【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在片可編程系統(tǒng)（System on a Programmable Chip，SOPC）設(shè)計(jì)的綜合性環(huán)境和基本設(shè)計(jì)工具。另外，Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件也可以利用第三方軟件的結(jié)果，并支持第三方軟件的工作。為加快應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件提供更多的知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊（Intellectual Property，IP）。知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊（IP）是一些預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路功能模塊，在設(shè)計(jì)中使用這些模塊不僅可以加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，而且還可以提高系統(tǒng)性能。Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的核心是模塊化的編譯器。編譯器包括的功能模塊有分析/綜合器（Analysis amp。 Synthesis）、適配器（Fitter）、裝配器（Assembler）、時(shí)序分析器（Timing Analyzer）、設(shè)計(jì)輔助模塊（Design Assistant）以及EDA網(wǎng)表文件生成器（EDA Netlist Writer）等?？删幊踢壿嬈骷_發(fā)的所有過(guò)程為：設(shè)計(jì)輸入、綜合、布局和布線、驗(yàn)證和仿真以及可編程邏輯器件的編程或配置。Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件允許用戶在開發(fā)過(guò)程中使用Quartus Ⅱ圖形用戶界面、EDA工具界面和命令行界面。用戶可以在整個(gè)開發(fā)過(guò)程中使用這些界面中的任意一個(gè)，也可以在開發(fā)過(guò)程中的不同步驟使用不同的界面。 Quartus174。 II功能概論作為一種電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的工具，Quartus Ⅱ可編程邏輯器件的集成開發(fā)軟件支持可編程邏輯器件開發(fā)的全過(guò)程。這個(gè)過(guò)程包括以下步驟：創(chuàng)建工程，工程用來(lái)組織整個(gè)可編程邏輯器件開發(fā)的過(guò)程；設(shè)計(jì)輸入，本章介紹利用硬件描述語(yǔ)言通過(guò)文本編輯的方法完成電路設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)編譯，把設(shè)計(jì)輸入轉(zhuǎn)換為支持可編程邏輯器件編程的文件格式；設(shè)計(jì)仿真，該步驟用來(lái)檢查設(shè)計(jì)是否滿足邏輯要求；器件編程，使得可編程邏輯具有所要求的邏輯功能。 Quartus174。 II的應(yīng)用（1）創(chuàng)建工程（Project）Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的管理采用工程方式。工程（Project）保存著程序編輯的信息和程序調(diào)試的環(huán)境等內(nèi)容。在開始編寫程序之前首先應(yīng)該建立一個(gè)工程。新建一個(gè)工程之前通常還需要建立一個(gè)文件夾，后面產(chǎn)生的工程文件以及源程序文件等都將存儲(chǔ)在這個(gè)文件夾之中。這個(gè)文件夾通常被EDA軟件默認(rèn)為工作庫(kù)（Work Library），不同的工程最好放在不同的文件夾中，同一工程的所有文件都必須放在同一文件夾中。 Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口，利用菜單“File → New Project Wizard”創(chuàng)建工程向?qū)Э梢詭椭脩魟?chuàng)建一個(gè)新的工程。創(chuàng)建工程時(shí)首先出現(xiàn)新工程向?qū)Ы榻B，如圖13所示。圖13 新工程向?qū)Ы榻B新工程向?qū)椭脩糁付üこ堂凸こ涛募淮鎯?chǔ)的目錄，指定頂層文件的名稱，指定工程中需要用到的設(shè)計(jì)文件、其它可以借用的源文件、用戶庫(kù)，指定具體使用的可編程邏輯器件的系列和型號(hào)。在圖13中單擊“Next”按鈕可以打開指定工程文件被存儲(chǔ)的位置，指定頂層文件名，指定工程名稱對(duì)話框，對(duì)話框如圖14所示。在圖14所示的第一個(gè)文本輸入行，文件夾對(duì)話框，輸入包含完全路徑的工程文件將被存儲(chǔ)的文件夾名稱，或者使用瀏覽按鈕“...”找出這個(gè)文件夾。在第二個(gè)文本行，頂層文件名稱對(duì)話框，應(yīng)該輸入頂層文件的名稱，這個(gè)對(duì)話框后面的瀏覽按鈕“...”用于找出已經(jīng)存在，這里還將使用的頂層文件。在第三個(gè)文本行，工程文件名稱對(duì)話框，應(yīng)該輸入工程文件的名稱，這個(gè)對(duì)話框后面的瀏覽按鈕“...”