【文章內(nèi)容簡介】 在片可編程系統(tǒng)（System on a Programmable Chip，SOPC）設(shè)計的綜合性環(huán)境和基本設(shè)計工具。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產(chǎn)權(quán)模塊（Intellectual Property，IP）。知識產(chǎn)權(quán)模塊（IP）是一些預(yù)先設(shè)計好的電路功能模塊，在設(shè)計中使用這些模塊不僅可以加快設(shè)計進程，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）、時序分析器（Timing Analyzer）、設(shè)計輔助模塊（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)的所有過程為：設(shè)計輸入、綜合、布局和布線、驗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。用戶可以在整個開發(fā)過程中使用這些界面中的任意一個，也可以在開發(fā)過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)計自動化（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)的全過程。這個過程包括以下步驟：創(chuàng)建工程，工程用來組織整個可編程邏輯器件開發(fā)的過程；設(shè)計輸入，本章介紹利用硬件描述語言通過文本編輯的方法完成電路設(shè)計；設(shè)計編譯，把設(shè)計輸入轉(zhuǎn)換為支持可編程邏輯器件編程的文件格式；設(shè)計仿真，該步驟用來檢查設(shè)計是否滿足邏輯要求；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)軟件對設(shè)計過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)該建立一個工程。新建一個工程之前通常還需要建立一個文件夾，后面產(chǎn)生的工程文件以及源程序文件等都將存儲在這個文件夾之中。這個文件夾通常被EDA軟件默認為工作庫（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)建一個新的工程。創(chuàng)建工程時首先出現(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Φ哪夸洠付攲游募拿Q，指定工程中需要用到的設(shè)計文件、其它可以借用的源文件、用戶庫，指定具體使用的可編程邏輯器件的系列和型號。在圖13中單擊“Next”按鈕可以打開指定工程文件被存儲的位置，指定頂層文件名，指定工程名稱對話框，對話框如圖14所示。在圖14所示的第一個文本輸入行，文件夾對話框，輸入包含完全路徑的工程文件將被存儲的文件夾名稱，或者使用瀏覽按鈕“...”找出這個文件夾。在第二個文本行，頂層文件名稱對話框，應(yīng)該輸入頂層文件的名稱，這個對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。在第三個文本行，工程文件名稱對話框，應(yīng)該輸入工程文件的名稱，這個對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話框初學(xué)者可以利用下面簡便的方法完成新工程目錄和文件名稱對話框內(nèi)容的輸入。首先單擊第一個文本行，文件夾對話框，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。這時的文件夾是一個空的文件夾，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)工程標志。工程導(dǎo)航窗口具有三個可以互相切換的標簽：Hierarchy、Files和Design Units。Hierarchy標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”可以存儲當前的工程，該工程應(yīng)該被存儲在圖16所示的目錄對話框中輸入的工程文件被存儲的目錄。選擇菜單“File → Close Project”將關(guān)閉當前的工程。再次打開一個存在的工程可以通過選擇菜單“File → Open Project...”來實現(xiàn)。選擇這個菜單使得打開工程的對話框出現(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）”按鈕即可打開一個存在的工程。（2）設(shè)計的輸入在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)計文件選擇窗口新建文件選擇窗口的“Device Design Files”標簽顯示了5種設(shè)計輸入方法。“Block Diagram/Schematic File”為圖形輸入方式，它利用電路結(jié)構(gòu)圖和原理圖來輸入設(shè)計信息?！癊DIF File”支持EDIF網(wǎng)表編輯器產(chǎn)生的網(wǎng)表文件的輸入?！癆HDL 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言。原理圖輸入方法是一種類似于傳統(tǒng)電子設(shè)計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是設(shè)計者必須面對硬件模塊的選用，這明顯地偏離了電子設(shè)計自動化本質(zhì)的涵義。硬件描述語言具有行為描述的特點，同時改變設(shè)計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)計信息。完成選擇以后，單擊“OK”按鈕將打開一個文本編輯窗口，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。注意，程序必須被存儲在文件夾JTD之內(nèi)，文件名也為JTD，擴展名采用vhd。如果對VHDL程序進行了修改，再次存儲文件則可以利用菜單“File → Save”來實現(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)計的編譯使用硬件描述語言這樣的抽象工具進行系統(tǒng)設(shè)計可以使設(shè)計者集中精力于系統(tǒng)的功能的實現(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言完成的設(shè)計轉(zhuǎn)換成可以對可編程邏輯器件進行編程的文件必須進行編譯，這個過程也被稱作為綜合。它類似于用高級語言編程，然后再用編譯器將高級語言程序轉(zhuǎn)換成機器代碼的過程。盡管從表面上看，硬件描述語言和其它高級語言的編譯過程都是一種描述方法的轉(zhuǎn)換過程，但是它們之間還是具有許多本質(zhì)性的區(qū)別。