怎样新建Quartusproject—FPGA新手教程

Posted 2020-09-30 slgkaifa

这一章我们来实现第一个FPGAproject—LED流水灯。我们将通过流水灯例程向大家介绍一次完整的FPGA开发流程，从新建project，代码设计，综合实现。管脚约束，下载FPGA程序。

掌握本章内容，大家就算正式的開始入门FPGA开发了。

1.1.2.新建project

第一步：从開始菜单启动Quartus II 13.1(64 bit) ，例如以下图。

第二步：菜单条选择File—>New Project Wizard，新建project。

第三步：弹出新建project对话框，点击Next。下一步。

第三步：例如以下图。依次设置project的存放路径，project名称。顶层文件名，如图依次设置好，这里我们将全部project相关的文件放在prj目录内，便于project文件与源代码文件的管理，同一时候要保持project名称与顶层实体名称一致，继续Next。

第四步：加入设计文件。这一步我们不须要加入，兴许我们会新建对应的代码文件。这里继续Next。

第五步：选择FPGA器件，如图所看到的，这里我们选择器件家族是CycloneIV系列的，封装是FBGA，管脚数为256。速度等级为8。

这里速度等级越小。速度越快。这里我们FPGA的具体型号为EP4CE6F17C8。大家通过这个对话框了解这个器件的基本资源。

这里我简介一下这些资源的名称，在后面的章节里我们还会具体解说FPGA内部资源与结构。

1、CoreVoltage是内核电压，Cyclone IV的内核电压是1.2V。

2、LE是Altera最主要的逻辑单元，LEs表示FPGA的全部的逻辑资源。   我们这款芯片的逻辑资源数为6272。

3、User I/Os表示用户IO数，这里共同拥有180个IO能够供用户使用。

4、Memory Bits与embedded multiplier 9-bit elements实际是一回事，后者简称M9K。M9K就是指位宽为9bit，深度为1K的RAM。这里一共同拥有30个M9K。大家计算一下9*1024*30=276480就是Memory Bits。

5、PLL锁相环，内部一共同拥有两个锁相环。

6、Global clocks全局时钟网络数。这里一共同拥有10个。

第六步：设置EDA工具，这里我们就设置一下仿真工具。使用默认Modelsim

-Altera，语言选择Verilog。

实际后面我们不建议大家使用Modelsim-Altera。

我们会推荐大家在直接使用Modelsim-SE，后者的通用性更强。继续Next。

       第七步：总结新建project的基本信息。到这里就完毕project的建立。

1.1.3.代码设计

大家阅读本节前，首先应该对Verilog语法有一定了解，其次阅读我们提供的编码规范文件。了解主要的命名规则和project架构，从一開始就培养良好的编码习惯。

第一步：新建verilog源文件，例如以下图，点击新建文件图标，或者通过菜单条File—>New打开新建文件向导。

第二步：在新建文件向导中，选择Verilog HDL File，点击OK。

第三步：由于我们已经配置过UltraEdit为默认编辑器，此时会打开UltraEdit（注意：UltraEdit编辑Verilog代码前。要加入语法高亮文件。详见3.3.3节内容）。弹出新建源文件，将源文件另存至src目录下，命名为led_test.v与顶层实体名称一致。我们将源代码文件和project文件放在不同目录下，方便日后的project维护。

第四步：编写代码逻辑，这里我们实现了一个流水灯。这里我们用了一个27位的计数器，时钟频率为50MHz，周期为20ns，当计数到第25位置位时，计数器值为25’d16777216。此时时间为16777216*20ns=335ms。这样每大约经过335ms，计数器的[26:24]位就会加1。

我们第一个always实现计数器，第二个always实现控制不同一时候间时LED的输出。即每隔335ms改变一次LED的输出状态。

1.  module led_test

2.      (

3.          input                  i_clk,      //input clk ,50mhz

4.          input                  i_rst_n,    //reset, active low

5.          outputreg  [3:0]o_led      //led out

6.      );

7.      reg    [26:0]         led_count;   

8.      always @ (posedge i_clk or negedge i_rst_n)

9.      begin

10.        if(!i_rst_n)

11.            led_count  <=27\'d0;  

12.        else

13.            led_count  <=led_count   +   27\'d1;                  

