要你確保該路徑所在盤符有足夠的硬盤空間即可（通常應該是要有3-5G的空間。點擊“Install”開始解壓。5.8Next下去。當然了，期間有5.8QuartusIIWebEdition安裝頁面如圖5.9所示，QuartusIIWebEdition正在安裝中。打開最終安裝好的QuartusIIWebEdition5.10常編譯使用的情況，筆者也曾遇到過。這里提醒大家注意，如果PC機上安裝過其他版本的QuartusIIQuartusIIWebEditionLicenseSetuplicenseTools→LicenseSetup，5.11Licensefile后面是空白的（license，如果設置了某個license路徑反而讓軟件無法使用UseLM_LICENSE_FILEvariable。5.11LicenseSetup接下來我們要分別安裝已經(jīng)好的可執(zhí)行文件12.0_178_Edition安裝過程。圖5.13開始菜單打 圖 FPGA/CPLD5.15所示。這個流程圖是一個相對比較高等級的FPGA/CPLD器件開發(fā)流程，從項目的提上議程開始，設計者需要進行FPGA/CPLD器件功能的需求分析，然后進行模塊的劃分，比較復雜各種設計的約束輸入以及也穿插其間。最終在EDA工具上驗證無誤，則可以生產(chǎn) 過沒有關(guān)系，我們會簡化這個過程，從實際操作角度，以比較級的方式來描繪整個設計的過程。如圖5.16所示，這里簡單的根據(jù)先后順序?qū)㈤_發(fā)步驟分為工程管理、設計輸入、QuartusII的新建工程向?qū)瓿晒こ痰慕?，源代碼文件則可以是Verilog的.vVHDL的.vhd文件。設計輸入階段，完成代碼的編寫和基本語法的檢查。實現(xiàn)與驗證階段，則先對RTL級仿真，確認代碼實現(xiàn)基本功能后，則進行器件管腳的分配，接最后則是進行板級調(diào)試，首先需要通過EDA工具生成前面設計的配置文件，接著完成3當中，用到開發(fā)板上的兩個按鍵和一個LED指示燈。如圖5.17所示，兩個按鍵在所有可能的四種組合狀態(tài)下，其控制的LED指示燈狀態(tài)如下：5.17把這個實例的兩個按鍵作為輸入，LED5.1所示的真值LEDIO1時，LED0時，LEDLED110011101000LED=QuartusII12.0sp1WebEdition(32-Bit)圖標，或者單擊開始→→Altera12.0sp1Build232→QuartusII12.0SP1WebEdition→QuartusII12.0sp1WebEdition，打的QuartusII工程，這個工程的路徑名應該只有字母、數(shù)字和下劃線，不要包含中文和Next進入Directory,Name,Top-LevelEntity頁面，如圖5.19所示。在該頁面中，需要選擇一個文件夾用于后續(xù)工程生成的所有相關(guān)文件，如這里將本實例的工程在了D盤的nameofthetop-leveldesignentityforthisproject?”下輸入工程頂層設計文件的名字。通常我們建議工程名和工程頂層文件保持一致，如這里統(tǒng)一命名ex0。接著點擊Next，AddFiles通常需要選擇添加設計文件（VerilogVHDL文件）到工程中NextFamily&DeviceSetting5.20所示。該頁面主要是選擇元器件，我們在5.20Family&DeviceSetting5.21EDAToolSetting頁面中，可以設置工程各個開發(fā)環(huán)節(jié)中需要用到的第（Altera公司以外）EDA工具，我們只需要設置Simulation工具為-Altera，F(xiàn)ormatVerilogHDL即可，其他工具不涉及，因此都默認為<None>。Next繼續(xù)進入下一頁面查看并核對前面設置的結(jié)果，也可以直接點擊Finish完成工程創(chuàng)建。5.22新工程的Project擊OK完成文件創(chuàng)建。5.23實驗功能的一段Verilog代碼（VHDLVHDL代碼5.24所★代碼講解L8：LED指示燈輸出信號。如果使用VHDL輸入，則對應的VHDL代碼如圖5.25所示。后則會彈出一個框提示輸入文件名和保存路徑，默認文件名會和我們所命名的moduleFlowCompilation下的ysis&Elaboration5.26所不得不關(guān)注的，因為Error意味著我們的代碼有語法錯誤，后續(xù)的編譯將無法繼續(xù)；而warning則不一定是致命的，但很多時候warning中暗藏，很多潛在的問題都可以從這果設計者確認這些warning符合我們的設計要求，那么可以忽略它。最后， FPGA》10的相關(guān)內(nèi)容。為了讓大家更好的理解什么是仿真、為什么要做仿真以及如何做testbench，即測試平臺，詳細的說就是給待驗證的設計添加激勵，同時觀察它的5.27所示，測試平臺就是要模擬一個和待驗證設計接口應應勵觀比5.27FPGAFPGA設計中，如果邏輯規(guī)模形產(chǎn)生激勵是不現(xiàn)實的，觀察波形的工作量也是可想而知的。例如，對于一個16位的如圖5.28所示，設計的判斷不僅可以通過觀察對比波形，而且可以靈活的使動比較輸出結(jié)果?？