高級語言編譯產(chǎn)生的機器代碼對應(yīng)于某種特定的CPU，脫離了特定的硬件環(huán)境，機器代碼將失去意義。機器代碼不代表硬件結(jié)構(gòu)，更不能改變硬件結(jié)構(gòu)。編譯的過程不需要與硬件相關(guān)的器件庫和工藝庫的參與，基本屬于一種一一對應(yīng)的“翻譯”過程。硬件描述語言編譯將產(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，在把硬件描述語言表達的電路功能轉(zhuǎn)換成表達電路具體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)表文件的過程中，它不是機械的一一對應(yīng)的“翻譯”過程，還必須根據(jù)設(shè)計庫、工藝庫以及預(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獨立的模塊，各個模塊可以單獨運行，也可以啟動全編譯過程。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“Tools”菜單進行，也可以通過“Processing” 菜單進行。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。按每個模塊中的按鈕可以逐步完成編譯過程，這時進程表將顯示工作進度，工作完成之后將顯示出花費的時間和是否出現(xiàn)錯誤。每一步完成以后都可以通過按右下角“Report”按鈕打開編譯報告。按左下角“Start”按鈕可以啟動全編譯過程。參考下圖P96F251標出按鈕說明圖19 Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的編譯器窗口使用“Processing”菜單也包括單獨執(zhí)行每個模塊逐步完成編譯過程和啟動全編譯過程。使用菜單“Processing → Start → ”可以單獨執(zhí)行每個模塊逐步完成編譯過程。使用菜單“Processing → Start Compilation”可以啟動全編譯過程。圖110 Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件的工作窗口啟動全編譯過程之后，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度，下面的信息窗口在編譯的過程中不斷顯示編譯信息。編譯過程結(jié)束以后，窗口將顯示編譯是否成功，是否有錯誤信息，是否有警告信息。如果有錯誤，編譯將不會成功；對于初學(xué)者，警告信息可以不去關(guān)注，它對后面的仿真以及器件的編程影響不大。（4）設(shè)計的功能仿真完成了設(shè)計的輸入和編譯，還需要利用仿真工具對設(shè)計進行仿真，因為編譯過程只檢查了設(shè)計是否具有規(guī)則錯誤和所選擇器件的資源是否滿足設(shè)計要求，并沒有檢查設(shè)計要求的功能是否滿足。仿真的過程就是讓計算機根據(jù)一定的算法和一定的仿真庫對設(shè)計進行模擬，以驗證設(shè)計和排除錯誤。Quartus Ⅱ集成開發(fā)軟件提供系統(tǒng)功能仿真工具和時序仿真工具。利用功能仿真工具，設(shè)計者能對設(shè)計進行全面測試，保證設(shè)計在所有可能的情況下都具有正確的響應(yīng)；利用時序仿真工具，設(shè)計者可以測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行系統(tǒng)功能仿真之前，需要創(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)在仿真輸入信號的作用下產(chǎn)生的系統(tǒng)輸出仿真信號。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)計文件選擇窗口在新建文件選擇窗口中選擇“Other Files”標簽，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”對話框。這個對話框自動給出文件存儲的文件夾、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，這時的波形編輯器窗口如圖112所示。需要注意的是在“保存為”對話框中要選中“Add file to current project”復(fù)選框，使得這個文件加入到當前的工程之中。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，在進行系統(tǒng)功能仿真之前需要加入系統(tǒng)的輸入節(jié)點和希望檢查的輸出節(jié)點。在圖112所示的波形編輯器窗口“Name”列的空白處單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇“Insert Node or Bus”可以打開“Insert Node or Bus”對話框，在這個對話框中單擊“Node Finder”按鈕可以打開“Node Finder”窗口，如圖113所示。圖113加入接點對話框圖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)點和輸出節(jié)點，選擇希望觀察的節(jié)點，使用“≥”按鈕可以將該節(jié)點送入右側(cè)的“Selected Nodes”欄。如果希望觀察所有的節(jié)點，可以使用“＞＞”按鈕。下面的兩個反方向按鈕可以用來取消已經(jīng)選擇的觀察節(jié)點。利用下拉菜單“Filter”還可以選擇其它類型的節(jié)點，例如選擇“Registers：presynthesis”，單擊“List”按鈕可以列出信號“aqi”。采用同樣的方法，也可以使這樣的中間信號被觀察，使得系統(tǒng)的功能驗證和錯誤排除更加方便。完成希望觀察節(jié)點的選擇，在圖113中單擊“OK”按鈕，“Insert Node or Bus”對話框再次出現(xiàn)，單擊對話框的“OK”按鈕，波形編輯器出現(xiàn)希望觀察的節(jié)點。這時輸入信號沒有加入，中間信號和輸出信號的內(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。這時在“Node Finder”列出的節(jié)點中選擇要加入波形編輯器的節(jié)點，然后按住鼠標左鍵，拖動到波形編輯器的“Name”列的空白處放開即可。如果系統(tǒng)的輸入信號為周期性的時鐘信號，可以在它的名稱左邊的標志上點擊鼠標右鍵，從彈出的菜單中選擇“Value → Clock...”打開時鐘信號設(shè)置對話框，如圖115所示。圖115 時鐘信號設(shè)置對話框圖115中時鐘周期設(shè)置為10ns，如果僅用來檢查系統(tǒng)輸出邏輯是否滿足要求，這沒有什么影響。當然你也可以設(shè)置周期為1s，不過這時需要更改仿真結(jié)束時間，默認的仿真結(jié)束時間為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