EDA技術3-QUARTUS使用方法

第三章

QUARTUSⅡ使用方法1廈門理工學院通信系劉虹3.1QUARTUSⅡ圖形編輯輸入

QuartusII軟件為適應廣大MAX+PLUSⅡ軟件應用工程人員的需要，提供了QuartusII和與MAX+PLUSⅡ兼容的兩種主界面。

Quartus主界面窗口MAX+PLUSⅡ主界面窗口2廈門理工學院通信系劉虹為了方便電路設計，設計者首先應當在計算機中建立自己的工程目錄（如d:\myeda）。將自己的全部EDA設計文件放在文件夾中。注意：工程文件夾的名稱不要使用漢字，最好也不要使用數(shù)字。3廈門理工學院通信系劉虹QuartusII原理圖輸入的基本操作編輯原理圖編譯設計文件仿真引腳鎖定硬件調(diào)試編程下載4廈門理工學院通信系劉虹1）編輯輸入圖形設計文件使用QuartusII設計電路系統(tǒng)之前，需要先建立設計項目（Project）。例如，用圖形編輯法設計8位加法器adder8時，需要先建立adder8的設計項目。在QuartusII集成環(huán)境下，執(zhí)行“File”菜單的“NewProjectWizard”命令，彈出如圖所示的新建設計項目對話框的“NewProjectWizard:Directory,Name,TOP-LevelEntuty[page1of5]”頁面（新建設計項目對話框共5個頁面）。5廈門理工學院通信系劉虹設計項目名和頂層文件實體名可以同名，一般在多層次系統(tǒng)設計中，以與設計項目同名的設計實體作為頂層文件名。6廈門理工學院通信系劉虹新建項目對話框的第2頁面用于增加設計文件，包括頂層設計文件和其他底層設計文件。如果頂層設計文件和其他底層設計文件已經(jīng)包含在工程文件夾中，則在此頁面中將這些設計文件增加到新建項目中。7廈門理工學院通信系劉虹新建項目對話框第3頁面用于設置編程下載的目標芯片的類型與型號。在編譯設計文件前，應先選擇下載的目標芯片，否則系統(tǒng)將以默認的目標芯片為基礎完成設計文件的編譯。目標芯片選擇應根據(jù)支持硬件開發(fā)和驗證的開發(fā)板或試驗開發(fā)系統(tǒng)上提供的可編程邏輯器件來決定。不同的適配板上的可編程邏輯不同。8廈門理工學院通信系劉虹

新建設計項目對話框的第4頁面用于設置第三方EDA工具軟件的使用，一般情況下可以設置為“不使用”（在第三方工具軟件選擇框不出現(xiàn)“√”）。9廈門理工學院通信系劉虹

新建設計項目對話框的第5頁面用于顯示新建設計項目的摘要，用鼠標點擊此頁面下方的“Finish”按鈕，完成新設計項目的建立。10廈門理工學院通信系劉虹

新的項目建立后，在QuartusII集成環(huán)境下，執(zhí)行“File”菜單的“New”命令，在彈出編輯文件類型對話框中，選擇“BlockDiagram/SchematicFile”（模塊/原理圖文件）方式，進入QuartusII圖形編輯方式的窗口界面。

編輯文件類型對話框11廈門理工學院通信系劉虹

在原理圖編輯窗中的任何一個位置上用雙擊鼠標，彈出一個元件選擇窗。

元件選擇框基本邏輯元件庫參數(shù)可設置的強函數(shù)元件庫基本邏輯元件庫中的元件由此輸入所需要的元件名MAX+plus庫12廈門理工學院通信系劉虹

在8位加法器adder8的設計中，將電路設計需要的2個4位加法器74283以及輸入、輸出元件符號調(diào)人圖形編輯框中，根據(jù)8位加法器設計的原理圖，用鼠標完成電路內(nèi)部的連接以及與輸入、輸出元件的連接，并將相應的輸入元件符號名分別更改為“A[7..0]”和“B[7..0]”，把輸出元件的名稱分更改為“SUM[7..0]”和“COUT”，如圖所示。其中A[7..0]和B[7..0]是兩個8位加數(shù)輸入端，SUM[7..0]是8位和數(shù)輸出端，COUT是向高位進位輸出端。電路設計完成后，用“adder8.bdf”為文件名保存在工程目錄中。8位加法器的原理圖13廈門理工學院通信系劉虹2）編輯設計圖形文件

