第3章QuartusⅡ7.2簡(jiǎn)介3.1QuartusⅡ7.2的設(shè)計(jì)步驟3.2QuartusⅡ7.2的安裝3.3Quartus?Ⅱ?7.2的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境

3.1QuartusⅡ7.2的設(shè)計(jì)步驟

QuartusⅡ是基于項(xiàng)目的EDA設(shè)計(jì)平臺(tái)，使用QuartusⅡ軟件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)的過(guò)程包括新建項(xiàng)目、設(shè)計(jì)描述、設(shè)計(jì)輸入、設(shè)計(jì)編譯、功能仿真驗(yàn)證、時(shí)序仿真驗(yàn)證、器件編程和系統(tǒng)驗(yàn)證等幾個(gè)步驟，如圖3.1所示。其中前六個(gè)步驟不需要硬件支持，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上即可完成。如果在設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一步發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，都可以很方便地修改，重新進(jìn)行編譯仿真。通過(guò)時(shí)序仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)者能發(fā)現(xiàn)許多直接在硬件上難以發(fā)現(xiàn)的問題，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性。圖3.1使用QuartusⅡ的設(shè)計(jì)過(guò)程新建項(xiàng)目就是建立新的工程。Quartus?Ⅱ軟件將工程信息存儲(chǔ)在Quartus?Ⅱ工程配置文件(.quartus)中，它包含有關(guān)Quartus?Ⅱ工程的所有信息，如設(shè)計(jì)文件、波形文件、SignalTap??Ⅱ文件、內(nèi)存初始化文件以及構(gòu)成工程的編譯器、仿真器和軟件構(gòu)建設(shè)置?？梢允褂肗ewProjectWizard(File菜單)，建立新工程并指定目標(biāo)器件或器件系列。設(shè)計(jì)輸入過(guò)程由QuartusⅡ的設(shè)計(jì)輸入部分完成，用戶可以采用原理圖文件(*.bdf)方式、硬件描述語(yǔ)言文件(*.vhd、*.v)方式和第三方EDA工具生成的設(shè)計(jì)網(wǎng)表文件(*.edn、*.edf、*.xnf)方式等。這些設(shè)計(jì)輸入方式各有特點(diǎn)，原理圖文件或時(shí)序波形文件具有直觀、方便的優(yōu)點(diǎn)，常用來(lái)對(duì)簡(jiǎn)單的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述；對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通常采用AHDL或VHDL或VerilogHDL等硬件描述語(yǔ)言文件進(jìn)行輸入。在設(shè)計(jì)輸入過(guò)程中，還可以使用AssignmentEditor、Settings對(duì)話框(Assignments菜單)、FloorplanEditor或LogicLock?功能指定初始設(shè)計(jì)的約束條件。設(shè)計(jì)編譯過(guò)程主要由QuartusⅡ系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)編譯模塊完成。系統(tǒng)編譯模塊自動(dòng)對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)表提取、數(shù)據(jù)庫(kù)建立、邏輯綜合、模塊劃分、器件適配、時(shí)間SNF提取和裝配操作，并生成相應(yīng)的報(bào)告文件(*.rpt)、時(shí)序信息文件(*.snf)和器件編程文件(*.pof、*.sol、*.jed)，以供分析、仿真和器件編程使用，同時(shí)完成初步的時(shí)序分析工作。設(shè)計(jì)校驗(yàn)過(guò)程由QuartusⅡ系統(tǒng)中的波形編輯器、仿真模塊和時(shí)間分析模塊完成。其中仿真模塊提供功能仿真和時(shí)序仿真兩種仿真模式。功能仿真是在不考慮器件延時(shí)的情況下，對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行的模擬項(xiàng)目驗(yàn)證方法，又稱前仿真。通過(guò)功能仿真能驗(yàn)證設(shè)計(jì)邏輯的正確性。時(shí)序仿真是在考慮設(shè)計(jì)項(xiàng)目的具體適配器件的各種延時(shí)的情況下，對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行的模擬項(xiàng)目驗(yàn)證方法，又稱后仿真。時(shí)序仿真真正模擬實(shí)際器件工作的時(shí)序波形。在編程前必須對(duì)器件進(jìn)行全面的檢測(cè)，分析在最壞條件下器件的運(yùn)行情況，以確保器件的穩(wěn)定工作。當(dāng)一切都符合要求時(shí)，就可以使用編程文件、Programmer和Altera硬件編程器對(duì)器件進(jìn)行編程；或?qū)⒕幊涛募D(zhuǎn)換為其他文件格式，以供嵌入式處理器等其他系統(tǒng)使用。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還可以使用SignalTap??ⅡLogicAnalyzer、SignalProbe?功能或ChipEditor對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試，使用ChipEditor、ResourcePropertyEditor和ChangeManager進(jìn)行工程更改管理。3.2QuartusⅡ7.2的安裝

