QuartusII操作基础.pptx

马马 慧慧 麟麟 中央中央民族大学民族大学 信息工程学院信息工程学院 QuartusQuartus软件的简介和工程的基本设计流程；软件的简介和工程的基本设计流程； 通过简单的实例演示各流程以及常用工具的使用通过简单的实例演示各流程以及常用工具的使用 方法，熟悉方法，熟悉QuartusQuartus软件的用户界面、常用工软件的用户界面、常用工 具和设计流程；具和设计流程； QUARTUS II是美国Altera公司提供的可用于可编程片上系统(SOPC)开发 的综合开发环境,是进行SOPC设计的基础. 集成环境包括以下内容:系统级设计,嵌入式软件开发,可编程逻辑器件(PLD)设 计,综合,布局和布线,验证和仿真. 由于Quartus II只对项目进行编译，模拟，编程 而是不对单独的文件进行，所以要进行设计第一步 就是建工程。 对于一个设计，创建一个单独的目录，该目录的 路径从根目录开始都必须是英文名称，任何一级目录 都不能出现中文字样，且不能包含空格，否则在读文 件时会发生错误； (1)(1)输入设计文件有以下几种输入设计文件有以下几种 1 1）新建工程之后，便可以进行电路系统设计文件的输入。选择）新建工程之后，便可以进行电路系统设计文件的输入。选择 filefile菜单中的菜单中的NewNew命令，弹出如图所示的新建设计文件类型选择窗口。命令，弹出如图所示的新建设计文件类型选择窗口。产 生一个新的图表模块/原理图文件 菜单: File New Block/Schematic document（原理图输入法为例子原理图输入法为例子 讲述讲述） (2)(2)、输入设计文件原理图输入法、输入设计文件原理图输入法 2 2）选择）选择NewNew对话框对话框 中的中的Device DesignDevice Design files files页下的页下的Block Block Diagram/SchematicDiagram/Schematic File File，点击，点击OKOK， 打开如图所示的图打开如图所示的图 形编辑器对话框，形编辑器对话框， 进行设计文件输入进行设计文件输入。 3 3）在图形编辑窗口）在图形编辑窗口 中的任何一个位置中的任何一个位置 双击鼠标，双击鼠标，或点击或点击 图中的图中的“ “符符号号工具工具” ” 按钮按钮，或选择菜或选择菜单单 EditEdit下的下的Insert Insert Symbol Symbol命令，命令，弹出弹出 如如右右图所示的图所示的元件元件 选择窗口选择窗口 Symbol Symbol 对话对话框。框。 4 4）用鼠标点击单元库前面的加号）用鼠标点击单元库前面的加号(+)(+)，库中的元件符号以列表的方，库中的元件符号以列表的方 式显示出来，选择所需要的元件符号，该符号显示在式显示出来，选择所需要的元件符号，该符号显示在SymbolSymbol对话框的右边对话框的右边 ，点击，点击OKOK按钮，添加相应元件符号在图像编辑工作区中，连接原理图。按钮，添加相应元件符号在图像编辑工作区中，连接原理图。 十六进制同步计数器的原理图十六进制同步计数器的原理图 如下：如下： 5）利用命名相同的端口建立总线连接 （多条相同功能的导线用一条总线连接） 例如： 添加74138译码器的输入引脚和输出引脚的连线分别为正交总线（ Orthogonal bus tool）粗线，命名分别为i20和o70，代表3个输入和8 个输出。 在74138的3个数据输入端C、B、A分别添加正交节点细线（Orthogonal node tool），鼠标分别右击这些细线，选择properties，端口命名分别为i0, i1， i2，输出亦此，分别命名为o1o7。 此时命名相同的端口即建立了连接，这样避免因电路复杂或元件的拖动造成连 线的交叉，使电路更加清晰。 这种方法设计的电路进行功能仿真时可以直接输入和输出二进制或十进 制数值表示的数据，使仿真结果也更清晰明了 。 功能仿真，插入输入和输出节点时， 若使用二进制数输入和输出时，Radix选Binary 若使用十进制数输入和输出时， Radix选Unsigned Decimal 例如：74138译码器的功能仿真 分别选中输入波形的每个周期，输入数值000111 （valueArbitrary ValueBinary或Unsigned Decimal），仿真结果 也是数值表示，可以点击“+”展开查看波形 3输入与门的功能仿真 3输入与门的功能仿真 60进制计数器的仿真波形 3 3、原理图输入法优缺点：、原理图输入法优缺点： 优点：优点： 1 1）可以与传统的数字电路设计法接轨，即使用传统设计方法）可以与传统的数字电路设计法接轨，即使用传统设计方法 得到电路原理图，然后在得到电路原理图，然后在QuartusQuartus平台完成设计电路的输入、仿真平台完成设计电路的输入、仿真 验证和综合，最后下载到目标芯片中。