EDA技術(shù)3-QUARTUS使用方法

第三章

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

QuartusII軟件為適應(yīng)廣大MAX+PLUSⅡ軟件應(yīng)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(xué)院通信系劉虹為了方便電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者首先應(yīng)當(dāng)在計(jì)算機(jī)中建立自己的工程目錄（如d:\myeda）。將自己的全部EDA設(shè)計(jì)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(xué)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(shè)計(jì)文件仿真引腳鎖定硬件調(diào)試編程下載4廈門理工學(xué)院通信系劉虹1）編輯輸入圖形設(shè)計(jì)文件使用QuartusII設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)之前，需要先建立設(shè)計(jì)項(xiàng)目（Project）。例如，用圖形編輯法設(shè)計(jì)8位加法器adder8時(shí)，需要先建立adder8的設(shè)計(jì)項(xiàng)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(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)話框的“NewProjectWizard:Directory,Name,TOP-LevelEntuty[page1of5]”頁(yè)面（新建設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)話框共5個(gè)頁(yè)面）。5廈門理工學(xué)院通信系劉虹設(shè)計(jì)項(xiàng)目名和頂層文件實(shí)體名可以同名，一般在多層次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以與設(shè)計(jì)項(xiàng)目同名的設(shè)計(jì)實(shí)體作為頂層文件名。6廈門理工學(xué)院通信系劉虹新建項(xiàng)目對(duì)話框的第2頁(yè)面用于增加設(shè)計(jì)文件，包括頂層設(shè)計(jì)文件和其他底層設(shè)計(jì)文件。如果頂層設(shè)計(jì)文件和其他底層設(shè)計(jì)文件已經(jīng)包含在工程文件夾中，則在此頁(yè)面中將這些設(shè)計(jì)文件增加到新建項(xiàng)目中。7廈門理工學(xué)院通信系劉虹新建項(xiàng)目對(duì)話框第3頁(yè)面用于設(shè)置編程下載的目標(biāo)芯片的類型與型號(hào)。在編譯設(shè)計(jì)文件前，應(yīng)先選擇下載的目標(biāo)芯片，否則系統(tǒng)將以默認(rèn)的目標(biāo)芯片為基礎(chǔ)完成設(shè)計(jì)文件的編譯。目標(biāo)芯片選擇應(yīng)根據(jù)支持硬件開發(fā)和驗(yàn)證的開發(fā)板或試驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)上提供的可編程邏輯器件來(lái)決定。不同的適配板上的可編程邏輯不同。8廈門理工學(xué)院通信系劉虹

新建設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)話框的第4頁(yè)面用于設(shè)置第三方EDA工具軟件的使用，一般情況下可以設(shè)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(xué)院通信系劉虹

新建設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)話框的第5頁(yè)面用于顯示新建設(shè)計(jì)項(xiàng)目的摘要，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊此頁(yè)面下方的“Finish”按鈕，完成新設(shè)計(jì)項(xiàng)目的建立。10廈門理工學(xué)院通信系劉虹

新的項(xiàng)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(duì)話框中，選擇“BlockDiagram/SchematicFile”（模塊/原理圖文件）方式，進(jìn)入QuartusII圖形編輯方式的窗口界面。

編輯文件類型對(duì)話框11廈門理工學(xué)院通信系劉虹

在原理圖編輯窗中的任何一個(gè)位置上用雙擊鼠標(biāo)，彈出一個(gè)元件選擇窗。

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

在8位加法器adder8的設(shè)計(jì)中，將電路設(shè)計(jì)需要的2個(gè)4位加法器74283以及輸入、輸出元件符號(hào)調(diào)人圖形編輯框中，根據(jù)8位加法器設(shè)計(jì)的原理圖，用鼠標(biāo)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(yīng)的輸入元件符號(hào)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(gè)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(jìn)位輸出端。電路設(shè)計(jì)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(xué)院通信系劉虹2）編輯設(shè)計(jì)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(biāo)左鍵點(diǎn)擊“開始編譯”命令按鈕，開始對(duì)adder8.bdf文件進(jìn)行編譯。14廈門理工學(xué)院通信系劉虹3）仿真設(shè)計(jì)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(duì)話框，選擇對(duì)話框“OtherFiles”中的“VectorWaveformFile”方式，進(jìn)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(xué)院通信系劉虹b.輸入信號(hào)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“InsertNodeorBus…”命令，彈出插入節(jié)點(diǎn)或總線（InsertNodeorBus…）對(duì)話框，。在“InsertNodeorBus…”對(duì)話窗口中首先點(diǎn)擊“NodeFinder…”鍵，彈出節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)者（NodeFinder）對(duì)話框。插入信號(hào)節(jié)點(diǎn)對(duì)話框節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)者對(duì)話框16廈門理工學(xué)院通信系劉虹

