Vivado软件的使用

目录

1 新建工程

1.1 Flow Navigator

1.2 数据窗口区域

1.3 Properties 窗口

1.4 工作空间（Workspace）

1.5 结果窗口区域

1.6 主工具栏

1.7 主菜单

1.8 窗口布局（Layout）选择器

2 设计输入

修改字体大小

3 分析与综合

4 约束输入

5 设计实现

6 下载比特流

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1 新建工程

        双击Vivado 2018.3

        点击“Create Project”

1 Vivado 软件启动界面

2 新建工程向导

3 输入工程名称和路径

4 工程类型的选择

5 添加源文件的界面​​​​​​

6 添加约束文件

7 ZYNQ-7010 核心板芯片型号

8 工程概览（Summary）页面

        工程创建完成后，就进入了 Vivado 的工程主界面，如下图所示：

Vivado 工程主界面

        下面介绍 Vivado 工程主界面中的几个主要子窗口：

1.1 Flow Navigator

        Flow Navigator 提供对命令和工具的访问，其包含从设计输入到生成比特流的整个过程。 在点击了相应的命令时，整个 Vivado 工程主界面的各个子窗口可能会作出相应的更改。

1.2 数据窗口区域

        默认情况下，Vivado IDE 的这个区域显示的是设计源文件和数据相关的信息。

        • Sources 窗口：显示层次结构（ Hierarchy ）、 IP 源文件（ IP Sources ）、库（ Libraries ）和编译顺序（Compile Order ）的视图。

        • Netlist 窗口：提供分析后的（ elaborated ）或综合后的（ synthesized ）逻辑设计的分层视图。

1.3 Properties 窗口

        显示有关所选逻辑对象或器件资源的特性信息。

1.4 工作空间（Workspace）

        工作区显示了具有图形界面的窗口和需要更多屏幕空间的窗口，包 括：

        • Project Summary 。提供了当前工程的摘要信息，它在运行设计命令时动态地更新。

        • 用于显示和编辑基于文本的文件和报告的 Text Editor 。

        • 原理图（Schematic ）窗口。

        • 器件（Device ）窗口。

        • 封装（Package ）窗口。

1.5 结果窗口区域

        在 Vivado IDE 中所运行的命令的状态和结果，显示在结果窗口区域中，这是一 组子窗口的集合。在运行命令、生成消息、创建日志文件和报告文件时，相关信息将显示在此区域。默认情况下，此区域包括以下窗口：

        • Tcl Console ：允许您输入 Tcl 命令，并查看以前的命令和输出的历史记录。

        • Messages ：显示当前设计的所有消息，按进程和严重性分类，包括“ Error ”、“ Critical Warning”、“Warning ”等等

        • Log ：显示由综合、实现和仿真 run 创建的日志文件。

        • Reports ：提供对整个设计流程中的活动 run 所生成的报告的快速访问。

        • Designs Runs ：管理当前工程的 runs 。

1.6 主工具栏

        主工具栏提供了对 Vivado IDE 中最常用命令的单击访问。

1.7 主菜单

        主菜单栏提供对 Vivado IDE 命令的访问。

1.8 窗口布局（Layout）选择器

        Vivado IDE 提供预定义的窗口布局，以方便设计过程中的各种任 务。布局选择器使您能够轻松地更改窗口布局。或者，可以使用菜单栏中的“Layout” 菜单来更改窗口布局。

2 设计输入

        创建工程顶层文件:点击“ Sources ”窗口中的“ + ”号

1 添加源文件按钮

        选择添加设计源文件（注意，Vivado 不支持使用原理图的方式来输入设计），然后点击“Next ”按钮:

2 选择添加设计源文件

         在弹出的页面中添加或者创建一个文件。如果事先有编写好的代码，可以点击“Add Files”按 钮来添加文件；如果没有，则点击“Create File”创建一个新的设计文件:

3 点击创建源文件

4 输入源文件名称

5 添加的源文件

        接下来会弹出一个定义模块的页面，用于设置源文件的模块名称和端口列表，Vivado 会根据在此窗口中的设置，自动地在 HDL 源文件中写入相应的 verilog 语句。我们会手动输入代码，所以这里不作任何设置，直接点击“OK”按钮即可:

6 定义顶层模块名和模块端口

7 模块定义确认页面

        这时工程主界面的“Sources”窗口中就出现了我们刚刚创建的源文件:

8 源文件创建完毕

        我们双击打开“my_test”文件，删除文件中默认的代码，然后替换成 LED 灯闪烁代码:

module led_twinkle(
    input sys_clk , //系统时钟
    input sys_rst_n, //系统复位，低电平有效

    output [1:0] led //LED 灯
);

//reg define
reg [25:0] cnt ;

//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************

//对计数器的值进行判断，以输出 LED 的状态
assign led = (cnt < 26'd2500_0000) ? 2'b01 : 2'b10 ;

//计数器在 0~5000_000 之间进行计数
always @ (posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if(!sys_rst_n)
        cnt <= 26'd0;
    else if(cnt < 26'd5000_0000)
        cnt <= cnt + 1'b1;
    else
        cnt <= 26'd0;
end

endmodule

        代码编写完成后，软件中显示的界面如下图所示。

9 Verilog 文件编写完成界面

修改字体大小

        依次点击“Settings ”→“ Text Editor” →“ Fonts and Colors ”，在窗口中的“ Size ”选项中来修改字体大小。

修改代码的字体大小

        单击工作空间中的保存按钮或者按下键盘的“Ctrl+S ”，来保存编辑完成后的代码.

