EDA试验技术讲义119.docx
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EDA试验技术讲义119
EDA技术试验讲义
厦门大学电子工程系
一、试验目的
通过试验课的学习要求掌握QuartusII和Modelsim软件的安装和使用，并且通过使用现在流行的EDA软件能够进行简单的数字逻辑设计。
二、软件安装
1、QuartusII开发软件安装
双击setup.exe进行软件安装，安装完成后，点击ToolsLicenseSetup进行license指定。
2、Modelsim模拟器安装
点击Modelsim安装文件setup.exe，按照提示进行软件安装。
软件安装完后进行环境变量设置：
Win2000和XP系统中需要设置的是环境变量。
以WindowsXP为例，你可打开我的电脑属性，高级选项，单击环境变量，就会出现如下画面：
图1.1
列在上面的是用户变量，下面的是环境变量，建议在用户变量栏设置较好。
栏内有两项，一项是变量，一项是值。
可以看到它只是将win98下的格式中的set和=去掉了，其它并没有不同：
在变量栏中填入变量名称，如LM_LICENSE_FILE、SYNPLICITY_LICENSE_FILE，再在值一栏中输入完整路径和license文件名就搞定了！
如果EDA软件在安装时没有生成设置变量栏，则可以点击新建按钮，按照上述格式输入就行了。
三、电路仿真
在完成了电路的设计和测试文件的撰写之后（以ALU设计为例进行）：
1、在QuartusII软件中建立项目：
在File选项中选择建立新项目，按照软件提示进行，并选择FLEX器件型号为EPF10K10LC84－4。
在第三方工具中可以选择EDA仿真工具为Modelsim（也可以不用Modelsim而使用QuartusII自带的仿真工具）如下图所示：
图2.1
2、添加设计输入：
在File表单中添加设计文件如下图所示：
图2.2
或者通过点击FileNewDeviceDesignFile创建HDL文件进行设计输入。
3、编译：
点击ProcessingStartCompilation进行编译。
4、静态时序分析
如下图所示观察静态时序分析的结果。
图2.3
5、进行仿真
点击FileNewOtherFiles创建VectorWaveformFile（波形文件）。
选择View>UtilityWindows>NodeFinder。
在Filter中选择Pins:
all，然后点击list后，选择信号添加进波形文件中。
手动输入数据后，点击ProcessingStartSimulation。
进行仿真可以在仿真设定中选择功能仿真（Functional）或时序仿真（Timing）。
6、编程下载
在仿真完成后，将验证正确的电路下载到指定的器件中，就可以进行电路的硬件测试。
打开下载窗口ToolsOpenProgrammer后设置JTAG链如下图所示：
图2.4
然后进行下载如下所示：
图2.5
7、利用Moelsim进行功能仿真
使用QuartusII软件自带的仿真软件进行功能和时序仿真时，需要手工加入波形文件，比较麻烦。
可以采用第三方仿真工具进行仿真。
在ModelSim中建立Project。
如图2.1所示，点击FileNewProject，得到CreateProject的弹出窗口，如图3.2所示。
在ProjectName栏中填写你的项目名字如：
myalu，建议和你的顶层文件名字一致。
ProjectLocation是你的工作目录，你可通过Brose按钮来选择或改变。
DefaultLibraryName可以采用工具默认的work。
图3.1
图3.2
a）添加文件到project下：
ModelSim会自动弹出AddItemstotheproject窗口，如图3.3所示。
选择AddExistingFile后，根据相应提示将文件加到该Project中。
图3.3
b）编译：
编译（包括源代码和库文件的编译）。
编译可点击CompileCompileAll来完成。
c）装载文件：
如图3.4，双击myalu_tb库进行装载。
图3.4
d）仿真：
如图3.5添加信号到仿真波形中。
图3.5
在命令窗口中输入仿真命令run5us，如图3.6所示：
图3.6
仿真波形图3.7所示：
图3.7
e）波形信号的保存：
有时，在波形窗口内拖放了较多的信号，可以保存起来以便以后调入。
在wave窗口，File->Saveformat，保存成*.do文件。
以后需要调入时，在modelsim主窗口命令行内执行：
do*.do即可。
8、利用Modelsim进行时序仿真