執(zhí)行QuartusII主窗口“Processing”菜單的“StartCompilation”命令，或者在主窗口上直接用鼠標左鍵點擊“開始編譯”命令按鈕，開始對adder8.bdf文件進行編譯。14廈門理工學院通信系劉虹3）仿真設計文件

a.建立波形文件執(zhí)行QuartusII主窗口“File”菜單的“New”命令，在彈出編輯文件類型對話框，選擇對話框“OtherFiles”中的“VectorWaveformFile”方式，進入QuartusII波形編輯方式，彈出新建波形文件編輯窗口界面。新建波形文件編輯窗口界面15廈門理工學院通信系劉虹b.輸入信號節(jié)點在波形編輯方式下，執(zhí)行“Edit”菜單下的“InsertNodeorBus…”命令，或在波形文件編輯窗口的“Name”欄中點擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“InsertNodeorBus…”命令，彈出插入節(jié)點或總線（InsertNodeorBus…）對話框，。在“InsertNodeorBus…”對話窗口中首先點擊“NodeFinder…”鍵，彈出節(jié)點發(fā)現(xiàn)者（NodeFinder）對話框。插入信號節(jié)點對話框節(jié)點發(fā)現(xiàn)者對話框16廈門理工學院通信系劉虹

在“NodeFinder”對話框的“Filter”欄目中，用選擇“Pins:all”項，再點擊“Start”按鈕，這時在窗口左邊的“NodesFound:”（節(jié)點建立）框中將列出該設計項目的全部信號節(jié)點。若在仿真中需要觀察全部信號的波形，則點擊窗口中間的“>>”按鈕；若在仿真中只需要觀察部分信號的波形，則首先用鼠標左鍵將信號名點黑選中，然后點擊窗口中間的“>”按鈕，選中的信號即進入到窗口右邊的“SelectedNodes:”（被選擇的節(jié)點）框中。如果需要刪除“SelectedNodes:”框中的節(jié)點信號，也可以用鼠標將其選中，然后點擊窗口中間的“<”按鈕。節(jié)點信號選擇完畢后，點擊“OK”按鈕。17廈門理工學院通信系劉虹c.設置波形參量

QuartusII默認的仿真時間域是1us，如果需要更長時間觀察仿真結(jié)果，可執(zhí)行“Edit”命令菜單中的“EndTime…”選項，在彈出的如圖所示的“EndTime”（設置仿真時間域）對話框中，輸入適當?shù)姆抡鏁r間域（如10us），后點擊“OK”按鈕完成設置。設置仿真時間域?qū)υ捒?8廈門理工學院通信系劉虹d.編輯輸入信號為輸入信號編輯測試電平或數(shù)據(jù)的示意圖如圖所示。仿真編輯窗口的左側(cè)各種功能選擇按鈕的主要功能及使用方法如下：

為輸入信號編輯測試電平或數(shù)據(jù)示意圖放大/縮小工具未初始化（U）強未知（X）0電平（強0）1電平（強1）高阻（Z）弱0（L）弱1（H）計數(shù)值任意值隨機值時鐘弱未知（W）無關（DC）反相選擇工具文本工具編輯工具全屏顯示發(fā)現(xiàn)替換19廈門理工學院通信系劉虹e.波形文件存盤執(zhí)行“File”選項的“Save”命令，完成波形文件的存盤。f.運行仿真器執(zhí)行“Processing”中的“StartSimulation”命令，對設計電路進行仿真。

8位加法器的仿真波形20廈門理工學院通信系劉虹

4）編程下載設計文件

編程下載是指將設計處理中產(chǎn)生的編程數(shù)據(jù)文件通過EDA軟件放到具體的可編程邏輯器件中去的過程。對CPLD器件來說是將JED文件下載（DownLoad）到CPLD器件中去，對FPGA來說是將位流數(shù)據(jù)BG文件配置到FPGA中去。編程下載需要可編程邏輯器件的開發(fā)板或試驗開發(fā)系統(tǒng)支持。21廈門理工學院通信系劉虹

3.2QuartusII文本編輯輸入法設計

設計步驟與原理圖編輯輸入法一致，只是在新的項目建立后，在QuartusII集成環(huán)境下，執(zhí)行“File”菜單的“New”命令，在彈出編輯文件類型對話框中，選擇“VHDLFile”（文本編輯）方式，進入QuartusII文本編輯方式的窗口界面，并保存為*.V文件。22廈門理工學院通信系劉虹3.3嵌入式邏輯分析儀使用

QuartusⅡ軟件中的SignalTapⅡ邏輯分析儀是非插入式的，可升級，易于操作。SignalTapⅡ邏輯分析儀允許設計者在設計中用探針的方式探查內(nèi)部信號狀態(tài)，幫助設計者調(diào)試FPGA設計。

23廈門理工學院通信系劉虹SignalTapⅡ邏輯分析儀支持下面的器件系列：StratixⅡ、Stratix、StratixGX、CycloneⅡ、Cyclone、APEXⅡ、APEX20KE、APEX20KC、APEX20K、Excalibur和Mercury。24廈門理工學院通信系劉虹在設計中嵌入SignalTapⅡ邏輯分析儀有兩種方法：第一種方法是建立一個SignalTapⅡ文件(.stp)，然后定義STP文件的詳細內(nèi)容；第二種方法是用MegaWizardPlug-InManager建立并配置STP文件，然后用MegaWizard實例化一個HDL輸出模塊。