3 分析与综合

        点击“Flow Navigator ”窗口中的 “Open Elaborated Design ”按钮：

        此时，Vivado 会编译 RTL 源文件并进行全面的语法检查，并在 Messages 窗口中给出相应的“ Error ” 和“Warning ”。如果出现“ Error ”，则分析失败，用户必须修改设计文件，并重新编译源文件来取消 “Error ”。如果出现“ Warning ”，用户也可逐一查看，以确定哪些是设计缺陷，哪些是可以忽略的。打开分析后（Elaborated）的设计， Vivado 会生成顶层原理图视图，并在默认 view layout 中显示设计，如下图所示：

打开的 Elaborated Design

        可以看到，此时窗口布局已经发生了变化，新增了 Schematic （原理图）、 Netlist （网表）等窗口。此时，底部的 Messages 窗口会显示分析阶段产生的消息，如下图所示：

Messages 窗口中的消息

        可以看出，我们 LED 闪烁实验的代码并没有产生警告或者错误。

         此时，我们也可以进行 I/O 引脚分配，在右上角的窗口布局（Layout）选择器中选择“I/O Planing”：

点击“I/O Planing”Layout

I/O Planing 窗口布局

        在下方的“I/O Ports”窗口中，就可以进行 IO 的分配了。这里我们暂时不分配，先对设计进行综合， 综合之后再统一输入时序约束和 IO 引脚的物理约束。

        关闭分析后的界面：

关闭分析后的设计

点击“Run Synthesis”按钮，来对代码进行综合

Launch Runs 窗口，点击OK

        可在“Design Runs”窗口中查看到正在综合。

        综合完成后，弹出如下窗口：

综合完成

         关闭该窗口。接下来进行约束的输入。

4 约束输入

        首先创建一个约束文件。点击“Sources”窗口中的“+”号，在弹出的窗口选择“Add or create constraints”，点击“NEXT”按钮，如下图所示：

1 添加约束文件

        在接下来的界面中点击“Create File”创建一个新的约束文件，如下图所示：

2 创建一个新的约束文件

3 输入约束文件的名称

         接下来点击“Finish”按钮，完成约束文件的创建：

4 完成约束文件的创建

         这时我们就可以在“Sources”窗口中看到添加的这个约束文件了，如下图所示：

5 添加完成的约束文件

         Vivado 的约束文件是以“.xdc”为后缀的文本文件，其中存储的是一条条的 xdc 约束命令。

        双击打开 led_twinkle.xdc 文件，开始对工程进行约束。约束一般分为两种，一种是 IO 管脚的约束，另外一种是对时序进行约束。我们先来看下 IO 管脚的约束，约束语句如下：

#IO 管脚约束

set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]

set_property -dict {PACKAGE_PIN N16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]

set_property -dict {PACKAGE_PIN H15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}]

set_property -dict {PACKAGE_PIN L15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]

        第一行以“# ”号开头，表示这是一条注释语句，每一条注释也单独占用一行。第二行是有效的约束命令，每一个约束命令单独占用一行，命令的结尾不需要像 verilog 代码一样，添加分号“

;”结束符号。命令的 第一个关键字代表 该命令的名称， 其后的所有字段都是该命令的参数列表。 IO 管脚约束是对端口的引脚位置和电平标准进行约束，例如第二行命令是对系统时钟的管脚进行约束，“set_property”是 命令的名称；“PACKAGE_PIN U18”是 引脚位置参数，代表引脚位置是 U18；“[get_ports sys_clk]”代表该约束所要附加的对象是 sys_clk 引脚；“IOSTANDARD LVCMOS33”代表该引脚所使用的电平标准是LVCMOS33。

        IO 管脚约束比较好理解，就是我们的程序所驱动的 IO 和 ZYNQ 芯片的 IO 对应起来。而时序约束 （Timing Constraints ）用来描述设计人员对时序的要求，比如时钟频率，输入输出的延时等，以满足设计的时序要求。约束语句如下：

#时钟周期约束

create_clock -name clk -period 20 [get_ports sys_clk ]

        “create_clock ”是该命令的名称，它会创建一个时钟；其后的“-name clk”、“-period 20”、“[get_ports sys_clk ] ”都是该命令的各个参数，分别表示所创建时钟的名称是“ clk ”、时钟周期是 20ns 、时钟源是 sys_clk 端口，一般只对输入的时钟做周期的约束。

        对时钟的约束最简单的理解就是，设计者需要告诉 EDA 工具设计中所使用的时钟的频率是多少；然后工具才能按照所要求的时钟频率去优化布局布线，使设计能够在要求的时钟频率下正常工作。本次实验sys_clk 的时钟频率为 50MHz，周期为 20ns，在做约束时可以等于这个值或者略低于这个值，不建议周期设置的太小，否则软件在布局布线时很难满足这个要求。

        其实对于比较简单的设计，可以不对工程做时序约束，即使不进行时序约束，也不影响最终的功能。而当设计变得复杂起来，或者输入的时钟频率比较高的时候，如果不添加时序约束，那么就有可能在验证设计结果的时候出现一些意料之外的情况。由于本次实验较为简单，这里只对工程对 IO 管脚约束，不进行时序约束，led_twinkle.xdc 文件输入 IO 管脚约束语句后，点击“保存”的图标或者按下键盘的 “Ctrl+S”进行保存。输入 IO 管脚约束语句后如下图所示：

输入 IO 管脚约束语句

        点击 Text Editor 中的保存按钮后，就完成了约束的输入。

5 设计实现

        约束输入完毕之后，就可以开始实现设计了。

1 点击“Run Implementation”按钮

2 开始实现

 

3 实现完成

6 下载比特流

1 Generate Bitstream

 

2 开始生成比特流

         比特流生成完毕之后，Vivado 会弹出提示窗口，我们点击取消关闭该窗口：

3 比特流生成完毕

 

4 Open Hardware Manager

5 Auto Connect

 

6 Program Device

 

7 下载比特流