用于找出已經(jīng)存在，這里還將使用的工程文件。建議文件夾的名稱、頂層文件的名稱以及工程文件的名稱選擇同樣的名稱，以免產(chǎn)生不必要的麻煩。圖14 新工程目錄和文件名稱對(duì)話框初學(xué)者可以利用下面簡(jiǎn)便的方法完成新工程目錄和文件名稱對(duì)話框內(nèi)容的輸入。首先單擊第一個(gè)文本行，文件夾對(duì)話框，后面瀏覽按鈕“...”找到已經(jīng)為工程建立的文件夾并將其打開。這時(shí)的文件夾是一個(gè)空的文件夾，再次單擊“打開”按鈕將獲得如圖14所示的狀態(tài)，即完成新工程目錄和文件名稱對(duì)話框內(nèi)容的輸入。一直單擊“Next”按鈕將顯示如圖15所示。單擊“Finish”按鈕完成工程的創(chuàng)建。圖15新工程設(shè)置框圖隨著工程的建立，Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口也發(fā)生變化，如圖16所示。右上方的工程導(dǎo)航窗口（Project Navigator）中出現(xiàn)工程標(biāo)志。工程導(dǎo)航窗口具有三個(gè)可以互相切換的標(biāo)簽：Hierarchy、Files和Design Units。Hierarchy標(biāo)簽提供工程使用的可編程邏輯芯片邏輯單元、寄存器以及存儲(chǔ)器資源的使用信息。圖16 Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口選擇菜單“File → Save Project”可以存儲(chǔ)當(dāng)前的工程，該工程應(yīng)該被存儲(chǔ)在圖16所示的目錄對(duì)話框中輸入的工程文件被存儲(chǔ)的目錄。選擇菜單“File → Close Project”將關(guān)閉當(dāng)前的工程。再次打開一個(gè)存在的工程可以通過(guò)選擇菜單“File → Open Project...”來(lái)實(shí)現(xiàn)。選擇這個(gè)菜單使得打開工程的對(duì)話框出現(xiàn)，如圖16所示，在下拉列表框“查找范圍（I）”中選擇將要打開的工程被存儲(chǔ)的文件夾名，列表框中將出現(xiàn)該文件夾中的所有工程，選擇將要打開的工程，單擊“打開（O）”按鈕即可打開一個(gè)存在的工程。（2）設(shè)計(jì)的輸入在Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口使用菜單“File → New...”可以打開如圖17所示的新建文件選擇窗口。 圖17 新建設(shè)計(jì)文件選擇窗口新建文件選擇窗口的“Device Design Files”標(biāo)簽顯示了5種設(shè)計(jì)輸入方法。“Block Diagram/Schematic File”為圖形輸入方式，它利用電路結(jié)構(gòu)圖和原理圖來(lái)輸入設(shè)計(jì)信息?！癊DIF File”支持EDIF網(wǎng)表編輯器產(chǎn)生的網(wǎng)表文件的輸入。“AHDL File”、“Verilog HDL File”和“VHDL File”都是文本輸入方法，它們支持不同的硬件描述語(yǔ)言。原理圖輸入方法是一種類似于傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)中繪制電路圖的輸入方式。原理圖由邏輯器件和連線構(gòu)成，邏輯器件可以是軟件庫(kù)中的功能模塊，也可以是用戶生成的功能模塊。原理圖輸入方法的缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)者必須面對(duì)硬件模塊的選用，這明顯地偏離了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化本質(zhì)的涵義。硬件描述語(yǔ)言具有行為描述的特點(diǎn)，同時(shí)改變?cè)O(shè)計(jì)比采用電路圖描述更加方便，本節(jié)將介紹利用“VHDL File”輸入設(shè)計(jì)信息。完成選擇以后，單擊“OK”按鈕將打開一個(gè)文本編輯窗口，如圖18所示。 圖18文本編輯窗口文本編輯窗口輸入上述程序之后，利用菜單“File → Save As...”可以完成程序的第一次存儲(chǔ)。注意，程序必須被存儲(chǔ)在文件夾JTD之內(nèi)，文件名也為JTD，擴(kuò)展名采用vhd。如果對(duì)VHDL程序進(jìn)行了修改，再次存儲(chǔ)文件則可以利用菜單“File → Save”來(lái)實(shí)現(xiàn)。，這可以利用菜單“Project → Add Current File to Project”完成。，“Device Design Files”文件夾之中。（3）設(shè)計(jì)的編譯使用硬件描述語(yǔ)言這樣的抽象工具進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)者集中精力于系統(tǒng)的功能的實(shí)現(xiàn)，而不必關(guān)心具體的電路結(jié)構(gòu)。要把利用硬件描述語(yǔ)言完成的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成可以對(duì)可編程邏輯器件進(jìn)行編程的文件必須進(jìn)行編譯，這個(gè)過(guò)程也被稱作為綜合。