在“NodeFinder”對(duì)話框的“Filter”欄目中，用選擇“Pins:all”項(xiàng)，再點(diǎn)擊“Start”按鈕，這時(shí)在窗口左邊的“NodesFound:”（節(jié)點(diǎn)建立）框中將列出該設(shè)計(jì)項(xiàng)目的全部信號(hào)節(jié)點(diǎn)。若在仿真中需要觀察全部信號(hào)的波形，則點(diǎn)擊窗口中間的“>>”按鈕；若在仿真中只需要觀察部分信號(hào)的波形，則首先用鼠標(biāo)左鍵將信號(hào)名點(diǎn)黑選中，然后點(diǎn)擊窗口中間的“>”按鈕，選中的信號(hào)即進(jìn)入到窗口右邊的“SelectedNodes:”（被選擇的節(jié)點(diǎn)）框中。如果需要?jiǎng)h除“SelectedNodes:”框中的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，也可以用鼠標(biāo)將其選中，然后點(diǎn)擊窗口中間的“<”按鈕。節(jié)點(diǎn)信號(hào)選擇完畢后，點(diǎn)擊“OK”按鈕。17廈門理工學(xué)院通信系劉虹c.設(shè)置波形參量

QuartusII默認(rèn)的仿真時(shí)間域是1us，如果需要更長(zhǎng)時(shí)間觀察仿真結(jié)果，可執(zhí)行“Edit”命令菜單中的“EndTime…”選項(xiàng)，在彈出的如圖所示的“EndTime”（設(shè)置仿真時(shí)間域）對(duì)話框中，輸入適當(dāng)?shù)姆抡鏁r(shí)間域（如10us），后點(diǎn)擊“OK”按鈕完成設(shè)置。設(shè)置仿真時(shí)間域?qū)υ捒?8廈門理工學(xué)院通信系劉虹d.編輯輸入信號(hào)為輸入信號(hào)編輯測(cè)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(hào)編輯測(cè)試電平或數(shù)據(jù)示意圖放大/縮小工具未初始化（U）強(qiáng)未知（X）0電平（強(qiáng)0）1電平（強(qiáng)1）高阻（Z）弱0（L）弱1（H）計(jì)數(shù)值任意值隨機(jī)值時(shí)鐘弱未知（W）無(wú)關(guān)（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(xué)院通信系劉虹e.波形文件存盤執(zhí)行“File”選項(xiàng)的“Save”命令，完成波形文件的存盤。f.運(yùn)行仿真器執(zhí)行“Processing”中的“StartSimulation”命令，對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真。

8位加法器的仿真波形20廈門理工學(xué)院通信系劉虹

4）編程下載設(shè)計(jì)文件

編程下載是指將設(shè)計(jì)處理中產(chǎn)生的編程數(shù)據(jù)文件通過(guò)EDA軟件放到具體的可編程邏輯器件中去的過(guò)程。對(duì)CPLD器件來(lái)說(shuō)是將JED文件下載（DownLoad）到CPLD器件中去，對(duì)FPGA來(lái)說(shuō)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(yàn)開發(fā)系統(tǒng)支持。21廈門理工學(xué)院通信系劉虹

3.2QuartusII文本編輯輸入法設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)步驟與原理圖編輯輸入法一致，只是在新的項(xiàng)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(duì)話框中，選擇“VHDLFile”（文本編輯）方式，進(jìn)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(xué)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(jí)，易于操作。SignalTapⅡ邏輯分析儀允許設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)中用探針的方式探查內(nèi)部信號(hào)狀態(tài)，幫助設(shè)計(jì)者調(diào)試FPGA設(shè)計(jì)。

23廈門理工學(xué)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(xué)院通信系劉虹在設(shè)計(jì)中嵌入SignalTapⅡ邏輯分析儀有兩種方法：第一種方法是建立一個(gè)SignalTapⅡ文件(.stp)，然后定義STP文件的詳細(xì)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(shí)例化一個(gè)HDL輸出模塊。

