武汉理工大学FPGA第4章仿真与设计工具安装.docx

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武汉理工大学FPGA第4章仿真与设计工具安装

第4章仿真与设计工具安装

本系统中主要使用XUPVirtexIIPro板卡，其处理器为Xilinx的XC2VP30，此处理器有2个POWERPC，本章将介绍与之对应的ISE9.1及EDK9.1的安装与使用。

4.1安装ISE9.1软件

4.1.1ISE概述

ISE是集成综合环境的简称，是Xilinx提供的一套工具集，其集成的工具可以完成整个FPGA/CPLD的开发过程。

ISE的工具包分为综合工具、仿真工具、实现工具、辅助设计工具和其它工具等5类。

ISE的主要特点：

1.它是一个集成环境，可以完成整个FPGA/CPLD开发过程；

2.ISE接口设计风格简洁流畅，易学易用；

3.ISE有丰富的在线帮助信息，结合Xilinx的技术支持网站，一般设计过程中可能遇到的问题都能得到很好的解决；

4.ISE有强大的设计辅助功能。

4.1.2ISE9.1的安装

安装ISE9.1软件的步骤如下：

第一步：

打开“XILINX9.1iDVD.iso”活页夹中的“ISE9.1i”（用daemon400或其它虚拟光驱软件打开），单击Next按钮；

图4-1打开“ISE9.1i”

第二步：

输入序列号。

其序列号在“DSPWorkShopSoft.iso”文件夹下的“XILINX注册号.txt”文件内，名称为“ISESIM9.1ikey”。

输入后单击Next按钮；

图4-2输入序列号

第三步：

选择Iacceptthetermsofthissoftwarelicense选项，并单击Next按钮；

图4-3操作示意

第四步：

选择Iacceptthetermsofthissoftwarelicense选项，并单击Next按钮；

图4-4操作示意

第五步：

选择Iacceptthetermsofthissoftwarelicense选项，并单击Next按钮；

图4-5操作示意

第六步：

默认路径为c:

\Xilinx，单击Next按钮；

图4-6操作示意

第七步：

单击Next按钮

图4-7操作示意

第八步：

单击Next按钮；

图4-8操作示意

第九步：

单击Next按钮；

图4-9操作示意

第十步：

点击Install按钮；

图4-10操作示意

第十一步：

开始安装。

图4-11安装界面

第十二步：

完成安装。

4.2安装EDK9.1软件

4.2.1EDK概述

嵌入式开发环境EDK（EmbeddedDevelopmentKit）是用于设计嵌入式处理系统的集成软件，它包含利用嵌入式PowerPC™硬处理器核或XilinxMicroBlaze™软处理器核进行Xilinx平台FPGA设计时所需的全部技术文档和IP。

嵌入式开发环境EDK中的软件开发分为两大部分，一是底层系统软件的开发，主要完成BSP（板级支持包）的功能；另一部分则是用户应用软件的开发，包括用户硬件驱动及用户上层应用软件，整个用户软件的开发及调试工作都可以在EDK中完成。

EDK包括硬件部分XPS（XilinxPlatformStudio）和软件部分SDK（SoftwareDevelopmentKit），XPS是设计嵌入式处理器系统硬件部分的开发环境和用户图形界面，SDK是综合的开发环境，是对XPS的补充。

4.2.2EDK9.1的安装

安装步骤如下：

第一步：

打开“XILINX9.1iDVD.iso”文件夹中的“EDK9.1i”（用daemon400或其它虚拟光驱软件打开），单击Next按钮；

图4-12打开“EDK9.1i”

第二步：

输入序列号。

其序列号在“DSPWorkShopSoft.iso”文件夹下的“XILINX注册号.txt”文件内，名称为“ISESIM9.1ikey”。

输入后单击Next按钮；选择INSTALLEDK后，弹出如下窗口，单击Next按钮；

图4-13输入序列号

第三步：

选择Iacceptthetermsofthissoftwarelicense选项，并单击Next按钮；

图4-14操作示意

第四步：

选择Iacceptthetermsofthissoftwarelicense选项，并单击Next按钮；

图4-15操作示意

第五步：

默认路径为c:

\EDK，单击Next按钮；

图4-16操作示意

第六步：

单击Next按钮；

图4-17操作示意

第七步：

单击Next按钮；

图4-18操作示意

第八步：

可以安装AVS，单击Next按钮；

图4-19操作示意

第九步：

单击Install按钮；

图4-20操作示意

第十步：

开始安装；

图4-21安装界面

第十一步：

安装结束，单击OK按钮，退出EDK9.1的安装。

4.3Chipscope9.1安装

4.3.1Chipscope概述

ChipScopePro（在线逻辑分析仪，也叫片内逻辑分析仪）具有传统逻辑分析仪的功能，是针对XilinxVirtex-IIPro等系列FPGA的在线片内信号分析工具，主要功能是通过JTAG口，在线、实时地提取出FPGA芯片内的被检测信号。

ChipScopePro的基本原理是利用FPGA中未使用的BlockRam，根据用户设定的触发条件将信号实时的保存到这些BlockRam中，然后通过JTAG口传送到计算机，最后在计算机屏幕上显示出时序波形。

ChipScopePro应用的方法：

用户可以使用ChipScopePro内核生成器生成的示例代码插入HDL源程序中，从而将ICON、ILA等内核插入到设计中，也可以使用ChipScopePro内核插入器将ICON、ILA等内核直接插入到已经综合完成的设计网表中。