3.2.1QuartusⅡ7.2的版本分類

QuartusⅡ7.2訂購(gòu)版可以從Altera的代理商或者網(wǎng)站上購(gòu)買，它可用于系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、嵌入式軟件編程、FPGA和CPLD設(shè)計(jì)、綜合、布局布線、驗(yàn)證以及器件編程。QuartusⅡ7.2訂購(gòu)版支持Altera的最新器件系列。QuartusⅡ7.2網(wǎng)絡(luò)版是免費(fèi)版本，可以從Altera公司的官方網(wǎng)站()上下載，由于是免費(fèi)的版本，因此相對(duì)于訂購(gòu)版，在功能上作了一些限制，僅對(duì)流行的Cyclone??Ⅱ、Cyclone、MAXⅡ、Stratix?Ⅱ、Stratix、Excalibur?、APEX?Ⅱ、APEX20KE、FLEX?10KE、FLEX10KA、FLEX10K、ACEX1K、FLEX6000、MAX7000B、MAX7000AE、MAX7000S和MAX3000A器件提供入門級(jí)支持。3.2.2QuartusⅡ7.2的安裝要求

安裝Quartus?Ⅱ?7.2網(wǎng)絡(luò)版軟件所要求的系統(tǒng)最小配置

如下。

(1)?Pentium?ⅡPC400MHz或者更快主頻的CPU。

(2)?MicrosoftWindowsXP或者Windows2000操作系統(tǒng)。

(3)具有以下一個(gè)或多個(gè)硬件端口：

①使用USB-Blaster或者M(jìn)asterBlaster通信電纜的USB端口(僅對(duì)Windows2000和WindowsXP)；②使用EthernetBlaster通信電纜的以太網(wǎng)端口；

③使用ByteBlaster?Ⅱ、ByteBlasterMV或者ByteBlaster并口下載電纜的并行端口；

④使用MasterBlaster通信電纜的串行端口。

由于采用了先進(jìn)的布局布線算法，因此Quartus?Ⅱ?7.2軟件對(duì)存儲(chǔ)器的要求相對(duì)是較低的。

表3.1描述了編譯StratixⅢL系列FPGA所需的存儲(chǔ)器容量，表3.2描述了編譯CycloneⅢ系列FPGA所需的存儲(chǔ)器容量。器件WindowsUnix/Linux32位64位32位64位典型最大典型最大典型最大典型最大EP3S501.0GB1.5GB1.5GB2.0GB1.0GB1.5GB1.5GB2.0GBEP3S701.0GB1.5GB1.5GB2.0GB1.0GB1.5GB1.5GB2.0GBEP3S1101.5GB2.0GB2.0GB3.0GB1.5GB2.0GB2.0GB3.0GBEP3S1501.5GB2.0GB2.0GB3.0GB1.5GB2.0GB2.0GB3.0GBEP3S2002.0GB3.0GB3.0GB4.0GB2.0GB3.0GB3.0GB4.0GBEP3S2603.0GB4.0GB4.0GB6.0GB3.0GB4.0GB4.0GB6.0GBEP3S3403.5GB4.0GB5.0GB8.0GB3.5GB4.0GB5.0GB8.0GB表3.1編譯StratixⅢL系列FPGA所需的存儲(chǔ)器容量表3.2編譯CycloneⅢ?系列FPGA所需的存儲(chǔ)器容量器件WindowsUnix/Linux32位64位32位64位典型最大典型最大典型最大典型最大EP3C5256MB384MB384MB512MB256MB384MB384MB512MBEP3C10256MB384MB384MB512MB256MB384MB384MB512MBEP3C16256MB384MB384MB512MB256MB384MB384MB512MBEP3C25384MB512MB512MB768MB384MB512MB512MB768MBEP3C40512MB768MB512MB1.0GB512MB768MB512MB1.0GBEP3C55768MB1.0GB1.0GB1.5GB768MB1.0GB1.0GB1.5GBEP3C80768MB1.0GB1.0GB1.5GB768MB1.0GB1.0GB1.5GBEP3C1201.0GB1.5GB1.5GB2.0GB1.0GB1.5GB1.5GB2.0GB

