dmT第二讲Quartus-II开发的环境及嵌入式逻辑分析仪使用.ppt
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1、dmT第二讲Quartus-II开发的环境及嵌入式逻辑分析仪使用Quartus是是Altera公司的全公司的全功能,多平台的开发平台,功能,多平台的开发平台,同时也是一个综合性的同时也是一个综合性的SOPC开发环境。开发环境。Quartus包括了针对包括了针对CPLD和和FPGA开发过程中所有阶段的解决开发过程中所有阶段的解决方案。方案。如图所示是利用如图所示是利用Quartus进进行行CPLD/FPGA开发的基本开发的基本流程框图。从图中可以看出,流程框图。从图中可以看出,Quartus软件实现了从设计软件实现了从设计输入到输入到下载的所有功能。下载的所有功能。第二讲、第二讲、Quartus
2、 开发环境开发环境在设计输入阶段,在设计输入阶段,Quartus提提供了多种输入编辑器供了多种输入编辑器,支持硬支持硬件描述语言,图形描述的输件描述语言,图形描述的输入。同时还通过入。同时还通过MegaWizard提供参数化的模型库。提供参数化的模型库。综合阶段综合阶段,除了自身的综合除了自身的综合器器,Quartus还支持多种主流还支持多种主流的第三方的综合工具。这些的第三方的综合工具。这些综合工具可以无缝的衔接到综合工具可以无缝的衔接到Quartus的设计开发流程中。的设计开发流程中。布局布线主要由布局布线主要由Quartus的的Fitter等工具完成。等工具完成。Quartus软件同时也
3、支持增量软件同时也支持增量编译,编译,LogicLock。Quartus的主要工具的主要工具:2.1.Quartus 软件简介软件简介Quartus的主要工具的主要工具:Quartus的时序分析工具的时序分析工具提供设计实现中的各种时提供设计实现中的各种时序分析报告,用以对设计序分析报告,用以对设计做进一步的时序优化。做进一步的时序优化。Quartus也包含一个仿真也包含一个仿真器,并可以图形模式进行器,并可以图形模式进行波形仿真,用以实现设计波形仿真,用以实现设计逻辑的功能和时序仿真。逻辑的功能和时序仿真。Quartus软件的编程器不软件的编程器不仅具有汇编下载仅具有汇编下载功能,也功能,也
4、支持编程文件格式的转换,支持编程文件格式的转换,以支持目标系统不同的下以支持目标系统不同的下载方式。载方式。2.1.Quartus 软件简介软件简介如图是如图是Quartus软软件的开发件的开发设计流程设计流程图,图,Quartus支支持网表作持网表作为设计输为设计输入,同时入,同时也可输出也可输出网表文件网表文件到第三方到第三方工具进行工具进行分析和仿分析和仿真。真。电路输入电路输入编译综合编译综合仿真分析仿真分析编程下载编程下载EDA软件、计算机、编程器软件、计算机、编程器EDA软件、计算机软件、计算机开发流程开发流程开发流程开发流程电电路路输输入入编编译译综综合合仿仿真真分分析析编编程程
5、下下载载开发过程开发过程电电路路输输入入编编译译综综合合仿仿真真分分析析编编程程下下载载原理图方式原理图方式HDL方式方式原理图与原理图与HDL混合方式混合方式功能仿真功能仿真时序仿真时序仿真主动主动AS方式方式被动被动PS方式方式Altera综合工具综合工具第三方工具第三方工具 2.2.Quartus 软件主窗口软件主窗口2.2.Quartus 软件主窗口软件主窗口编辑器文档窗口编辑器文档窗口这是这是Quartus软件界面的主要部分,所有的输软件界面的主要部分,所有的输入设计文档入设计文档都在此窗口显示和编辑。都在此窗口显示和编辑。2.2.Quartus 软件主窗口软件主窗口Project
6、Navigator窗口窗口Project Navigator显示了当前工程的相关信息,并显示了当前工程的相关信息,并以图形的方式显示出工程的层次体系结构,显示以图形的方式显示出工程的层次体系结构,显示工程的文件,设计单元信息。同时也显示出工程工程的文件,设计单元信息。同时也显示出工程设计消耗的资源信息。设计消耗的资源信息。通过通过Project Navigator的的Files栏,可以在设计输入栏,可以在设计输入文件中快速的选择切换。文件中快速的选择切换。通过右键通过右键-Customize Columns可以定制可以定制Project Navigator的显示信息。的显示信息。2.2.Qua