25廈門理工學(xué)院通信系劉虹26廈門理工學(xué)院通信系劉虹

3.4LPM_ROM宏模塊應(yīng)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(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并可以方便地對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)文件進(jìn)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(shè)計(jì)為例，介紹QuartusII宏功能模塊的使用方法。27廈門理工學(xué)院通信系劉虹3.4.1設(shè)計(jì)原理在波形發(fā)生器的原理圖中，lpm_counter0是LPM計(jì)數(shù)器，lpm_rom0是LPM只讀存儲(chǔ)器（ROM）。ROM中保存的是某種波形信號(hào)（如鋸齒波或正弦波）的數(shù)據(jù)，其地址由計(jì)數(shù)器lpm_counter0提供。lpm_counter0是一個(gè)8位加法計(jì)數(shù)器，在時(shí)鐘的控制下計(jì)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(hào)的數(shù)據(jù)。波形發(fā)生器的原理圖28廈門理工學(xué)院通信系劉虹3.4.2編輯輸入頂層設(shè)計(jì)文件首先為波形發(fā)生器建立新的設(shè)計(jì)項(xiàng)目“mydds”，并選擇Cyclone系列的EP1C6Q240C8作為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的下載目標(biāo)芯片。然后執(zhí)行“File”菜單的“New”命令，打開一個(gè)新的“BlockDiagram/SchematicFile”編輯窗口。29廈門理工學(xué)院通信系劉虹1.加入計(jì)數(shù)器元件用鼠標(biāo)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(jì)數(shù)器）LPM元件。LPM是參數(shù)化的多功能庫(kù)元件，每一種LPM元件都具有許多端口和參數(shù)，通過(guò)對(duì)端口的選擇與參數(shù)的設(shè)置得到設(shè)計(jì)需要的元件。pm_counter元件選擇窗30廈門理工學(xué)院通信系劉虹

計(jì)數(shù)器元件選定后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“OK”按鈕，彈出“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”對(duì)話框頁(yè)面。在該對(duì)話框頁(yè)面中，選擇VerilogHDL（或VHDL）作為輸出文件的類型，并將生成的計(jì)數(shù)器名稱及保存的文件夾輸入到“Whatnamedoyouwantfortheoutputfile？”欄目中。MegaWizardPlug-InManager[page2c]對(duì)話框頁(yè)面31廈門理工學(xué)院通信系劉虹

完成上述操作后，點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置的下一個(gè)對(duì)話框頁(yè)面“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page1of4]”。在此頁(yè)面中設(shè)置計(jì)數(shù)器的q輸出位數(shù)為8bit，時(shí)鐘輸入clock的有效邊沿為“Uponly”（上升沿有效）。時(shí)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(duì)話框頁(yè)面32廈門理工學(xué)院通信系劉虹

完成計(jì)數(shù)器此頁(yè)的參數(shù)設(shè)置后點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page2of4]”對(duì)話框頁(yè)面。在此對(duì)話框頁(yè)面中，選擇計(jì)數(shù)器的類型為“Plainbinary”（二進(jìn)制）。計(jì)數(shù)器的類型除了二進(jìn)制外，還可以選擇任意模值，如5、10、60等。另外，計(jì)數(shù)器還可以增加一些輸入或輸出端口，如“ClockEnable”（時(shí)鐘使能）、“Cary-in”（進(jìn)位輸入）、“CountEnable”（計(jì)數(shù)器使能）和“Cary-out”（進(jìn)位輸出）。

LPM_COUNTER[page2of4]”對(duì)話框頁(yè)面33廈門理工學(xué)院通信系劉虹完成計(jì)數(shù)器此頁(yè)的參數(shù)設(shè)置后點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page3of4]”對(duì)話框頁(yè)面。此頁(yè)面用于為計(jì)數(shù)器添加同步或異步輸入控制端，如“Clear”（清除）、“Load”（預(yù)置）等。LPM_COUNTER[page3of4]”對(duì)話框頁(yè)面34廈門理工學(xué)院通信系劉虹

點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_COUNTER[page4of4]”對(duì)話框頁(yè)面，這是計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置的最后一個(gè)頁(yè)面，主要用于選擇生成計(jì)數(shù)器的輸出文件，如VHDL的文本文件“l(fā)pm_rom0.vhd”、圖形符號(hào)文件“l(fā)pm_rom0.bsf”等。至此，計(jì)數(shù)器參數(shù)設(shè)置完成，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊點(diǎn)擊“Finish”按鈕結(jié)束設(shè)置。LPM_COUNTER[page4of4]”對(duì)話框頁(yè)面35廈門理工學(xué)院通信系劉虹