Quartus?Ⅱ?7.2支持一個(gè)物理封裝中的多個(gè)處理器內(nèi)核(例如，IntelCore2Duo處理器系列)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)中的多個(gè)處理器(例如，IntelDualCore計(jì)算機(jī))硬件配置的并行處理，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理器對(duì)單個(gè)設(shè)計(jì)的編譯，編譯時(shí)間可以縮短20%。

3.2.3QuartusⅡ7.2的安裝過(guò)程

下面以QuartusⅡ7.2在Windows2000操作系統(tǒng)上的安裝方法為例進(jìn)行介紹。

(1)插入QuartusⅡ7.2安裝光盤，打開光盤目錄，雙擊“Setup.exe”圖標(biāo)，啟動(dòng)Quartus?Ⅱ?7.2的安裝進(jìn)程，打開如圖3.2所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示歡迎信息。圖3.2“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口

(2)單擊“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口中的“Next”按鈕，打開如圖3.3所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示軟件安裝協(xié)議。

(3)仔細(xì)閱讀協(xié)議內(nèi)容，確認(rèn)后，選擇“Iaccepttheterms

ofthelicenseagreement”單選項(xiàng)，然后單擊“Next”按鈕，打開如圖3.4所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示用戶信息設(shè)置界面。

(4)在“UserName”編輯框內(nèi)輸入用戶的姓名，在“CompanyName”編輯框內(nèi)輸入所在公司或者開發(fā)團(tuán)隊(duì)的名稱，單擊“Next”按鈕，打開如圖3.5所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示安裝路徑設(shè)置界面。圖3.3“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口顯示的軟件安裝協(xié)議圖3.4“QuartusII7.2Setup”窗口顯示的用戶信息設(shè)置界面圖3.5“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口顯示的安裝路徑設(shè)置界面

(5)單擊“Browse”按鈕，打開如圖3.6所示的“ChooseFolder”對(duì)話框。圖3.6“ChooseFolder”對(duì)話框

(6)在“ChooseFolder”對(duì)話框中的“Directories”樹形列表中選擇一個(gè)已存在的文件夾，作為安裝文件夾，或者直接在“Path”編輯框內(nèi)輸入安裝路徑，然后單擊“確定”按鈕，關(guān)閉“ChooseFolder”對(duì)話框。單擊安裝路徑設(shè)置界面中的“Next”按鈕，打開如圖3.7所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示程序文件夾設(shè)置界面。

程序文件夾設(shè)置界面用于設(shè)置Quartus?Ⅱ?7.2的啟動(dòng)快捷命令圖標(biāo)在桌面上的“開始”→“程序”菜單中的位置，建議采用默認(rèn)的設(shè)置。圖3.7“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口顯示的程序文件夾設(shè)置界面

(7)單擊“Next”按鈕，打開如圖3.8所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示安裝類型選擇界面。

“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”?窗口顯示的安裝類型選擇界面提供了兩種安裝類型：“Complete”類型即完全安裝類型，該類型會(huì)安裝Quartus?Ⅱ?7.2提供的所有安裝組件，所需的磁盤空間最大，磁盤空間充足的用戶可以選擇此類安裝類型；“Custom”類型是用戶自定義類型，選擇該類型后，用戶可以有選擇地安裝，減小對(duì)磁盤空間的占用，適合磁盤空間有限的用戶選擇。

(8)選擇“Custom”單選項(xiàng)，單擊“Next”按鈕，打開如圖3.9所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示安裝組件選擇界面。

(9)在安裝組件選擇界面中左側(cè)的組件列表中勾選需要安裝的組件，主要是對(duì)器件的支持，在列表下方將會(huì)同時(shí)計(jì)算安裝所需的磁盤空間。選擇完成后，單擊“Next”按鈕，打開如圖3.10所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示安裝文件拷貝界面。

(10)檢查安裝文件拷貝界面中的安裝信息，確認(rèn)后，

單擊“Next”按鈕，顯示如圖3.11所示的安裝背景，彈出如

圖3.12所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”進(jìn)度條，開始復(fù)制安裝文件。圖3.9“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口顯示的安裝組件選擇界面圖3.10“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口顯示的安裝文件拷貝界面圖3.11安裝背景圖3.12“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”進(jìn)度條

(11)文件復(fù)制完畢后，系統(tǒng)彈出如圖3.13所示的信息欄，表示開始安裝注冊(cè)表項(xiàng)和編程器的驅(qū)動(dòng)程序。圖3.13信息欄