它類似于用高級(jí)語(yǔ)言編程，然后再用編譯器將高級(jí)語(yǔ)言程序轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼的過(guò)程。盡管從表面上看，硬件描述語(yǔ)言和其它高級(jí)語(yǔ)言的編譯過(guò)程都是一種描述方法的轉(zhuǎn)換過(guò)程，但是它們之間還是具有許多本質(zhì)性的區(qū)別。高級(jí)語(yǔ)言編譯產(chǎn)生的機(jī)器代碼對(duì)應(yīng)于某種特定的CPU，脫離了特定的硬件環(huán)境，機(jī)器代碼將失去意義。機(jī)器代碼不代表硬件結(jié)構(gòu)，更不能改變硬件結(jié)構(gòu)。編譯的過(guò)程不需要與硬件相關(guān)的器件庫(kù)和工藝庫(kù)的參與，基本屬于一種一一對(duì)應(yīng)的“翻譯”過(guò)程。硬件描述語(yǔ)言編譯將產(chǎn)生描述電路結(jié)構(gòu)的網(wǎng)表文件，網(wǎng)表文件不依賴于任何特定硬件結(jié)構(gòu)，可以輕易地被移植到任意通用硬件環(huán)境中，例如各種CPLD或者FPGA芯片。另外，在把硬件描述語(yǔ)言表達(dá)的電路功能轉(zhuǎn)換成表達(dá)電路具體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)表文件的過(guò)程中，它不是機(jī)械的一一對(duì)應(yīng)的“翻譯”過(guò)程，還必須根據(jù)設(shè)計(jì)庫(kù)、工藝庫(kù)以及預(yù)先設(shè)置的各類約束條件，選擇最優(yōu)的方式完成電路結(jié)構(gòu)的形成。Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的編譯器包括多個(gè)獨(dú)立的模塊，各個(gè)模塊可以單獨(dú)運(yùn)行，也可以啟動(dòng)全編譯過(guò)程。在Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件工作窗口中，工程的編譯即可以通過(guò)“Tools”菜單進(jìn)行，也可以通過(guò)“Processing” 菜單進(jìn)行。使用菜單“Tools → Compiler Tool ”可以打開編譯器窗口，如圖19所示，編譯器窗口顯示出了編譯器的所有模塊。按每個(gè)模塊中的按鈕可以逐步完成編譯過(guò)程，這時(shí)進(jìn)程表將顯示工作進(jìn)度，工作完成之后將顯示出花費(fèi)的時(shí)間和是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。每一步完成以后都可以通過(guò)按右下角“Report”按鈕打開編譯報(bào)告。按左下角“Start”按鈕可以啟動(dòng)全編譯過(guò)程。參考下圖P96F251標(biāo)出按鈕說(shuō)明圖19 Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的編譯器窗口使用“Processing”菜單也包括單獨(dú)執(zhí)行每個(gè)模塊逐步完成編譯過(guò)程和啟動(dòng)全編譯過(guò)程。使用菜單“Processing → Start → ”可以單獨(dú)執(zhí)行每個(gè)模塊逐步完成編譯過(guò)程。使用菜單“Processing → Start Compilation”可以啟動(dòng)全編譯過(guò)程。圖110 Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口啟動(dòng)全編譯過(guò)程之后，如圖110所示Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件工作窗口左邊中間的狀態(tài)窗口將顯示編譯的進(jìn)度，下面的信息窗口在編譯的過(guò)程中不斷顯示編譯信息。編譯過(guò)程結(jié)束以后，窗口將顯示編譯是否成功，是否有錯(cuò)誤信息，是否有警告信息。如果有錯(cuò)誤，編譯將不會(huì)成功；對(duì)于初學(xué)者，警告信息可以不去關(guān)注，它對(duì)后面的仿真以及器件的編程影響不大。（4）設(shè)計(jì)的功能仿真完成了設(shè)計(jì)的輸入和編譯，還需要利用仿真工具對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，因?yàn)榫幾g過(guò)程只檢查了設(shè)計(jì)是否具有規(guī)則錯(cuò)誤和所選擇器件的資源是否滿足設(shè)計(jì)要求，并沒(méi)有檢查設(shè)計(jì)要求的功能是否滿足。仿真的過(guò)程就是讓計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的算法和一定的仿真庫(kù)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)和排除錯(cuò)誤。Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件提供系統(tǒng)功能仿真工具和時(shí)序仿真工具。利用功能仿真工具，設(shè)計(jì)者能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面測(cè)試，保證設(shè)計(jì)在所有可能的情況下都具有正確的響應(yīng)；利用時(shí)序仿真工具，設(shè)計(jì)者可以測(cè)試所選用的器件是否滿足系統(tǒng)工作速度的要求。