25廈門理工學院通信系劉虹26廈門理工學院通信系劉虹

3.4LPM_ROM宏模塊應用使用QuartusII的MegeWizardPlug-InManager中的宏功能模塊可以幫助用戶完成一些復雜系統(tǒng)的設計，并可以方便地對現(xiàn)有的設計文件進行修改。這些宏功能模塊包括LPM（LibraryParameterizedMegafunction）、MegaCore（例如FFT、FIR等）和AMMP（AlteraMegafunctionPartnersProgram，例如PCI、DDS等）。下面以波形發(fā)生器的設計為例，介紹QuartusII宏功能模塊的使用方法。27廈門理工學院通信系劉虹3.4.1設計原理在波形發(fā)生器的原理圖中，lpm_counter0是LPM計數(shù)器，lpm_rom0是LPM只讀存儲器（ROM）。ROM中保存的是某種波形信號（如鋸齒波或正弦波）的數(shù)據(jù)，其地址由計數(shù)器lpm_counter0提供。lpm_counter0是一個8位加法計數(shù)器，在時鐘的控制下計數(shù)器的輸出q[7..0]由00000000到11111111循環(huán)變化，使ROM輸出周期性的波形信號的數(shù)據(jù)。波形發(fā)生器的原理圖28廈門理工學院通信系劉虹3.4.2編輯輸入頂層設計文件首先為波形發(fā)生器建立新的設計項目“mydds”，并選擇Cyclone系列的EP1C6Q240C8作為設計項目的下載目標芯片。然后執(zhí)行“File”菜單的“New”命令，打開一個新的“BlockDiagram/SchematicFile”編輯窗口。29廈門理工學院通信系劉虹1.加入計數(shù)器元件用鼠標雙擊原理圖編輯窗，在彈出的元件選擇窗的“Libraries”欄目中選擇“arithmetic”的“l(fā)pm_counter”（計數(shù)器）LPM元件。LPM是參數(shù)化的多功能庫元件，每一種LPM元件都具有許多端口和參數(shù)，通過對端口的選擇與參數(shù)的設置得到設計需要的元件。pm_counter元件選擇窗30廈門理工學院通信系劉虹

計數(shù)器元件選定后用鼠標點擊“OK”按鈕，彈出“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”對話框頁面。在該對話框頁面中，選擇VerilogHDL（或VHDL）作為輸出文件的類型，并將生成的計數(shù)器名稱及保存的文件夾輸入到“Whatnamedoyouwantfortheoutputfile？”欄目中。MegaWizardPlug-InManager[page2c]對話框頁面31廈門理工學院通信系劉虹

完成上述操作后，點擊“Next”按鈕，進入計數(shù)器參數(shù)設置的下一個對話框頁面“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page1of4]”。在此頁面中設置計數(shù)器的q輸出位數(shù)為8bit，時鐘輸入clock的有效邊沿為“Uponly”（上升沿有效）。時鐘邊沿也可以選擇“Downonly”（下降沿有效）或“Updown”（雙邊沿有效）。LPM_COUNTER[page1of4]”對話框頁面32廈門理工學院通信系劉虹

完成計數(shù)器此頁的參數(shù)設置后點擊“Next”按鈕，進入計數(shù)器參數(shù)設置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page2of4]”對話框頁面。在此對話框頁面中，選擇計數(shù)器的類型為“Plainbinary”（二進制）。計數(shù)器的類型除了二進制外，還可以選擇任意模值，如5、10、60等。另外，計數(shù)器還可以增加一些輸入或輸出端口，如“ClockEnable”（時鐘使能）、“Cary-in”（進位輸入）、“CountEnable”（計數(shù)器使能）和“Cary-out”（進位輸出）。

LPM_COUNTER[page2of4]”對話框頁面33廈門理工學院通信系劉虹完成計數(shù)器此頁的參數(shù)設置后點擊“Next”按鈕，進入計數(shù)器參數(shù)設置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page3of4]”對話框頁面。此頁面用于為計數(shù)器添加同步或異步輸入控制端，如“Clear”（清除）、“Load”（預置）等。LPM_COUNTER[page3of4]”對話框頁面34廈門理工學院通信系劉虹

點擊“Next”按鈕，進入計數(shù)器參數(shù)設置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page4of4]”對話框頁面，這是計數(shù)器參數(shù)設置的最后一個頁面，主要用于選擇生成計數(shù)器的輸出文件，如VHDL的文本文件“l(fā)pm_rom0.vhd”、圖形符號文件“l(fā)pm_rom0.bsf”等。至此，計數(shù)器參數(shù)設置完成，用鼠標左鍵點擊點擊“Finish”按鈕結(jié)束設置。LPM_COUNTER[page4of4]”對話框頁面35廈門理工學院通信系劉虹

