彻底掌握Quartus——基础篇

你可以在EETOP的论坛上面搜索到quartus的下载链接，然后在百度能找到破解方法。

不建议用quartus13以前的版本(旧版带的USB blaster驱动可能在WIN8、WIN10上面安装不了)，还有quartus13及以后的版本都把IDE和器件包分成两部分，记得下载器件包。此外，quartus13.0sp1是最后一个支持cyclone II的版本。

接下来，介绍Quartus 13最基础的日常使用方法。

如何新建工程就不说了，但是要注意，工程目录和工程名不要有中文和空格，还有，要有一个设计文件（如，.v、.vhd、.bsf文件）的名称要跟工程名一样，不然会有警告。

一、新建工程，New个设计文件，会出现下图所示。

上面那么多种文件有什么卵用？

1、AHDL文件，用于编写Altera发明的AHDL语言，此语言已经被淘汰，可以不管它。

2、Block Diagram/Schematic文件，原理图文件，跟AD、PADS、Cadence等电路图设计软件的用法差不多。

3、EDIF文件，网表文件。

4、Qsys system文件，用于设计软核，Qsys前身是NIOS。

5、State Machine文件，状态机文件。

6、System Verilog文件，用于系统级验证。

7、Tcl script文件，TCL脚本文件。

8和9、常用的HDL文件（包括verilog和VHDL）

10是十六进制文件，11是MIF文件，用于ROM或RAM的初始化。

12、Probe文件，用于观察FPGA内部某一信号，一般用Signaltap

13、 逻辑分析仪接口文件，暂时不知道有什么用。

14、VWF文件，用于调用quartus自带的仿真工具QSIM

15、AHDL头文件，可以不管它。

16、原理图的Symbol文件，用于编辑原理图Symbol，跟你用电路图设计软件时，画原理图库差不多。

17、JTAG链描述文件，给一个或多个芯片下载代码时用的。

18、Synopsys约束文件，时序约束用的SDC文件。

19、txt文件。

就算quartus支持那么多种文件，但常用的没几个，一般是原理图.bdf文件或者纯文本的.v或.vhd文件，就算后面需要用逻辑分析仪或者时序约束，也是可以用quartus自动给你生成的。

特别要注意一下，不同类型的文件，名字最好不一样。比如，已经有了test.v，就不要用弄test.vwf，不然你双击test的原理图Symbol的时候，会问你要打开test.v还是test.vwf，让你浪费不必要时间。我一般是除了.v或.vhd文件用test之外，vwf就用test_vwf.vwf，bdf就用test_top.bdf。

 

二、如何把HDL文件，转成原理图Symbol

先选中你要转的HDL文件。

白色衬底（左边）是被选中的HDL文件，右边是没有选中的，然后在菜单栏File下面。

点Create Symbol Files for Current File，即可把HDL转成原理图Symbol了，然后新建一个.bdf的原理图文件。

双击红圈位置，在libraries->Project下，已经生成了原理图Symbol了，点OK，可以调用了。（我的机子是高分屏，Symbol显示有点问题，是quartus对高分屏支持得不好）。

如果你觉得原理图的symbol不够大，可以按住Ctrl键，滑动鼠标滚轮，可以使symbol放大/缩小。

再来对照一下，原理图Symbol和.vhd文件的实体

entity bin2bcd is
port(
clk_50M : in std_logic;
add : in std_logic;
sub : in std_logic;
bcdout1 :out std_logic_vector(3 downto 0)
);
end bin2bcd;

这是一一对应，输入在左，输出在右，有多个输入的时候，也会按顺序排列，如果不方便连线，可以改一下引脚的顺序，再保存，生成Symbol，再update。

右击Symbol，就可以update了，update时，会出现下面的对话框。

懂点英语的，都能看懂上面三个选择。1、只update选中的symbol，2、update所有关联（名字一样）的symbol，3、update全部symbol。一般选第一个。

quartus13有个bug，生成的symbol的实例名可能会重名，而报警告。这时，可以右击symbol，选properties。

把上图的inst改成其它名字就可以了。

 

三、在刚才调用symbol的位置，还可以调用其它IP核。

在Name下面输入input，可以调用输入端口，output就是输出端口了，这些都是quartus自带的一些symbol，把primitives下面的折叠全部打开，你会发现有很多东西，如：与或非门、各种触发器等。当然，还有其它东西，自己去挖掘吧。特别要说明两个symbol，VCC代表高电平，GND代表低电平，可用于使能或者其它用途。

也是在刚才那个对话框，下面有MegaWizard，用来调用quartus自带的IP核，也叫宏功能模块（LPM），有部分是免费，部分是收费，还有部分需要联网下载的。