傊?，testbench的設計是多種多樣的，它的語法也是很隨意的，不像為它不需要實現(xiàn)到硬件中，它是運行在PC機上的一段，所以相對RTL級可以做得更容在終端打5.28更高級一些，它們無需實現(xiàn)到最終的硬件中，而是在PC上運行編譯來實現(xiàn)相關(guān)功能。而testbench設計上了。不過對于一般的設計，我們也不用過分追求更高級的語法，行為級的Verilog足夠應付大多數(shù)的設計驗證。把工作所需的各種接口以及相關(guān)文件的關(guān)系梳理清楚。具為-Altera，但是我們還需要做更詳細的配置。首先我們可以點擊菜單欄的Processing→Start→StartTestBenchTemplateWriter，隨后彈出提示“TestBenchTemplate如圖5.29，我們打開工程路徑下的 圖5.29測試文圖5.30測試代★代碼講解后面的1ps則仿真進度。應用示例見L46的講解。999.999ns，精確到ps，即此處的小數(shù)點后3位。因此是reg型。測試中可以對其進行賦值。因此是wire型。測試中無法對其進行賦值。L43-571000ns分別給兩個按鍵信號完成測試編寫，我們接著需要打開菜單欄的Assigement→Settings選項，選擇著便彈出下面的窗口。在此窗口中，我們根據(jù)實際情況輸入TestbenchnameToplevelmoduleintestbenchTestbenchandsimulationfiles下面選擇測試窗口的列表中出現(xiàn)了剛才添加的測試相關(guān)信息，接著點擊OK完成設置。圖5.32測試設圖5.33完成新測試添5.34CategoryGeneral→EDAToolOptions-Altera軟件安裝路徑（請根據(jù)實際安裝時的路徑進行設置。當QuartusII Tools→RunSimulationTool→RTLSimulation。隨后 這是 -Altera軟件的工作界面。關(guān)于 -Altera軟件的基本使用建議大家參考該軟件菜單欄Help下自帶的一些文檔，尤其是 ation里的幾個文檔-Altera的功能也非常強大實用，如果要詳細展開來探討，恐怕也要專門寫本書才可以。限于篇幅，本書也只能是簡單的在工程需要時附帶的和大家介紹-Altera的因為在QuartusII里，我們做了大量的工作，包括-Altera仿真運行所需的各類文件，主要是被測試代碼和測試，那么當我們調(diào)用-Altera軟件時，它一方面（*.vtkey_left、key_rightled_lightWave窗口5.373個頂層信號key_left、left_rightled_light都在仿真波形中顯1000-2000ns時，key_left1和key_right02000-3000ns時，key_left0和key_right系：LED指示燈狀態(tài)=按鍵左的鍵值異或按鍵右的鍵值。Assignments→PinplannerI/O管腳進行分配，PinPlanner5.37NodeName列里沒有出現(xiàn)頂層文件的5.37PinPlanner5.38接著我們回到QuartusII繼續(xù)下面的流程。我們可以先對整個工程進行一次全編譯，如圖5.39所示，既可以點擊的“StartCompilation”按鈕，也可以在Task→Compilation中點擊CompileDesign。5.39編譯完成后會在主界面出如圖5.40所示的編譯報告，左側(cè)羅列了各個階段的各種設計相關(guān)報告，右側(cè)則顯示具體內(nèi)容，默認的FlowSummary報告中則給出了該設計的最主5.405.41所示，在該實例工程中，邏輯資源的使用情況為：1個邏輯單元（Totallogicelements）3I/O管腳（Totalpins。QuartusII中，也提供了門級仿真的一鍵調(diào)用的便利。只要點擊菜單欄Tools→Run真時使用的RTLSimulation下面一個選項。5.425.43key_leftkey_right則由高電平變?yōu)榈碗娖?。理論上，key_left為高，key_right為低時，led_light應該為高電平，而波形的實際狀況卻是key_right拉低大約9.5ns后led_light才由低電平上升到高電平。這就是真實的狀況，在key_leftkey_right同時發(fā)生翻轉(zhuǎn)，key_left是從高電平降到低電平，持高電平狀態(tài)不變。但從波形中，我們卻發(fā)現(xiàn)并非如此，led_light在key_left和key_right發(fā)毛刺產(chǎn)生的根本原因，其實也很簡單，key_left和key_right這兩個輸入信號到達led_light的輸入便是低電平，那么這就導致了毛刺信號的產(chǎn)生。clk，在每個時鐘周期的上升沿對輸入輸出moduleinputclk;inputkey_left;outputregalways@(posedgeclk)beginled_light=key_left^key_right;libraryuseIEEE.std_logic_1164.all;useIE