2.建立存儲器初值設定文件為了將數(shù)據(jù)裝入ROM中，在加入并設置ROM之前，應首先建立一個存儲器初值設定文件（或稱為.mif格式文件）。①在QuartusII集成環(huán)境下，執(zhí)行“File”菜單的“New”命令，打開一個新的“Memoryinitializationfile”（存儲器初值設定文件）編輯窗口，在彈出的存儲器參數(shù)設置對話框中輸入存儲器的字數(shù)（Numberofwords）為256，字長（Wordsize）為8位。存儲器參數(shù)設置對話框36廈門理工學院通信系劉虹②存儲器的參數(shù)設置結(jié)束后點擊“OK”按鈕，彈出存儲器初值設定文件的界面，將此文件以.mif為類型屬性（如mydds.mif）保存在工程目錄中。在存儲器初值設定文件的界面中，執(zhí)行AddressRadix項則可對存儲器的地址基數(shù)進行選擇，地址有Binary、Decimal、Octal和Hexadecimal等4種基數(shù)數(shù)制選擇。執(zhí)行MemoryRadix項則可對存儲器單元中的數(shù)據(jù)基數(shù)進行設置，存儲器數(shù)據(jù)有Binary、Hexadecimal、Octal、SignedDecimal和UnsignedDecimal等5種基數(shù)選擇。存儲器初值設定文件的界面37廈門理工學院通信系劉虹③將數(shù)據(jù)加入存儲器初值設定文件中。新建的存儲器初值設定文件中的數(shù)據(jù)全部為0，在存儲器初值設定文件的界面可以直接輸入每個存儲器字的數(shù)據(jù)，也可以用鼠標點擊文件界面，在彈出的格式文件操作快捷菜單提示下，完成數(shù)據(jù)輸入?！癈ustomFillCells”對話框格式文件操作快捷菜單38廈門理工學院通信系劉虹例如，在彈出的格式文件操作快捷菜單中選擇“CustomFillCells”（塊填充）項，在彈出“CustomFillCells”對話框的“Startingaddress”欄目內(nèi)輸入起始地址（如00），在“Endingaddress”欄目內(nèi)輸入結(jié)束地址（如ff）；將“Incrementing/Decrementing”選中后，在“StartingValue”欄目中輸入起始值（如0），在“Incrementby”（或Decrementby）欄目中輸入增加（或減少）值（如2）。完成上述操作后點擊“OK”按鈕，結(jié)束.mif格式文件中的數(shù)據(jù)填充。數(shù)據(jù)填充的結(jié)果為：從00地址開始到ff地址結(jié)束，數(shù)據(jù)由00值開始存儲于00地址單元，并將此值遞增2后填入下一個存儲單元；當遞增的值大于8位二進制數(shù)的最大值（即255）后，數(shù)據(jù)又從00值開始重新填寫，直至結(jié)束地址為止。用上述方法產(chǎn)生的存儲器初始數(shù)據(jù)實際是一個鋸齒波發(fā)生器的數(shù)據(jù)。39廈門理工學院通信系劉虹

3.加入只讀存儲器ROM元件用鼠標雙擊原理圖編輯窗，在彈出的元件選擇窗的“Libraries”欄目中選擇“storage”的“l(fā)pm_rom”（只讀存儲器ROM）LPM元件。用鼠標點擊“OK”按鈕后彈出“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”對話框頁面。在該對話框頁面中，選擇VHDL（或VerilogHDL）作為輸出文件的類型，并將生成的只讀存儲器名稱及保存的文件夾）輸入到“Whatnamedoyouwantfortheoutputfile？”欄目中。MegaWizardPlug-InManager[page2c]對話框40廈門理工學院通信系劉虹完成上述操作后，點擊“Next”按鈕，進入ROM參數(shù)設置的下一個對話框頁面“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page1of4]”。在此頁面中設置ROM的q輸出位數(shù)為8bit，字數(shù)為256，采用單時鐘控制方式。LPM_ROM[page1of4]對話框頁面41廈門理工學院通信系劉虹完成頁的參數(shù)設置后點擊“Next”按鈕，進入ROM參數(shù)設置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page2of4]”對話框頁面。此對話框頁面用于選擇ROM的clken（時鐘使能）和aclr（清除）輸入控制端（本例設計不選擇）。

LPM_ROM[page2of4]對話框頁面42廈門理工學院通信系劉虹完成此頁的參數(shù)設置后點擊“Next”按鈕，進入ROM參數(shù)設置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page3of4]”對話框頁面。在此頁面的“Doyouwantto…”欄目中選中“Yes，usethisfileforth