2.建立存儲(chǔ)器初值設(shè)定文件為了將數(shù)據(jù)裝入ROM中，在加入并設(shè)置ROM之前，應(yīng)首先建立一個(gè)存儲(chǔ)器初值設(shè)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(gè)新的“Memoryinitializationfile”（存儲(chǔ)器初值設(shè)定文件）編輯窗口，在彈出的存儲(chǔ)器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中輸入存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)（Numberofwords）為256，字長(zhǎng)（Wordsize）為8位。存儲(chǔ)器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框36廈門理工學(xué)院通信系劉虹②存儲(chǔ)器的參數(shù)設(shè)置結(jié)束后點(diǎn)擊“OK”按鈕，彈出存儲(chǔ)器初值設(shè)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(chǔ)器初值設(shè)定文件的界面中，執(zhí)行AddressRadix項(xiàng)則可對(duì)存儲(chǔ)器的地址基數(shù)進(jìn)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(xiàng)則可對(duì)存儲(chǔ)器單元中的數(shù)據(jù)基數(shù)進(jìn)行設(shè)置，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)有Binary、Hexadecimal、Octal、SignedDecimal和UnsignedDecimal等5種基數(shù)選擇。存儲(chǔ)器初值設(shè)定文件的界面37廈門理工學(xué)院通信系劉虹③將數(shù)據(jù)加入存儲(chǔ)器初值設(shè)定文件中。新建的存儲(chǔ)器初值設(shè)定文件中的數(shù)據(jù)全部為0，在存儲(chǔ)器初值設(shè)定文件的界面可以直接輸入每個(gè)存儲(chǔ)器字的數(shù)據(jù)，也可以用鼠標(biāo)點(diǎn)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。“CustomFillCells”對(duì)話框格式文件操作快捷菜單38廈門理工學(xué)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(xiàng)，在彈出“CustomFillCells”對(duì)話框的“Startingaddress”欄目?jī)?nèi)輸入起始地址（如00），在“Endingaddress”欄目?jī)?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(diǎn)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(chǔ)于00地址單元，并將此值遞增2后填入下一個(gè)存儲(chǔ)單元；當(dāng)遞增的值大于8位二進(jìn)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(chǔ)器初始數(shù)據(jù)實(shí)際是一個(gè)鋸齒波發(fā)生器的數(shù)據(jù)。39廈門理工學(xué)院通信系劉虹

3.加入只讀存儲(chǔ)器ROM元件用鼠標(biāo)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(chǔ)器ROM）LPM元件。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“OK”按鈕后彈出“MegaWizardPlug-InManager[page2c]”對(duì)話框頁(yè)面。在該對(duì)話框頁(yè)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(chǔ)器名稱及保存的文件夾）輸入到“Whatnamedoyouwantfortheoutputfile？”欄目中。MegaWizardPlug-InManager[page2c]對(duì)話框40廈門理工學(xué)院通信系劉虹完成上述操作后，點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入ROM參數(shù)設(shè)置的下一個(gè)對(duì)話框頁(yè)面“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page1of4]”。在此頁(yè)面中設(shè)置ROM的q輸出位數(shù)為8bit，字?jǐn)?shù)為256，采用單時(shí)鐘控制方式。LPM_ROM[page1of4]對(duì)話框頁(yè)面41廈門理工學(xué)院通信系劉虹完成頁(yè)的參數(shù)設(shè)置后點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入ROM參數(shù)設(shè)置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page2of4]”對(duì)話框頁(yè)面。此對(duì)話框頁(yè)面用于選擇ROM的clken（時(shí)鐘使能）和aclr（清除）輸入控制端（本例設(shè)計(jì)不選擇）。

LPM_ROM[page2of4]對(duì)話框頁(yè)面42廈門理工學(xué)院通信系劉虹完成此頁(yè)的參數(shù)設(shè)置后點(diǎn)擊“Next”按鈕，進(jìn)入ROM參數(shù)設(shè)置的“MegaWizardPlug-InManager–LPM_ROM[page3of4]”對(duì)話框頁(yè)面。在此頁(yè)面的“Doyouwantto…”欄目中選中“Yes，usethisfileforth