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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ToolsLicense Setup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EPF10K10LC844。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2.12、 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FileNewDevice Design File创建HDL文件进行设计输入。3、 编译：点击ProcessingStart Compilation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2.35、进行仿真 点击FileNewOther Files创建Vector Waveform File（波形文件）。选择View Utility Windows Node Finder。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ProcessingStart Simulation。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ToolsOpen Programmer后设置JTAG链如下图所示：图2.4然后进行下载如下所示：图2.57、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Create Project的弹出窗口，如图3.2所示。在Project Name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。Project Location是你的工作目录，你可通过Brose按钮来选择或改变。Default Library Name可以采用工具默认的work。图3.1图3.2a) 添加文件到project下：ModelSim会自动弹出Add Items to the project窗口，如图3.3所示。选择Add Existing File后，根据相应提示将文件加到该Project中。图3.3b) 编译：编译（包括源代码和库文件的编译）。编译可点击CompileCompile All来完成。c) 装载文件：如图3.4，双击myalu_tb库进行装载。 图3.4d) 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run 5us，如图3.6所示：图3.6仿真波形图3.7所示：图3.7e) 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 - Save format，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simulationmodelsim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（alteraquartus42edasim_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； end case2、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