FPGA QuartusII 13.0.1+ModelSim SE 10.1a联合仿真以及Hello World测试程序

一、实验环境(蓝色粗体字为特别注意内容)

1，环境：Windows 7 Ultimate 32 bit、QuartusII 13.0.1 win32、ModelSim SE 10.1a win32

2，参考文献:

①http://bbs.eeworld.com.cn/thread-530964-1-1.html
②https://www.cnblogs.com/Jezze/archive/2012/09/14/2684333.html
③https://www.cnblogs.com/yuesheng/archive/2011/06/25/2090385.html ④https://www.cnblogs.com/luckybag/articles/3803991.html
⑤http://www.eefocus.com/nightseas/blog/12-03/242395_7df71.html ⑥https://blog.csdn.net/ocean1171597779/article/details/25885105                                      ⑦https://www.jb51.net/softs/561414.html                                                    ⑧https://blog.csdn.net/qq_18649781/article/details/81025650

 二、详细步骤

2.1 QuartusII 13.0.1安装&破解

1）按照参考文献⑧的步骤，到度盘链接：https://pan.baidu.com/s/1I_6-9f0wvEpF_utkTjjsUQ 密码：u6ef，将QuartusSetup-13.0.1.232还有破解器下载到电脑本地磁盘（cyclone好像不用下，QuartusSetup自带，如果实在需要再下载，反正我下载下来安装的时候提示我已经安装过了，无语。。。）。

2）双击QuartusSetup-13.0.1.232.exe，选择安装位置，一路next将Quartus安装到本地磁盘。最后，done!

3）如果你的电脑是32位，将破解器中的“Quartus_13.0_x86破解器.exe”复制到 “你的安装路径\quartus\bin”目录下面，并且双击，将生成的"license"保存。

4）如果你的电脑是64位，将破解器中的“Quartus_13.0_x64破解器.exe”复制到 “你的安装路径\quartus\bin64”目录下面，双击，将生成的"license"保存。

5）选择对应版本，打开QuartusII，Tools->License Setup->(NIC)ID 选择第一个作为CID复制之,关闭Quartus。

6）打开之前保存的"licence.dat"，将（NIC）ID替换掉里面的xxxxxxx,打开Quartus 定位到Tools->License Setup，License file选择刚刚修改的license.dat,出现以下界面说明破解完成

2.2 ModelSim SE 10.1a安装&破解

ModelSim是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器,比Quartus自带的仿真器要强大很多，它采用直接优化的编译技术、Tcl/Tk技术、和单一内核仿真技术，编译仿真速度快，编译的代码与平台无关，便于保护IP核，个性化的图形界面和用户接口，为用户加快调错提供强有力的手段，是FPGA/ASIC设计的首选仿真软件。目前有se、de、pe等多个版本，对应Altera和Xilinx还有对应的OEM版本，所有的版本功能最强速度最快的就是se，反正也是要破解，自然就装最强的版本了，和Altera网站上的modelsim的区别在于，se的版本我们需要自己编译对应的库，所以Altera和Xilinx的都是自带对应的库无需编译的，像我这样同时装了Quartus II和ISE的，自然还是自己编译方便一点。

1）按照参考文献⑦，将modelsim se 10.1c emouse.rar下载到本地，解压之。

2）双击modelsim-win32-10.1a-se.exe选择安装路径，安装之，最后弹出一个对话框，点击“NO”即可。

3）将MentorKG.exe和crack.bat文件复制到安装根目录win32目录下，运行crack.bat文件，生成txt文件后另存为LICENSE.TXT

4）我的电脑右键->属性->高级->环境变量，新增系统环境变量LM_LICENSE_FILE，值为LICENSE.TXT的路径，如：D:\modeltech_10.1a\LICENSE.TXT

5）运行Modelsim

2.3 编写测试程序

按照参考文献①

第一步：新建工程
File --> New Project Wizard...

1.选择工程目录，指定工程名及设计入口，一般情况下建议工程目录，工程名称及设计入口同名，不能有中文路径；
2.添加已有文件，如果新建的工程，则直接跳过；
3.器件选择，需要与实际用到的器件相同，Family选择Cyclone IV E,Available device这里选择EP4CE6F17C8；
4.设置工具，一般直接next跳过；
5.信息确认，如果无误则点击Finish完成；

修改默认配置：
Assignments --> Device...
--> Device and Pin Option...

Unused Pins：未用到引脚选择，As input tri-stated;
Valtage 引脚默认电压值，选择 3.3-V LVTTL；

第二步：建立HDL文件
File--> New...
Design Files --> Verilog HDL File内容如下：

/*
* 功能描述：流水灯演示
*/
module demo (
    input clk,              // 时钟输入（外部50MHz晶振）
    input rst_n,            // 复位按键
    output reg [3:0] led    // 4位LED
);
// 寄存器定义
reg [31:0] timer;       // 用于定时器计数
// 计时时钟
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if(~rst_n)
        timer <= 0;
    else if(timer == 32'd200_000_000)
        timer <= 0;
    else
        timer <= timer + 1'b1;    // 通过脉冲数计算时间
end
// 检测时钟的下降沿和复位的下降沿
always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
    if (~rst_n)            // 复位信号低电平有效
        led <= 4'b0000;    // LED灯输出全为低，四个LED灯灭
    // 时钟下降沿
    else
    begin
        // 50HMz的时钟下，50个时钟为1us
        if(timer == 32'd50_000_000)
            led <= 4'b0001;
        else if (timer == 32'd100_000_000)
            led <= 4'b0010;
        else if (timer == 32'd150_000_000)
            led <= 4'b0100;
        else if (timer == 32'd200_000_000)
            led <= 4'b1000;
    end
end
endmodule