然后，利用ISE的综合工具进行综合布线，生成配置文件。

接下来用户就可以通过ChipScopePro分析仪软件将配置数据流下载到待测的器件中，进行分析测试。

4.3.2安装Chipscope9.1软件

软件安装步骤如下：

第一步：

打开“Chipscope9.1i”安装文件（用daemon400或其他虚拟光驱软件打开）；

图4-22打开“Chipscope9.1i”安装文件

第二步：

在下列弹出的对话框选择“next”；

图4-23操作示意

第三步：

在下列弹出的对话框选择Yes按钮；

图4-24操作示意

第四步：

输入用户信息，单击Next按钮；

图4-25输入用户信息

第五步：

默认路径为c:

\Xilinx\ChipScope_Pro_9.1i，选择安装路径，单击Next按钮；

图4-26操作示意

第六步：

输入序列号，单击Next按钮；

图4-27输入序列号

第七步：

单击Next按钮；

图4-28操作示意

第八步：

单击Next按钮；

图4-29操作示意

第九步：

开始安装；

图4-30安装界面

第十步：

安装完成，单击Finish退出安装；

图4-31安装完成

4.4驱动安装及程序下载流程

Xilinx设计生产了XILINXParallelCableIII兼容型下载电缆，此下载电缆不需要驱动。

若自配一个USB下载电缆，则需要装驱动。

4.4.1XILINXUSB下载电缆的驱动安装

下面介绍一下XILINXUSB下载电缆的驱动安装。

1.将USB下载电缆的USB插头插入PC机的USB插槽中，另一端与板卡的J11相接，启动计算机后识别XilinxUSB下载电缆硬件，识别后安装其驱动程序。

选择从列表或指定位置安装，单击下一步；

图4-32安装驱动

2．按照如下所示选择，并将install_cable文件包拷贝到一个目录下，单击浏览按钮选择此文件包的目录，单击下一步；

图4-33安装驱动

3．待软件安装完成后，单击完成按钮，完成驱动安装。

如果再次出现扫描到硬件，则重复以上步骤。

图4-34安装驱动

4．安装完毕后打开控制面板查看系统中的设备管理器，出现如下结果，证明硬件连接成功，否则需检查硬件是否连接正确和USB驱动安装是否安装正确。

图4-35查看系统

4.4.2ISE9.1程序下载流程

1.ISE9.1程序下载

（1）插好下载电缆，板卡上电后，单击Start→Programs→XilinxISE9.1i→Accessories→iMPACT，出现iMPACTProject对话框；

图4-36iMPACTProject对话框

（2）单击Cancel按钮后，双击Flows窗口中的BoundaryScan（边界扫描）；

图4-37操作示意

（3）操作快捷键Ctrl+I，当等到弹出AssignNewConfigurationFile对话框后，前两个器件都选择bypass按钮，最后一个器件单击所要下载的bit文件（此文件所在目录不可有中文），单击Open按钮，弹出“AddVirtex-/IIPro/Virtex04...”对话框，单击OK按钮后弹出一个警告信息，单击OK按钮；

图4-38操作示意

（4）单击xc2vp30这个device，变成绿色，且iMPACTProcesses窗口出现可执行的操作；

图4-39操作示意

图4-40操作示意

（5）双击iMPACTProcesses窗口中的Program，或者直接右键单击xc2vp30这个device，选择Program。

弹出ProgrammingProperties对话框，单击OK按钮；

注：

不选“verify”选项。

图4-41操作示意

（6）程序开始下载，如果下载程序成功则出现ProgramSucceeded，否则如果失败则出现ProgramFailed，需要重新查找问题；

图4-42操作示意

4.5编译工具KCPSM3的使用

4.5.1KCPSM3介绍

KCPSM3是“K（constantCodedProgrammbleStateMachine）”的缩写。

KCPSM是一个简单的8位微处理器，所占资源很少，在一个Spartan-3,Virtex-Ⅱ及Virtex-ⅡPRO设备中，可以使用多个KCPSM的宏块，简化设计，实现无时间临界要求的复杂状态机。

KCPSM3宏提供VHDL源码，因此，可以按照VHDL的设计流程使用KCPSM宏。

KCPSM也支持其它的设计语言（如verilog,COE,NGC等）。

关于KCPSM3的具体特征，指令集及其它详细信息请参照光盘数据目录../03.example/01.ISE9.1/KCPSM3/Docs/“Kcpsm3Manual”文件。

4.5.2KCPSM3编译工具

KCPSM3提供一个DOS的可执行应用程序KCPSM3.EXE，三个模板文件ROM_form.vhd,ROM_from.v,ROM_form.coe，所有这些文件需要考贝在同一个目录下。

用户的程序要用记事本或写字板工具的格式写。

文件名后缀用“.psm”，长度少于8个字符。

编译输入4个文件（.vhd,.v,.coe,.psm），输出15个文件，包括5个中间文件，4个编译报告文件，6个支持各种设计流程和工具的输出文件。

编译命令为：

KCPSM3***.psm

下面对KCPSM3编译工具的用法进行介绍。

KCPSM（KconstantCodedProgrammbleStateMachine）是一个占用资源很少的微处理器，作为软核可以利用FPGA的逻辑资源产生。

虽然它可以处理数据，但是一般情况下它被作为状态机来使用。

KCPSM3.EXE可以在DOS环境下运行，编译命令是KCPSM3***.psm。

该命令可以在DOS的汇编编译系统执行，系统会利用.psm的文件（汇编源文件）自动生成ISE工具可读的的VHDL/Verilog格式文件，并用于综合和仿真。

以下说明如何使用该编译工具。

点开始——所有程序——附件——命令提示符，在弹出的对话框中输入E：

回车,进入本地磁盘E盘；

图4-43在DOS环境下运行

键入cd01.ISE9.1\KCPSM3\Assembler（路径名）后回车；

图4-44在DOS环境下运行

输入KCPSM3***（文件名）.psm后，回车。

自动生成VHDL/Verilog格式文件工作完成，完成接口如下：

图4-45在DOS环境下运行