(12)注冊(cè)表和驅(qū)動(dòng)程序安裝完畢后，彈出如圖3.14所示的“Question”消息框，詢問用戶是否創(chuàng)建桌面快捷方式，單擊“是(Y)”按鈕，創(chuàng)建桌面快捷圖標(biāo)。圖3.14“Question”消息框

(13)桌面快捷圖標(biāo)創(chuàng)建完成后，彈出如圖3.15所示的“Quartus?ⅡTalkBack”對(duì)話框。該對(duì)話框提示用戶是否開啟Quartus?Ⅱ的消息反饋功能，如果開啟該功能，則運(yùn)行Quartus?Ⅱ軟件時(shí)，該軟件會(huì)向Altera公司發(fā)送一些信息，用于Altera公司統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的使用情況，便于改進(jìn)產(chǎn)品。圖3.15“Quartus?ⅡTalkBack”對(duì)話框

(14)根據(jù)需要設(shè)定“TurnontheQuartus?ⅡsoftwareTalkBackfeature”選項(xiàng)的勾選狀態(tài)，單擊“確定”按鈕。完成安裝后彈出如圖3.16所示的“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口，顯示安裝完成信息界面。

(15)單擊“Finish”按鈕，即可結(jié)束安裝。圖3.16“Quartus?Ⅱ?7.2Setup”窗口顯示的安裝完成信息界面3.2.4第一次運(yùn)行Quartus?Ⅱ?7.2

Quartus?Ⅱ7.2訂購(gòu)版安裝完畢后，插入硬件狗和授權(quán)碼才能正常運(yùn)行，其操作過(guò)程如下：

單擊桌面的快捷圖標(biāo)或者選擇“開始”→“程序”→

“Altera”→“QuartusⅡ7.2”→“Quartus?Ⅱ7.2(32-bit)”命令，即可啟動(dòng)Quartus?Ⅱ?7.2軟件。

第一次啟動(dòng)Quartus?Ⅱ?7.2軟件時(shí)，會(huì)彈出如圖3.17所示的“Look&Feel”對(duì)話框，供用戶選擇界面形式。圖3.17“Look&Feel”對(duì)話框熟悉MAX+PLUS?Ⅱ的用戶可以選擇“MAX+PLUS?Ⅱ”單選項(xiàng)，此時(shí)Quartus?Ⅱ的操作方式與MAX+PLUS?Ⅱ完全相同。習(xí)慣于Quartus?Ⅱ?7.2的用戶，可以選擇“Quartus?Ⅱ”單選項(xiàng)，然后單擊“OK”按鈕，即可進(jìn)入Quartus?Ⅱ的界面。3.3Quartus?Ⅱ?7.2的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境

3.3.1Quartus?Ⅱ?7.2的結(jié)構(gòu)

按照設(shè)計(jì)過(guò)程，Quartus?Ⅱ?7.2的結(jié)構(gòu)由“設(shè)計(jì)輸入”、“綜合、布局布線和時(shí)序分析”、“仿真”和“器件編程”四大部分以及一些擴(kuò)展開發(fā)功能組成，如圖3.18所示。圖3.18Quartus?Ⅱ?7.2的結(jié)構(gòu)

(1)“設(shè)計(jì)輸入”部分由文本編輯器，圖形、符號(hào)圖元編輯器，Mega插件管理器，設(shè)置編輯器和平面布置編輯器組成。這些模塊可以單獨(dú)使用，也可以組合起來(lái)使用，以達(dá)到設(shè)計(jì)輸入的目的。

(2)“綜合、布局布線和時(shí)序分析”部分主要由分析、綜合模塊，HDL語(yǔ)言編譯器，布局器，時(shí)序分析模塊和報(bào)告窗口構(gòu)成。這些模塊都屬于一個(gè)模塊化的編譯器，用戶可以一次完成基本的編譯分析布局過(guò)程。

(3)“仿真”部分由仿真模塊和波形編輯模塊組成。利用仿真模塊可實(shí)現(xiàn)仿真功能，利用波形編輯模塊可實(shí)現(xiàn)仿真波形的輸入和仿真報(bào)告的顯示功能。

(4)“器件編程”部分由匯編模塊和編程器等構(gòu)成。匯編模塊生成下載用的設(shè)計(jì)文件，編程器使用各類編程電纜，通過(guò)JTAG接口將設(shè)計(jì)文件下載到芯片內(nèi)部。3.3.2Quartus?Ⅱ?7.2的工作環(huán)境