7、rtus 软件主窗口软件主窗口Status窗口窗口Status窗口显示窗口显示Quartus软件在综合和编译过软件在综合和编译过程中的进度,并显示各项操作使用的时间。程中的进度,并显示各项操作使用的时间。2.2.Quartus 软件主窗口软件主窗口Message窗口和窗口和Tcl Console窗口窗口Message窗口显示窗口显示Quartus软件在处理过程中的软件在处理过程中的各种输出信息,比如综合过程的警告信息,以各种输出信息,比如综合过程的警告信息,以及输入文件的出错信息。在设计输入过程中,及输入文件的出错信息。在设计输入过程中,主要就通过主要就通过Message窗口的输出信息对设计输
8、入窗口的输出信息对设计输入进行修改。进行修改。Quartus软件也提供软件也提供Tcl控制台窗口,控制台窗口,quartus软软件的各项操作都可以通过件的各项操作都可以通过Tcl Console输入命令输入命令和用户编写和用户编写Tcl脚本来实现。脚本来实现。2.2.Quartus 软件主窗口软件主窗口 2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口第二章、第二章、Quartus 开发环境开发环境Setting窗口窗口2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口在菜单栏选择在菜单栏选择Assignments-Setting或者点击快或者点击快捷建捷建Ctl+Shift+E进入进入Se
9、tting窗口。窗口。和当前工程相关的所有设置信息都可以在这个和当前工程相关的所有设置信息都可以在这个窗口找到。包括设计项目文件管理,用户库设窗口找到。包括设计项目文件管理,用户库设置,器件选择和设置。置,器件选择和设置。EDA工具设置,综合设工具设置,综合设置,仿真设置,时序分析设置,优化设置等。置,仿真设置,时序分析设置,优化设置等。其中最基本的也就是其中最基本的也就是Device选项,包括选项,包括FPGA器器件的选择,不用的管脚设置等,这是任何一个件的选择,不用的管脚设置等,这是任何一个工程都必须做的配置。工程都必须做的配置。2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口Compi
10、ler Tool窗口窗口在菜单栏选择在菜单栏选择Tools-Compiler Tool即打开即打开Compiler Tool窗口。窗口。Quartus软件工具栏提供了对工程进行完全编译软件工具栏提供了对工程进行完全编译的按钮,通过的按钮,通过Compiler Tool窗口,可对设计中窗口,可对设计中的各个流程进行单独的操作并分别查看每一步的各个流程进行单独的操作并分别查看每一步的输出结果。的输出结果。2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口Simulator Tool窗口窗口 在菜单栏选择在菜单栏选择Tools-Simulator Tool即打开即打开Simulator Tool窗口
11、。窗口。当用户完成设计文件当用户完成设计文件的输入和全编译以后,的输入和全编译以后,在在Quartus中选择菜单中选择菜单栏栏-Processing-Generate Functional Simulation netlist生成生成仿真用的网表文件,再仿真用的网表文件,再新建新建vwf文件,并设置文件,并设置好输入端波形好输入端波形,即可进即可进入入Simulator Tool窗口进窗口进行波形仿真并查看输出行波形仿真并查看输出波形是否符合设计要求。波形是否符合设计要求。2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口向量波形文件编辑窗口向量波形文件编辑窗口波形仿真之前要新建向量波形文件并
12、设置好各输入端波形仿真之前要新建向量波形文件并设置好各输入端的波形。的波形。新建向量波形文件之后即进入编辑界面,在编辑界面新建向量波形文件之后即进入编辑界面,在编辑界面下,用户可以导入需要仿真的节点,并利用波形绘制下,用户可以导入需要仿真的节点,并利用波形绘制工具各输入端的波形。工具各输入端的波形。2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口MegaWizard 窗口窗口2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口在菜单栏选择在菜单栏选择Tools-MegaWizard Plug-in Manager即进入即进入MegaWizard窗口。窗口。Altera提供了一系列可以直接调用的