本節(jié)只涉及功能仿真。1）創(chuàng)建仿真波形文件在進(jìn)行系統(tǒng)功能仿真之前，需要?jiǎng)?chuàng)建仿真波形文件，也叫矢量波形文件（.vwf），該文件以波形圖的形式描述系統(tǒng)在仿真輸入信號(hào)的作用下產(chǎn)生的系統(tǒng)輸出仿真信號(hào)。在Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口使用菜單“File → New...”可以打開如圖111所示的新建文件選擇窗口。圖111 新建設(shè)計(jì)文件選擇窗口在新建文件選擇窗口中選擇“Other Files”標(biāo)簽，再選擇“Vector Waveform File”，然后單擊“OK”按鈕將打開波形編輯器窗口。 在Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口使用菜單“File → Save As...”可以打開“保存為”對(duì)話框。這個(gè)對(duì)話框自動(dòng)給出文件存儲(chǔ)的文件夾、文件名和文件類型，只要單擊“保存（S）”按鈕就完成矢量波形文件的保存，這時(shí)的波形編輯器窗口如圖112所示。需要注意的是在“保存為”對(duì)話框中要選中“Add file to current project”復(fù)選框，使得這個(gè)文件加入到當(dāng)前的工程之中。圖112 波形編輯器窗口圖112所示波形編輯器的內(nèi)容目前還是空的，在進(jìn)行系統(tǒng)功能仿真之前需要加入系統(tǒng)的輸入節(jié)點(diǎn)和希望檢查的輸出節(jié)點(diǎn)。在圖112所示的波形編輯器窗口“Name”列的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Insert Node or Bus”可以打開“Insert Node or Bus”對(duì)話框，在這個(gè)對(duì)話框中單擊“Node Finder”按鈕可以打開“Node Finder”窗口，如圖113所示。圖113加入接點(diǎn)對(duì)話框圖113中下拉菜單“Filter”現(xiàn)在為“Pins：all”，單擊“List”按鈕可以在左側(cè)“Nodes Found”欄列出所有的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)，選擇希望觀察的節(jié)點(diǎn)，使用“≥”按鈕可以將該節(jié)點(diǎn)送入右側(cè)的“Selected Nodes”欄。如果希望觀察所有的節(jié)點(diǎn)，可以使用“＞＞”按鈕。下面的兩個(gè)反方向按鈕可以用來(lái)取消已經(jīng)選擇的觀察節(jié)點(diǎn)。利用下拉菜單“Filter”還可以選擇其它類型的節(jié)點(diǎn)，例如選擇“Registers：presynthesis”，單擊“List”按鈕可以列出信號(hào)“aqi”。采用同樣的方法，也可以使這樣的中間信號(hào)被觀察，使得系統(tǒng)的功能驗(yàn)證和錯(cuò)誤排除更加方便。完成希望觀察節(jié)點(diǎn)的選擇，在圖113中單擊“OK”按鈕，“Insert Node or Bus”對(duì)話框再次出現(xiàn)，單擊對(duì)話框的“OK”按鈕，波形編輯器出現(xiàn)希望觀察的節(jié)點(diǎn)。這時(shí)輸入信號(hào)沒(méi)有加入，中間信號(hào)和輸出信號(hào)的內(nèi)容為不定。圖114 波形編輯器窗口在Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口使用菜單“View → Utility Windows → Node Finder”也可以在波形編輯器窗口加入希望觀察的節(jié)點(diǎn)。這時(shí)在“Node Finder”列出的節(jié)點(diǎn)中選擇要加入波形編輯器的節(jié)點(diǎn)，然后按住鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)到波形編輯器的“Name”列的空白處放開即可。如果系統(tǒng)的輸入信號(hào)為周期性的時(shí)鐘信號(hào)，可以在它的名稱左邊的標(biāo)志上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的菜單中選擇“Value → Clock...”打開時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置對(duì)話框，如圖115所示。圖115 時(shí)鐘信號(hào)設(shè)置對(duì)話框圖115中時(shí)鐘周期設(shè)置為10ns，如果僅用來(lái)檢查系統(tǒng)輸出邏輯是否滿足要求，這沒(méi)有什么影響。當(dāng)然你也可以設(shè)置周期為1s，不過(guò)這時(shí)需要更改仿真結(jié)束時(shí)間，默認(rèn)的仿真結(jié)束時(shí)間為1us。在Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口選擇菜單“Edit → End Time”可以打開結(jié)束