在功能仿真的基础上加入时延文件“.sdf”文件的仿真就是时序仿真。
优点是：
比较真实的反映逻辑的时延与功能，缺点是速度比较慢，如果逻辑比较大，那么需要很长的时间。
在这里仿真以Altera的器件为例。
利用经过综合布局布线的网表和具有时延信息的反标文件进行仿真，可以比较精确的仿真逻辑的时序是否满足要求。
为了利用Modelsim进行时序仿真，需要在QuartusII项目中第三方仿真工具中选择要使用的仿真工具，Modelsim。
在QuartusII中重新编译myalu项目。
在Quartus项目目录下simulation\modelsim\下就会出现延迟文件myalu_vhd.sdo和网表文件myalu.vho。
将这两个文件拷贝到Modelsim项目目录中。
同时将Quartus安装目录下（altera\quartus42\eda\sim_lib）的库文件拷贝到Modelsim项目目录中。
需要拷贝的文件如下：
stratixii_components.vhd，stratixii_atoms.vhd。
将myalu.vho，stratixii_components.vhd，stratixii_atoms.vhd三个文件添加到项目工作区中，按照stratixii_atoms.vhd，stratixii_components.vhd，myalu.vho的顺序对项目文件进行编译。
说明：
在编译stratixii_atoms.vhd，stratixii_components.vhd文件之前先建立一个新的库，名字为stratixii，如图4.0所示：
如图4.0
修改stratixii_atoms.vhd，stratixii_components.vhd文件编译库为stratixii,如图4.1所示：
图4.1
进行编译，编译结束后，启动仿真，如图4.2、4.3所示进行设定：
图4.2
图4.3
也可以在命令窗口使用命令进行仿真设定：
vsim–sdftyp/myalu_tb/uut=D:
/mywork/examination/modelsim/src/myalu_vhd.sdo\
work.myalu_tb（myalu_tb）
现在可以按前面的方法添加信号进行仿真，仿真结果如图4.4所示：
图4.4
图中可以看出时序输出q，同功能仿真的输出q不同，其输出包含延迟信息。
四、试验
1、设计一个电路模块，可完成两个4位二进制无符号整数的加、减、乘、除法运算，并用VHDL语言实现其基本功能（60％）。
并进行优化，主要针对速度。
可以考虑采用超前进/借位的方法实现加、减法；采用BOOTH快速算法实现乘法器（40％）。
ALU包含加法模块，乘法模块，除法模块；减法操作可以利用加法模块实现。
顶层模块，包含这3个子模块。
加法器接口：
输入数据A，B（4bit）
低位进位Cin
进位输出Cout
乘法模块接口：
输入数据A，B（4bit）
时钟输入Clk
数据加载load
输出输出qout（4bit）
计算结果指示done
除法模块接口：
被除数dividend
除数divisor
商quotient
余数remainder
数据加载load
计算结果指示done
其结构框图如下：
译码电路：
用来选择电路的输出为哪个电路模块的输出。
可以考虑
设置optional为2bit信号，其值有4种情况，00、01、11、10。
设00对应于加法器输出，01对应于减法器输出，11对应于乘法器输出，10对应于除法器输出。
case（Optional）
00：
q<=加法器输出；
01：
q<=减法器输出；
11：
q<=乘法器输出；
10：
q<=除法器输出；
endcase
2、设计实现4阶有限冲击响应（FIR）（附加实验）（40％）。
滤波器系数如下：
H0=1;
H1=2;
H2=2;
H3=1;
要求用VHDL语言实现该滤波器：
输入信号如下：
1．Clock，输入时钟
2．reset，RESET信号
3．Datain，滤波器输入信号，16BIT字长
输出信号：
Firout，滤波器输出。
数字滤波器设计
当数字滤波器的传递函数可用下式表示时：
滤波器最简单的构成方法就是下图所示的直接型结构（directfromstructure）。
图中
表示使信号延迟一个采样周期的单位延迟元件（unitdelayelement），
是滤波器的输入，
是滤波器的输出。
FIR滤波器的直接型结构
用上图的直接型结构组成的FIR滤波器，它的结构与抽头式延迟线（transversalfilter）具有完全相同的结构，所以常称为横向滤波器。
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