13、功能模块和组件,这一提供了一系列可以直接调用的功能模块和组件,这一集合称为集合称为MegaCore,这些模块和组件既有,这些模块和组件既有Altera的参数化的参数化模型库,也有第三方公司提供的模型库,也有第三方公司提供的IP Core。在。在Quartus中中,通通过过MegaWizard来调用来调用MegaCore中的各种模块和组件。中的各种模块和组件。在在MegaWizard窗口中列出了已有的模块和组件。主要包括:窗口中列出了已有的模块和组件。主要包括:Arithmetic:一些数学运算功能模块。:一些数学运算功能模块。Communication:几个通信功能模块。:几个通信功能模块。D
14、SP:数字信号处理常用到的:数字信号处理常用到的IP,例如数字滤波器和,例如数字滤波器和FFT。Interface:通用的接口:通用的接口IP,例如,例如PCI。另外还有以参数化模型库的形式实现的和另外还有以参数化模型库的形式实现的和Altera FPGA芯片芯片结构相关的各种存储和结构相关的各种存储和IO模块。模块。2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口Timing Analyzer Tool窗口窗口在菜单栏选择在菜单栏选择Tools-Timing Analyzer Tool即打开即打开Timing Analyzer Tool窗口。窗口。Timing Analyzer Tool对
15、综合后的工程做时序分析,对综合后的工程做时序分析,给出各项时序参数,并计算出现有设计运行的最高频给出各项时序参数,并计算出现有设计运行的最高频率,同时给出最差的时序情况,以便进一步的进行约率,同时给出最差的时序情况,以便进一步的进行约束和优化。束和优化。2.3.Quartus II 各功能窗口各功能窗口1.它们的使用不增加引脚。可通过它们的使用不增加引脚。可通过FPGA 上已有的专门上已有的专门JTAG引脚访问,即使没有其它可用引脚,这种调试引脚访问,即使没有其它可用引脚,这种调试方法也能得到内部可视能力。方法也能得到内部可视能力。2.简单的探测。探测包括把结点路由到内部逻辑分析仪简单的探测。
16、探测包括把结点路由到内部逻辑分析仪的输入,不需要担心为得到有效信息,应如何连接到的输入,不需要担心为得到有效信息,应如何连接到电路板上,也不存在信号完整性问题。电路板上,也不存在信号完整性问题。3.内核是便宜的。内核是便宜的。FPGA厂商把他们的业务模型建立于厂商把他们的业务模型建立于用芯片所获取价值的基础上,所以所用的调试用芯片所获取价值的基础上,所以所用的调试IP 通常通常能以低于能以低于$1,000美元的价格获得。美元的价格获得。注:内核包含触发电路,以及用于设置测量和内部注:内核包含触发电路,以及用于设置测量和内部RAM,以保存数据的资源。以保存数据的资源。内嵌式逻辑分析仪的使用内嵌式
17、逻辑分析仪的使用DDS设计设计 数字直接频率综合技术(Direct Digital Frequency Synthesis,简称DDS)的基本原理是利用Nyquist时域采样定理,在时域中进行频率合成,通过查表法产生波形,DDS的频率及步进容易控制,且合成的频率取决于累加器及查找表的速度。DDS设计设计 DDS的工作原理是以数控振荡器的方式产生频率、相位可控制的正弦波(本例加入三角波,方波)。电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度/相位转换电路、D/A转换器。频率累加器对输入信号进行累加运算,产生频率控制数据(frequency data或相位步进量)。相位累加器相位累加器波形信号
18、产生波形信号产生幅度控制幅度控制决定输出信决定输出信号的频率和号的频率和相位相位存储各种存储各种波形数据波形数据DDS结构图结构图DA输出控制输出控制步长输入及步长输入及频率控制频率控制波形控制波形控制输入输入幅度控制幅度控制输入输入DDS设计设计 DDS设计实验:1、能够产生正弦波、方波、三角波等三种波形。2、相位累加器步长可控,累加频率可控;3、输出信号幅度可控;4、可通过嵌入式逻辑分析仪观察波形;1.内核的尺寸限制了内核的尺寸限制了FPGA中逻辑资源的利用。此外中逻辑资源的利用。此外2.由于波形数据占用由于波形数据占用FPGA内部存储器,使信号采样内部存储器,使信号采样的数的数3.据量有
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