验证和综合，最后下载到目标芯片中。 2 2） 它将传统的电路设计过程的布局布线、绘制印刷电路它将传统的电路设计过程的布局布线、绘制印刷电路 板、电路焊接、电路加电测试等过程取消，提高了设计效率，降低了板、电路焊接、电路加电测试等过程取消，提高了设计效率，降低了 设计成本，减轻了设计者的劳动强度。设计成本，减轻了设计者的劳动强度。 缺点：缺点： 1 1）原理图设计方法没有实现标准化，不同的）原理图设计方法没有实现标准化，不同的EDAEDA软件中的图软件中的图 形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方式都不同，因形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方式都不同，因 此兼容性差，难以交换和管理。此兼容性差，难以交换和管理。 2 2）由于兼容性不好，性能优秀的电路模块的移植和再利用非）由于兼容性不好，性能优秀的电路模块的移植和再利用非 常困难难以实现用户所希望的面积、速度以及不同风格的综合优化常困难难以实现用户所希望的面积、速度以及不同风格的综合优化 3 3）原理图输入的设计方法不能实现真实意义上的自顶向下的）原理图输入的设计方法不能实现真实意义上的自顶向下的 设计方案，无法建立行为模型，从而偏离了电子设计自动化最本质的设计方案，无法建立行为模型，从而偏离了电子设计自动化最本质的 涵义。涵义。 QuartusQuartus编译器的主要任务是对设计项目进行检查并完成逻辑综合编译器的主要任务是对设计项目进行检查并完成逻辑综合 ，同时将项目最终设计结果生成器件的下载文件。编译开始前，可以，同时将项目最终设计结果生成器件的下载文件。编译开始前，可以 先对工程的参数进行设置。先对工程的参数进行设置。 QuartusQuartus软件中的编译类型有全编译和分步编译两种。软件中的编译类型有全编译和分步编译两种。 选择选择QuartusQuartus主窗口主窗口ProcessProcess菜单下菜单下Start CompilationStart Compilation命令，或者命令，或者 在主窗口在主窗口的工具栏的工具栏上直接点击图标上直接点击图标 可以进行全编译可以进行全编译 全全编译的过程包括分析与综合编译的过程包括分析与综合（Analysis & SynthesisAnalysis & Synthesis） ）、适配、适配（ FitterFitter）、编程、编程（AssemblerAssembler）、时序分析、时序分析(Classical Timing (Classical Timing Analysis)Analysis)这这4 4个环节个环节，而这，而这4 4个环节各自对应相应的菜单命令，可以个环节各自对应相应的菜单命令，可以 单独分步执行，也就是分步编译。单独分步执行，也就是分步编译。 分步编译就是使用对应命令分步执行对应的编译环节，每分步编译就是使用对应命令分步执行对应的编译环节，每 完成一个编译环节，生成一个对应的编译报告。分步编译跟全完成一个编译环节，生成一个对应的编译报告。分步编译跟全 编译一样分为四步：编译一样分为四步： 1 1、分析与综合分析与综合（Analysis & SynthesisAnalysis & Synthesis） ：设计文件进行：设计文件进行 分析和检查输入文件是否有错误，对应的菜单命令是分析和检查输入文件是否有错误，对应的菜单命令是 QuartusQuartus主窗口主窗口ProcessProcess菜单下菜单下StartStartStart Analysis & Start Analysis & SynthesisSynthesis，对应的快捷图标是对应的快捷图标是在主窗口在主窗口的工具栏的工具栏上上的的 ； 2 2、适配（、适配（FitterFitter） ：在适配过程中，完成设计逻辑器件中：在适配过程中，完成设计逻辑器件中 的布局布线、选择适当的内部互连路径、引脚分配、逻辑元件的布局布线、选择适当的内部互连路径、引脚分配、逻辑元件 