AlteraQuartusII软件开发流程PPT课件

1 第2章AlteraQuartusII软件开发流程 Altera是世界上最大的可编程逻辑器件供应商之一 为了方便 高效地开发该公司生产的FPGA CPLD Altera为设计者提供了一套集成开发软件 最初提供的是MAX plusII软件 随着FPGA CPLD的更新换代 在21世初推出新一代FPGA CPLD集成开发软件Quartus 是MAX plusII的更新换代产品 2 2 1QuartusII综述 QuartusII软件是Altera的集成综合开发工具 它集成了Altera的FPGA CPLD开发中各个阶段的所有工具 并为第三方软件提供了无缝接口 该工具支持逻辑门数在百万门级以上的逻辑器件的开发 还支持与结构无关的设计 它是一款容易使用 人机界面友好的开发软件 3 2 1 1QuartusII软件的特点 AlteraQuartusII设计软件提供完整的多平台设计环境 含有FPGA CPLD设计所有阶段的解决方案 具有非常多的优点 能够直接满足特定设计需要 为可编程芯片系统 SOPC 提供全面的设计环境 也为DSPBuilder软件提供了集成综合环境 支持基于VHDL VerilogHDL和AHDL的设计 支持原理图设计方式 支持第三方的综合 仿真工具 如支持综合工具LeonardoSspectrum SynplifyPro等 支持仿真工具ModelSim 支持第三方的EDIF文件 支持与结构无关的设计 提供强大的逻辑综合与优化功能 QuartusII支持的器件包括 Stratix系列 StratixII系列 StratixIII系列 Cyclone系列 CycloneII系列 CycloneIII系列 HardCopyII系列 APEXII系列 FLEX10K系列 FLEX6000系列 MAXII系列 MAX3000A系列 MAX7000系列和MAX9000系列等 支持设计者使用LPM模块 Megacore模块和Opencore模块 LPM模块均是基于Altera器件的结构进行了优化处理 是构建复杂和高级系统的重要组成部分 在实际使用中 如果要使用Altera器件的特定功能 必须使用LPM模块才能做到 如各类片上存储器 DSP模块 LVDS驱动器 PLL模块 SERDES模块和DDIO模块 Megacore模块是经过预先校验的HDL网表文件 用于实现复杂的系统级功能 用户可以从Altera公司购买而获得这些Megacore模块 Opencore模块是一种开放型的内核 设计者可以在购买前使用 对自己的设计进行评估 支持多时钟定时分析和LogtcLock基于块的设计 内嵌SignalTapII逻辑分析仪和功率估计器等高级工具 易于实现引脚分配和时序约束 4 2 1 2QuartusII设计软件的流程和集成的工具 FPGA CPLD的开发设计分为不同阶段 设计者使用QuartusII软件可以通过一系列流程来建立 组织和管理自己的设计 使用QuartusII软件的设计流程 如图2 1所示 5 2 1 3QuartusII软件的用户界面 QuartusII软件的默认启动界面 如图2 2所示 软件界面由标题栏 菜单栏 工具栏 资源管理窗口 编译状态显示窗 信息显示窗口和工程工作区等组成 1 用户界面各个组成部分的作用2 重要操作命令介绍 6 2 2设计输入 使用QuartusII软件进行数字系统设计时 需要建立一个工程 工程包括在可编程器件中最终实现设计需要的所有设计文件和其他相关的设置文件 设计输入的方式有 原理图输入方式 文本输入方式 模块输入方式和EDA设计输入工具 设计输入的流程 如图2 5所示 7 2 2 1建立工程 用户可以通过单击File NewProjectWizard命令来打开工程向导 建立工程 指定工程工作目录 分配工程名称 指定顶层设计实体的名称 还可以在工程中指定使用的设计文件 其它源文件 用户库和EDA工具 以及目标器件 工程文件类型 如表2 1所示 8 2 2 2输入方式 工程建立以后 需要向其加入设计文件 QuartusII软件支持文本格式的HDL文件 原理图格式的模块化文件和宏功能模块文件 1 使用QuartusII模块编辑器2 使用QuartusII文本编辑器3 使用Altera宏功能 9 2 3约束输入 建立工程和设计之后 可以进行约束输入 通过使用分配编辑器 Settings对话框 TimeQuest分析器 引脚规划器 设计划分窗口和时序逼近平面布局来指定初始设计约束 如引脚分配 器件选项 逻辑选项和时序约束等 约束和分配输入流程 如图2 6所示 10 2 3 1使用分配编辑器 分配编辑器用于在QuartusII软件中建立 编辑节点和实体级分配 在设计中为逻辑指定各种选项和设置 包括位置 I O标准 时序 逻辑选项 参数 仿真和引脚分配 它可以使能或者禁止单独分配功能 也可以为分配加入注释 11 2 3 2使用引脚规划器 Assignments菜单下的可视化引脚规划器是分配引脚和引脚组的另一种工具 它包括器件的封装视图 以不同的颜色和符号表示不同类型的引脚 并以其他符号表示I O块 引脚规划器使用的符号与器件数据手册中的符号非常相似 而且它还包括已分配和未分配引脚的表格 单击Assignments PinPlanner命令 弹出引脚规划器窗口 如图2 12所示 12 2 3 3使用Settings对话框 用户单击Assignments Settings命令 