保存文件，名称与之前设置的入口文件相同；（不然会出现报错①）

第三步：综合
点击Analysis & Synthesis进行综合；

成功

第四步：引脚分配
Assignments --> Pins Planner打开引脚分配页面进行分配；

双击引脚对应的Location，弹出引脚选择下拉列表

按照原理图上分配对应的引脚：
CLK   --> E1
LED0 --> E10
LED1 --> F9
LED2 --> C9
LED3 --> D9
I/O Standard 根据实际电路选择电平标准，这里选择3.3-V LVTTL;
同一个Bank的引脚的电平标准必须相同；

注意事项：
必须综合之后，才能进行引脚分配，否则系统并不知道你用了哪些引脚；

第五步：编译
双击Complile Design进行全编译；

或者点击

第六步：下载测试
通过JTAG下载至RAM
点击Program Device打开编译器；
点击Add File...添加output_files目录下生成的sof文件；
点击Start即可进行下载；
下载完成后会自动运行，掉电后会丢失；

固化至配置芯片
文件转换：
File --> Convert Programming Files...
Programming file type:
选择文件格式，指定为jic格式，JTAG Indirect Configuration File(.jic)
Configuration device:
选择配置芯片型号,与目标板上的型号一致（EPCS16)
Flash Loader：与目标板上FPGA的类别一致；
Sof Data：选择编译好的sof文件；
点击Generate生成jic目标文件；
（此时可选择Save Conversion Setup... 保本配置参数，以便下次调入）
下载固化：
点击Program Device打开编译器；
点击Add File...添加output_files目录下生成的jic文件；
点击Start即可进行下载；
下载完成后，不会自动运行，需要重上电才能正常运行；

注意事项：
一般只有在完成调试完成后，交付测试时才需要固化，而在调试过程中，则没必要进行固化下载；

2.4 Modelsim联合仿真

1）按照参考文献②，第一次用modelsim+quartus的时候需要在quartus中设置modelsim的路径，quartus->tools->options->general->EDA tool options ，在右边选择modelsim的安装路径\win32，如下图：

2）点击Quartus->Assignments->Settings

 

选择Simulation->Tool name选择ModelSim

先选择TestBenche None,点击OK

3）建立TestBench模板

我们可以通过Quartus自动生成一个Testbench的模板，选择Processing -> Start -> Start Test Bench Template Writer，等待完成后打开刚才生成的Testbench，默认是保存在simulation\modelsim文件夹下的.vt格式文件

Quartus打开文件，到“工程目录\simulation\modelsim"下找到.vt文件，打开，

按照参考文献⑤的语法规则编写Testbench，填写完成后内容如下

// Copyright (C) 1991-2013 Altera Corporation
// Your use of Altera Corporation's design tools, logic functions 
// and other software and tools, and its AMPP partner logic 
// functions, and any output files from any of the foregoing 
// (including device programming or simulation files), and any 
// associated documentation or information are expressly subject 
// to the terms and conditions of the Altera Program License 
// Subscription Agreement, Altera MegaCore Function License 
// Agreement, or other applicable license agreement, including, 
// without limitation, that your use is for the sole purpose of 
// programming logic devices manufactured by Altera and sold by 
// Altera or its authorized distributors.  Please refer to the 
// applicable agreement for further details.

// *****************************************************************************
// This file contains a Verilog test bench template that is freely editable to  
// suit user's needs .Comments are provided in each section to help the user    
// fill out necessary details.                                                  
// *****************************************************************************
// Generated on "10/27/2018 18:41:50"
                                                                                
// Verilog Test Bench template for design : demo
// 
// Simulation tool : ModelSim (Verilog)
// 

`timescale 1 ps/ 1 ps
module demo_vlg_tst();
// constants                                           
// general purpose registers
reg eachvec;
// test vector input registers
reg clk;
reg rst_n;
// wires                                               
wire [3:0]  led;
parameter PERIOD = 20;
// assign statements (if any)                          
demo i1 (
// port map - connection between master ports and signals/registers   
	.clk(clk),
	.led(led),
	.rst_n(rst_n)
);
initial                                                
begin                                                  
// code that executes only once                        
// insert code here --> begin                          
#0 clk   = 1'b0;
   rst_n = 1'b0;
#5 rst_n = 1'b1;                                                         
// --> end                                             
$display("Running testbench");                       
end                                                    
always  #(PERIOD/2)clk=~clk;                                                 
                                                  
endmodule

也就是对模板进行下面的修改，并保存

复制*_vlg_test 

4）回到Quartus->Assignments->Settings->Simulation

点击Test Benches-》New，Test bench name粘贴刚才复制的名字，Top level module in test bench自动填充雍阳的名字，勾选Use test bench to perform VHDL timing simulation,填写i1,File name选择"工程目录\simulation\modelsim"下的.vt文件，最后点击Add,OK关闭对话框，至此，设置完成！！下面开始仿真。

5）点击Tools -》Run Simulation tool-》RTL Simulation

漂亮的仿真界面出来啦~~~

FPGA开发环境 QuartusII+ModelSim SE配置完成！这个过程中可能会出现以下问题

①Error: Top-level design entity "simulate" is undefined

按照参考文献⑥，将模块名和.v文件名改为一致即可。