MegaWizard的使用方法也很简单，写上IP核的名字，一步步next到finish就可以了，调用也是在上面那个对话框里调用。

其中，原理图symbol之间的连线要注意一下位宽，不然会出错。也可以使用网络标号，先把线引出来，选中线，再输入网格标号就可以了，但是要注意一下格式，如：qout是8位，网络标号就要写成qout[7..0]。也有些特殊用法，如下图所示：

这里，引出64位宽的fre信号，而在另一个symbol则只连了[63..32]这几个脚，这是合法的，空出来的引脚，没用的话，可以不管。

 

四、编写好你的设计文件之后，就可以编译（也可以叫综合）了。因为综合很慢，所以先分析一下设计文件有无语法错误之类的，再综合。

综合的时候，要注意，哪个是顶层文件。比如你弄一个流水灯，在led_top.bdf里面，有分频模块fre_div的symbol和流水灯控制模块led_ctrl的symbol的话，那么led_top.bdf就是顶层文件，因为它调用了你所有的设计文件。你可以先选中led_top.bdf，再用快捷键Ctrl+Shift+J，把它设置为顶层文件，不然综合出来有很多警告，甚至出错。

上图所示，蓝圈就是分析设计文件了，而红圈就是综合。综合之后，就会生成report，告诉你，你设计出来的电路占用哪些资源。

懂点英文和FPGA的内部结构的，都能看懂上图。现在解释一下：

1、电路占用了62个LE。

2、电路占用了43个组合电路。

3、电路占用了55个专用的寄存器。

4、整个电路占用了55个寄存器。

5、电路使用了31个引脚，我的FPGA是EP2C8Q208C8N，一共有208个引脚，其中138个引脚是可用的。

6、电路使用了0个虚拟引脚，虚拟引脚是前期设计时，预先分配的，可以解决引脚不够用导致无法综合的问题。

7、电路使用的内存为0 bit，这里memory是指FPGA内部的存储单元，包括ROM和RAM，其中RAM指的是块RAM而不是分布式RAM，因为分布式RAM是用LE实现的。

8、电路使用了0个PLL，我这芯片一共有2个PLL，PLL是固核（也可以认为是硬核，硬核和固核的分界线并不是很明确），可以配置一下就调用，某些FPGA会有4个或更多的PLL固核。

 

五、接下来看看，你综合出来是个什么电路。在菜单栏的Tools下面，点击查看RTL图、状态机图（前提是综合出来有状态机）或者工艺映射表（Technology Map）

其中RTL图和工艺映射表，都可以表示你设计出来的电路，区别在于，RTL图抽象层次更高一些，而工艺映射表更接近于门级。

某些时候，RTL并不能完全表示出电路的正确性，因为综合出来，有部分细节出错，在RTL图看不出来，这里得用工艺映射表。

 

六、用Assignment Editor锁管脚。

在Value下面输入23，就可以把clk锁定在23号引脚了。如下图所示。

 

七、锁完之后，保存好，还要再综合一次，这样的综合出来的电路才是你需要的。如果不想综合两次，那就要用TCL脚本来锁管脚了。

新建一个TCL脚本文件。输入如下代码：

set_location_assignmentPIN_23 -to clk

这样就可以把clk锁定在23号引脚了。如果你的引脚是按键，就要加上拉电阻（不然会容易烧坏IO口），输入如下代码：

set_location_assignmentPIN_208 -to switch_input

set_instance_assignment -name WEAK_PULL_UP_RESISTOR ON -to switch_input

这样就把switch_input这个锁在208号引脚，同时给208号引脚加了上拉电阻。

保存好你的TCL脚本，然后在菜单栏的tools下，点TCL scripts，

点Run，运行一下你的TCL脚本。这样，就只需要综合一次了。

 

八、接好你的JTAG就可以用Programmer下载代码了，由于此步骤太简单了，省略。

其中sof文件，是直接JTAG下载的，断电就没了；pof文件是AS下载，断电可保存。但是AS下载需要额外加点电路，而且对电路要求高，有点问题都无法下载，而且工业上的板子也只有JTAG下载口（节省PCB面积），这样就得用JTAG间接下载，断电可保存。

在菜单栏的file下，转换编程文件：

选择jic格式，配置芯片的型号（我这里是EPCQ16），然后改一下jic的名字，默认是output_file。

先设置一下flash loader（在Select Devices要选择你所用的芯片系列，下图为参考）。

再点一下SOF Data

然后add file，把你的SOF文件添加进去。

然后点generate即可生成jic文件。（你也把上面这些配置保存为.cof文件，以后可以重复使用）

最后在programmer，添加这个jic文件，就可以下载代码了。下载完之后，FPGA并不直接运行代码，需要先断电，再上电，FPGA才正常工作。