分配等，对应的菜单命令是分配等，对应的菜单命令是QuartusQuartus主窗口主窗口ProcessProcess菜单下菜单下 StartStartStart Fitter Start Fitter ；（注：两种编译方式引脚分配有所区别；（注：两种编译方式引脚分配有所区别 ） 3 3、编程编程（AssemblerAssembler） ：产生多种形式的器件编程映像文件产生多种形式的器件编程映像文件 ， 通过软件下载到目标器件当中去，应的菜单命令是通过软件下载到目标器件当中去，应的菜单命令是QuartusQuartus主窗口主窗口 ProcessProcess菜单下菜单下StartStartStart Assembler Start Assembler ； 4 4、时序分析时序分析(Classical Timing Analyzer)(Classical Timing Analyzer) ：计算给定设计与器件：计算给定设计与器件 上的延时，完成设计分析的时序分析和所有逻辑的性能分析，菜单命上的延时，完成设计分析的时序分析和所有逻辑的性能分析，菜单命 令是令是QuartusQuartus主窗口主窗口ProcessProcess菜单下菜单下StartStartStart Classical Timing Start Classical Timing Analyzer Analyzer ，对应的快捷图标是，对应的快捷图标是在主窗口在主窗口的工具栏的工具栏上上的的 。 编译完成以后，编译报告窗口编译完成以后，编译报告窗口Compilation ReportCompilation Report会报告工程文会报告工程文 件编译的相关信息，如编译的顶层文件名、目标芯片的信号、引脚的件编译的相关信息，如编译的顶层文件名、目标芯片的信号、引脚的 数目等等数目等等 。 全编译操作简单，适合简单的设计。对于复杂的设计，选择分步全编译操作简单，适合简单的设计。对于复杂的设计，选择分步 编译可以及时发现问题，提高设计纠错的效率，从而提高设计效率。编译可以及时发现问题，提高设计纠错的效率，从而提高设计效率。 仿真的目的就是在软件环境下，验证电路的行为和设想仿真的目的就是在软件环境下，验证电路的行为和设想 中的是否一致。中的是否一致。 FPGA/CPLDFPGA/CPLD中的仿真分为功能仿真和时序仿真。功能仿中的仿真分为功能仿真和时序仿真。功能仿 真着重考察电路在理想环境下的行为和设计构想的一致性真着重考察电路在理想环境下的行为和设计构想的一致性 ，时序仿真则在电路已经映射到特定的工艺环境后，考察，时序仿真则在电路已经映射到特定的工艺环境后，考察 器件在延时情况下对布局布线网表文件进行的一种仿真。器件在延时情况下对布局布线网表文件进行的一种仿真。 仿真一般需要建立波形文件、输入信号节点、编辑输入信仿真一般需要建立波形文件、输入信号节点、编辑输入信 号、波形文件的保存和运行仿真器等过程。号、波形文件的保存和运行仿真器等过程。 1 1 、建立波形文件建立波形文件 波形文件用来为设计产生输入激励信号。波形文件用来为设计产生输入激励信号。利用利用 Quartus II Quartus II 波形编辑器可以创建矢量波形文件波形编辑器可以创建矢量波形文件(.vwf) (.vwf) 创建一个新的矢量波形文件创建一个新的矢量波形文件步骤如下：步骤如下： （1 1）选择）选择QuartusQuartus主界面主界面 File File 菜单下的菜单下的NewNew命令，命令， 弹出新建对话框弹出新建对话框； （2 2）在新）在新建话框中选择建话框中选择 Other Files Other Files 标签页标签页，从中选从中选 择择 Vector Waveform FileVector Waveform File，点击点击OKOK按钮按钮，则打开一个空则打开一个空 的波形编辑器窗口的波形编辑器窗口，主要分为信号栏、工具栏和波形栏，主要分为信号栏、工具栏和波形栏 。 1 1 、建立波形文件、建立波形文件 波形编辑器波形编辑器窗口窗口 2 2、输入信号节点、输入信号节点 （1 1） 在波形编辑方式下，在波形编辑方式下， 执行执行EditEdit菜单中的菜单中的 Insert Node or Insert Node or BusBus命令，或者命令，或者在波形编辑器左边在波形编辑器左边NameName列的空白处点击鼠标右键列的空白处点击鼠标右键，弹，弹 出的出的Insert Nodeor BusInsert Nodeor Bus对话框对话框 （2 2）点击点击Insert Nodeor BusInsert Nodeor Bus对话框中的对话框中的Node FinderNode Finder按钮按钮，弹出，弹出 Node FinderNode Finder窗口，在此窗口中添加信号节点。