Quartus?Ⅱ?7.2中所有的功能全部集中在如圖3.19所示的可視化操作環(huán)境“Quartus?Ⅱ7.2”窗口中?！癚uartus?Ⅱ?7.2”操作界面由菜單欄、工作區(qū)、快捷工具欄、項(xiàng)目導(dǎo)航視圖、工作狀態(tài)視圖和消息視圖構(gòu)成。

“Quartus?Ⅱ?7.2”中的菜單欄由“File”、“Edit”、“View”、“Project”、“Assignments”“Processing”、“Tools”、“Window”和“Help”菜單構(gòu)成，其中“Assignments”菜單如圖3.20所示。圖3.19“Quartus?Ⅱ?7.2”界面圖3.20“Assignments”菜單“Assignments”菜單中包含器件設(shè)置、引腳設(shè)置、時(shí)序分析設(shè)置等設(shè)置命令，Quartus?Ⅱ7.2將有關(guān)軟件的設(shè)置功能都集中在如圖3.21所示的“Settings”對(duì)話框中實(shí)現(xiàn)。用戶在左側(cè)的樹形列表中選擇需要設(shè)置參數(shù)的類別，在右側(cè)的設(shè)置界面中進(jìn)行設(shè)置。

當(dāng)需要設(shè)置設(shè)計(jì)項(xiàng)目的輸入/輸出引腳與器件物理引腳之間的關(guān)系時(shí)，可以用“Pins”命令，打開如圖3.22所示的“PinPlan”窗口，設(shè)置引腳。圖3.21“Settings”對(duì)話框圖3.22“PinPlan”窗口“Processing”菜單如圖3.23所示，用戶在該菜單中可以完成項(xiàng)目的編譯和仿真過(guò)程。圖3.23“Processing”菜單當(dāng)選擇“CompilerTool”命令時(shí)，將打開如圖3.24所示的“CompilerTool”窗口。該窗口詳細(xì)羅列了“Analysis&Synthesis”(分析綜合)、“Fitter”(布局)、“Assembler”(匯編)和“ClassicTimingAnalyzer”(時(shí)序分析)四大模塊功能，每個(gè)模塊下各有4個(gè)快捷工具按鈕，功能如下。圖3.24“CompilerTool”窗口

(1)“Analysis&Synthesis”模塊：

表示運(yùn)行分析和綜合模塊；

表示打開分析和綜合模塊設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置分析和綜合選項(xiàng)；

表示查看分析和綜合結(jié)果報(bào)告；

表示顯示設(shè)計(jì)的頂層結(jié)構(gòu)圖。

(2)“Fitter”模塊：

表示運(yùn)行布局模塊；

表示打開布局模塊設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置布局模塊選項(xiàng)；

表示顯示布局結(jié)果報(bào)告；

表示打開如圖3.25所示的“ChipPlanner”窗口，用戶可以在該窗口內(nèi)進(jìn)行布局手動(dòng)調(diào)整。圖3.25“ChipPlanner”窗口

(3)“Assembler”模塊：

表示運(yùn)行匯編模塊；

表示打開“DeviceandPinOption”對(duì)話框，設(shè)置器件和引腳的匯編選項(xiàng)；

表示顯示匯編結(jié)果報(bào)告；

表示打開如圖3.26所示的編程窗口，用戶可以在該窗口內(nèi)將生成的文件下載到器件。

(4)“ClassicTimingAnalyzer”模塊：

表示運(yùn)行時(shí)序分析；

表示打開時(shí)序分析設(shè)置對(duì)話框，設(shè)置時(shí)序分析選項(xiàng)；

表示顯示時(shí)序分析結(jié)果報(bào)告；

表示顯示時(shí)序分析結(jié)果摘要。

單擊“Start”按鈕即可依次執(zhí)行所有的模塊，單擊“Report”按鈕可顯示如圖3.27所示的“CompilationReport”窗口。用戶可以在該窗口中查看所有的編譯結(jié)果報(bào)告。圖3.27“CompilationReport”窗口“Tools”菜單如圖3.28所示，該菜單中包含大部分的輔助設(shè)計(jì)工具。圖3.28“Tools”菜單選擇“Tools”菜單中的“Advisors”菜單，將彈出如圖3.29所示的子菜單，其中的命令可以打開相應(yīng)的“Advisor”，用來(lái)顯示Quartus?Ⅱ?7.2對(duì)設(shè)計(jì)的一些建議，有利于使用者提高設(shè)計(jì)水平。如圖3.30所示的就是“Resourc