实验1 Quartus II与DE2入门指导.docx
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实验1QuartusII与DE2入门指导
QuartusII9.0与DE2入门指导
目录：
典型的计算机辅助设计流程
开始
新建一个项目（project）
VHDL设计输入
编译设计
管脚分配
仿真设计电路
规划、配置FPGA器件
测试设计的电路
一个典型的FPGA计算机辅助设计流程如图1所示。
图1
设计流程的步骤：
设计输入（DesignEntry）：
用原理图或者硬件描述语言说明设计的电路。
综合（Synthesis）：
将输入的设计综合成由FPGA芯片的逻辑元件组成的电路。
功能仿真（FunctionalSimulation）：
测试、验证综合的电路功能正确与否，不考虑延时。
适配（Fitting）：
将工程的逻辑和时序要求与器件的可用资源相匹配。
它将每个逻辑功能分配给最佳逻辑单元位置，进行布线和时序分析，并选定相应的互连路径和引脚分配。
时序分析（TimingAnalysis）：
通过对适配电路传播延迟的分析，提供电路的性能指标。
时序仿真（TimingSimulation）：
验证电路的功能和时序的正确性。
编程和下载配置（ProgrammingandConfiguration）：
在FPGA上实现设计的电路。
本文主要介绍QuartusII9.0的基本特性。
演示如何用VHDL在QuartusII9.0平台设计和实现“七人表决器”电路。
包括：
1创建一个项目（project）；2用VHDL代码设计输入；3综合；4适配；5分配管脚；6仿真；7编程与下载。
1创建一个项目
（1）启动QuartusII（双击桌面图标），选择File>NewProjectWizard，弹出窗口（图2）
图2
（2）选择Next，如图3输入项目路径和项目名。
本例中，工作路径为C:
\altera\decision，工程名和顶层实体名为decision。
注意：
若设计中包含多个实体，则工程名必须和顶层实体名相同，底层实体的名字不能是工程名。
以后的实验会有多个实体，必须注意这一点。
初学者有30%的错误于此相关。
本实验中，C:
\altera\decision为工作路径，decision既是工程名，又是顶层实体名。
图3
接着按Next，出现图4，提示：
输入的项目文件夹不存在，是否要创建。
选择“是”。
图4
（3）新建项目向导里可以添加已存在的文件，我们这个项目没有要包含已存在的文件，在图5选择Next。
图5
（4）我们需要指定实现电路的目标器件，在图6中Devicefamily的Family中选择CycloneII，在Availabledevices里选择EP2C35F672C6。
（DE2上使用的型号），选择Next。
图6
（5）在图7里我们可以指定第三方的开发工具，本文只用到QuartusII，未用其他工具，所以选择Next。
图7
（6）一份摘要出现在图8，按Finish，返回QuartusII的主界面。
图8
2用VHDL代码设计输入
本文以实现一个7人表决器电路为例。
使用QuartusII的文本编辑器，File>New出现图9，选择VHDLFile，ok确认。
图9
File>Saveas,如图10，文件名为decision，文件类型为VHDLFile，保存。
图10
在文本编辑器里输入代码，保存。
3编译设计的电路
Processing>StartCompilation，或者单击开始编译，编译完成，会有提示。
编译成功，如图11所示。
图11
图12所示为编译报告，
图12
如果编译提示错误，可以在信息栏双击错误提示，光标会回到错误处，修正，重新编译即可。
4管脚分配
我们用到7个拨动开关SW0~SW6提供外部输入和一个发光二极管LEDR[0]，对应的FPGA管脚可查手册“DE2_Pin_Table”。
用AssignmentPins指定管脚
Assignments>Pins，如图13。
所用到的管脚列在下方。
按下表在LOCATION列选择管脚
SW[0]
PIN_N25
SW[1]
PIN_N26
SW[2]
PIN_P25
SW[3]
PIN_AE14
SW[4]
PIN_AF14
SW[5]
PIN_AD13
SW[6]
PIN_AC13
LEDR[0]
PIN_AE23
图13
分配结果如图14所示
图14
然后保存：
File>Close。
重新按进行编译。
5仿真
在仿真之前，需要创建测试用的波形文件：
（1）File>New在图17窗口中选择VectorWaveformFile，ok确认。
图17
（2）波形文件编辑器如图18所示
图18
保存文件为decision.vwf，设置仿真时间：
Edit>Endtime，设置为200ns。
选择View>FitinWindow调节窗口显示的效果如图19。
图19
（3）添加电路仿真需要的节点
Edit>InsertNodesorBus打开图20所示的窗口，单击NodeFinder，
图20
在图21所示的窗口里，filter选择Pins：
all，单击List，列出输入、出节点，单击>>选择，ok确认。
图21
（4）设定a,b,c,d,e,f,g的值，如图22。
保存。
图22
功能仿真
仿真之前，需要创建功能仿真连线表：
Processing>GenerateFunctionalSimulationNetlist。
选择Assignments>Settings打开设置窗口，仿真模式选择Functional，如图23。
Ok确认。
通过Processing>StartSimulation或者开始仿真，仿真结果如图24。
图23
图24
时序仿真
当通过功能仿真确认设计的电路功能正确之后，开始时序仿真。
在图23的仿真模式选择Timing，然后开始仿真，结果如图25。
可以看到约有7ns的延迟。
图25
6编程和配置PFPGA
首先连接电源适配器和usb数据线，在DE2开发板上，靠近电源的usb接口连接到数据线。
DE2支持2种程序烧录方式：
JTAG和AS。
JTAG模式把程序直接写在FPGA芯片里，断电后数据丢失。
AS模式把数据写在配置的存储芯片里，每次通电后，数据会自动装载到FPGA芯片里。
两种模式的选择由RUN/PROG开关的位置决定，JTAG模式对应RUN档，AS模式对应PROG档。
（1）JTAG模式编程
把RUN/PROG开关置于RUN档。
选择Tools>Programmer打开窗口如图26。
这里要指定编程用到的硬件和模式。
模式选择JTAG，硬件设置为USB_blaster，如果缺省没有选择，单击HardwareSetup…，在图27中选择。
图26
图27
图28
注意编程的器件和文件是否已添加到图28中，没有的话，手动添加。
单击Start开始编程。
（2）ActiveSerial模式
将RUN/PROG开关置于PROG档，选择assignments>device>deviceandpinoptions>configuration>选择EPCS16。
确认后在QuartusII的主界面选择tools>programmer>确认hardwaresetup为usb_blaster,mode为activeserialprogramming,文件为.pof文件，勾选program/configure,>start
7验证电路设计
把RUN/PROG开关置于PROG档，切换SW0-SW6的4组不同组合，观察LEDR0，验证设计。
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