弹出Settings对话框 如图2 13所示 13 2 4综合 向工程中添加设计文件并设置引脚锁定后 就要对工程进行综合了 综合在设计流程中很重要的部分 综合结果的优劣直接影响了布局布线的结果 综合的主要功能是将HDL语言翻译成最基本的与 或 非门 RAM和触发器等基本逻辑单元的连接关系 即网表 并根据要求 约束条件 实现优化 生成的门级逻辑连接 输出网表文件 供下一步的布局布线用 好的综合工具能够使设计占用芯片的资源更少 工作速度更快 14 2 4 1使用QuartusII软件集成的综合工具 使用QuartusII集成综合工具Analysis Synthesis完全支持VHDL和VerilogHDL语言的设计文件 用户可以在Settings对话框中选择使用的语言标准 同时还可以指定QuartusII软件非QuartusII软件函数映射到QuartusII软件函数的库映射文件 lmf 上 综合设计流程 如图2 14所示 1 使用QuartusII逻辑选项2 使用QuartusII综合网表优化选项 15 2 4 2使用其他EDA综合工具 使用其它EDA综合工具也可以综合VHDL或VerilogHDL设计 生成QuartusII软件使用的EDIF网表文件或VQM文件 Altera提供多种EDA综合工具使用的库 Altera还为多种工具提供NativeLink支持 NativeLink技术有助于在QuartusII软件和其它EDA工具之间无缝传送信息 并允许您从QuartusII图形用户界面中自动运行EDA工具 16 2 4 3使用RTL查看器和状态机查看器分析综合结果 使用QuartusII的RTLViewer和StateMachineViewer可以查看所设计的原理示意图 首先单击Processing Start StartAnalysis Elaboration命令 对设计进行分析 然后使用RTLViewer 1 RTL查看器 17 2 4 3使用RTL查看器和状态机查看器分析综合结果 2 状态机查看器 18 2 4 3使用RTL查看器和状态机查看器分析综合结果 3 采用技术映射查看器分析综合结果 19 2 5布局布线 使用QuartusII软件的Fitter 适配器 可以对设计进行布局布线 Fitter使用由Analysis Synthesis生成的网表文件 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 布局布线设计流程 如图2 21所示 20 2 5 1设置Fitter选项 单击Assingments Settings FitterSettings命令 弹出FitterSettings窗口 如图2 22所示 21 2 5 2设置物理综合优化选项 QuartusII软件通过设置可以执行物理综合 它是根据设计者选择的优化目标而优化综合网表以达到提高速率或减少资源的目的 物理综合优化是在编译流程的布局布线阶段发生的 是通过改变底层布局以优化网表 主要是改善设计的工作频率性能 22 2 5 3通过反标保留分配 通过反标器件资源分配可以保留上次编译的资源分配 可以在工程中反标所有资源分配 还可以反标LogicLock区域的大小和位置 23 2 6仿真 完成了设计输入以及成功综合 布局布线后 只能说明设计符合一定的语法规范 但是否满足设计者要求的功能 是不能保证的 还需要通过仿真流程对设计进行验证 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行为是否一致 24 2 6 1QuartusII仿真器设置 用户单击Assingments Settings SimulatorSettings命令 弹出SimulatorSettings窗口 如图2 27所示 在此可以指定要执行的仿真类型 仿真所需的时间周期 向量激励源 以及其他仿真选项 25 2 6 2建立用于仿真的波形文件 对设计进行仿真 首先需要建立用于仿真的波形文件 即VectorWaveformFile文件 vwf 使用QuartusII的WaveformEditor 波形编辑器 可以建立和编辑用于波形格式仿真的输入向量文件 使WaveformEditor支持向量波形文件 vwf 向量文件 vec 和向量表输出文件 tbl 常用的是向量波形文件 26 2 7编程与配置 工程编译之后 就可以对Altera 器件进行编程或配置 QuartusIICompiler的Assembler模块生成编程文件 QuartusIIProgrammer可以用它与Altera编程硬件一起对器件进行编程或配置 还可以使用QuartusIIProgrammer的独立版本对器件进行编程和配置 编程设计流程 如图2 33所示 27 2 7 1建立编程文件 Assembler自动将Fitter的器件 逻辑单元和引脚分配转换为器件的编程镜像 其表现形式就是生成目标器件的一个或多个ProgrammerObjectFiles pof 或SRAMObjectFiles sof 文件 可以在包括Assembler模块的QuartusII软件中启动完整编译 也可以单独运行Assembler 1 设置Assignments可以生成的其他格式编程文件2 创建 Jam文件 Jam字节代码文件 串行矢量格式文件或在系统配置文件 28 2 7 2器件编程和配置 生成的ProgrammerObject文件和SRAMObject文件后 就可