窗口，在此窗口中添加信号节点。 3 3、编辑输入信号、编辑输入信号 编辑输入信号是指在波形编辑器中指定输入节点的逻辑电平变化编辑输入信号是指在波形编辑器中指定输入节点的逻辑电平变化 ，编辑输入节点的波形。，编辑输入节点的波形。 在仿真编辑窗口的工具栏中列出了各种功能选择按钮，主要用于绘在仿真编辑窗口的工具栏中列出了各种功能选择按钮，主要用于绘 制、编辑波形，给输入信号赋值。制、编辑波形，给输入信号赋值。 具体功能如下：具体功能如下： ：在波形文件中添加注释；：在波形文件中添加注释； ：修改信号的波形值，把选定区域的波形更改成原值的相反值；：修改信号的波形值，把选定区域的波形更改成原值的相反值； ：全屏显示波形文件；：全屏显示波形文件； ：放大、缩小波形；：放大、缩小波形； ：在波形文件信号栏中查找信号名，可以快捷找到待观察信号；：在波形文件信号栏中查找信号名，可以快捷找到待观察信号； ：将某个波形替换为另一个波形；：将某个波形替换为另一个波形； ：给选定信号赋原值的反值；：给选定信号赋原值的反值； ：输入任意固定的值；：输入任意固定的值； ：输入随机值：输入随机值 ：给选定的信号赋值，：给选定的信号赋值，X X表示不定态，表示不定态，0 0表表 示赋示赋0 0，1 1表示赋表示赋1 1，Z Z表示高阻态，表示高阻态，WW表示弱信号，表示弱信号，L L表示低电平，表示低电平，HH 表示高电平，表示高电平，DCDC表示不赋值。表示不赋值。 ：设置时钟信号的波形参数，先选中需要赋值的信号，然后：设置时钟信号的波形参数，先选中需要赋值的信号，然后 鼠标右键点击此图标弹出鼠标右键点击此图标弹出ClockClock对话框，在此对话框中可以设置输入对话框，在此对话框中可以设置输入 时钟信号的起始时间（时钟信号的起始时间（Start TimeStart Time）、结束时间（）、结束时间（End TimeEnd Time）、时）、时 钟脉冲周期（钟脉冲周期（PeriodPeriod），相位偏置（），相位偏置（OffsetOffset）以及占空比。）以及占空比。 ：给信号赋计数值：给信号赋计数值 ，先选中需要赋值的信号，然后鼠标右键，先选中需要赋值的信号，然后鼠标右键 点击此图标弹出如下图所示的点击此图标弹出如下图所示的Count ValueCount Value对话框，然后赋值。对话框，然后赋值。 Count Value对话框的Counting页 Count Value对话框的Timing页 为了观察编译器自动指定引脚分配情况： 使用命令AssignmentsPin Planner 打开引脚规划器（Pin Planner） 观察引脚分配结果的方法： 鼠标移至已被分配的引脚（涂有深色）将显示对应端口名称。 对设计进行验证后，即可对目标器件进行编程和配置，下对设计进行验证后，即可对目标器件进行编程和配置，下 载设计文件到硬件中进行硬件验证。载设计文件到硬件中进行硬件验证。 QuartusQuartus编程器编程器ProgrammerProgrammer最常用的编程模式是最常用的编程模式是 JTAGJTAG模式。模式。 JTAGJTAG模式主要用在调试阶段，主动串行编程模式用于板模式主要用在调试阶段，主动串行编程模式用于板 级调试无误后将用户程序固化在串行配置芯片级调试无误后将用户程序固化在串行配置芯片EPCSEPCS中。中。 1 1、JTAGJTAG编程下载模式编程下载模式 此方式的操作步骤主要分为此方式的操作步骤主要分为3 3步：步： 选择选择QuartusQuartus主窗口主窗口的的ToolsTools菜单下的菜单下的ProgrammerProgrammer命令或点击命令或点击 图标，进入器件编程和配置对话框。如果此对话框中的图标，进入器件编程和配置对话框。如果此对话框中的Hardware Hardware SetupSetup后为后为“ “No HardwareNo Hardware” ”，则需要选择编程的硬件。点击，则需要选择编程的硬件。点击Hardware Hardware SetupSetup，进