14.    end

15.    always @ (posedge clk or negedge i_rst_n)

16.    begin

17.        if(!i_rst_n)

18.            o_led   <=4\'b1111;    

19.        else begin

20.            case(led_count[26:24]) //when 25th bit set= 335ms

21.                3\'b000:     o_led<=  4\'b1110;       

22.                3\'b001:     o_led<=  4\'b1101;   

23.                3\'b010:     o_led<=  4\'b1011;  

24.                3\'b011:     o_led<=  4\'b0111;  

25.                3\'b100:     o_led<=  4\'b1100;      

26.                3\'b101:     o_led<=  4\'b1001;  

27.                3\'b110:     o_led<=  4\'b0011;

28.                3\'b111:     o_led<=  4\'b0000;       

29.            endcase

30.        end

31.    end   

32.endmodule    

1.1.4.综合实现

对于刚接触FPGA的同学可能不太了解综合实现的意思，事实上简单里说。综合实现就相当于单片机的编译过程。而FPGA的编译过程不像其它高级语言的编译过程，FPGA编译过程实际是对应硬件电路的实现过程。

第三小节。我们完毕了代码设计。我们就能够综合实现了。

步骤就是双击task窗体下的“Compile Design”，就会開始综合实现了。

Altera的FPGA编译过程大致分为下面几个过程：分析综合，布局布线。生成烧写文件，时序分析，EDA网表生成。例如以下图所看到的。

分析综合：这个过程首先是完毕对源代码文件的语法编译。其次是将我们设计的语言综合成对应的网表文件，而这个网表文件实际是与FPGA上资源是相互映射的。

首先什么是网表文件？网表文件描写叙述了对应project的FPGA设计中包括了FPGA资源。相同描写叙述了这些资源又是怎样连接的。其次，FPGA有哪些资源？我们会在兴许章节具体介绍，这里就说一个最简单的资源——触发器。这个是我们数电里面学习过的，在FPGA里一般叫做寄存器。

比如我们这个project中。终于led_count和o_led都会映射到对应的寄存器。

布局布线：这个过程是依据分析综合中得到的网表文件进行的，假设大家有PCB设计经验可能会更好理解。

所谓布局，就像PCB布局，将设计中用到的资源布局到FPGA器件内部不同的位置。所谓布线，相同类似PCB布线，将FPGA内部用到的资源依据网表文件里描写叙述的链接关系连在一起。

生成烧写文件：这个过程比較好理解。基于上述过程产生的文件，再生成用烧写FPGA的文件。

EDA网表生成：这个过程则是用来生成仿真所需网表文件。仿真时会用到。

1.1.5.管脚分配

这一节我们将介绍管脚分配。管脚分配过程中我们会同一时候解说关于Altera FPGA管脚主要特点及分类。

第一步：管脚分配前应该先将源代码文件进行综合，让Quartus获取对应的IO信息。这一步第四小节已经讲了。我就不做具体介绍了。

第二步：打开管脚分配工具Pin Planner，例如以下图。

或者能够通过菜单条Assignments—>Pin Planner打开，也能够下图所看到的快捷图标打开。

     

第三步：分配管脚之前，我们先介绍一下FPGA的IO分布情况、管脚的特点及种类，以及Pin Planner工具的使用。例如以下图为Pin Planner界面。

Pin Planner工具界面大致可分为下面几个部分：

整体管脚布局区域：如图所看到的，中间器件图描写叙述了每一个管脚的位置。

Report区域：通过这个区域，将对应信息打上√。就能够高亮我们所关心的IO信息。

这里我们高亮IO的bank信息。

FPGA的管脚是分bank的，并且每一个bank的IO的电平都能够独立配置的。

Tasks区域：这个区域包括了非常多IO信息，我们能够双击须要的IO信息，对应的信息就会加入到Repoat区域中。

Pin Legend区域：这里详细说明IO的全部种类，并用不同的颜色和形状表示出来。而FPGA的IO管脚大致分为 用户IO，配置管脚。电源管脚这几类。

管脚分配区域：我们在这个区域内对我们设计中的IO进行分配。

第四步：分配管脚。在Location栏中输入对应管脚的位置，完毕管脚分配。