dmT第二講Quartus II開發(fā)的環(huán)境及嵌入式邏輯分析儀使用

1、 3.1. Quartus 軟件簡介3.2. Quartus 軟件主窗口3.3. Quartus 各功能窗口3.4. 嵌入式邏輯分析儀使用 第二講、第二講、Quartus 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境Quartus是是Altera公司的全公司的全功能，多平臺的開發(fā)平臺，功能，多平臺的開發(fā)平臺，同時也是一個綜合性的同時也是一個綜合性的SOPC開發(fā)環(huán)境。開發(fā)環(huán)境。Quartus包括了針對包括了針對CPLD和和FPGA開發(fā)過程中所有階段的解決開發(fā)過程中所有階段的解決方案。方案。如圖所示是利用如圖所示是利用Quartus進進行行CPLD/FPGA開發(fā)的基本開發(fā)的基本流程框圖。從圖中可以看出，流程框圖。從圖中可以看

2、出，Quartus軟件實現了從設計軟件實現了從設計輸入到下載的所有功能。輸入到下載的所有功能。第二講、第二講、Quartus Quartus 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境在設計輸入階段，在設計輸入階段，Quartus提提供了多種輸入編輯器供了多種輸入編輯器,支持硬支持硬件描述語言，圖形描述的輸件描述語言，圖形描述的輸入。同時還通過入。同時還通過MegaWizard提供參數化的模型庫。提供參數化的模型庫。綜合階段綜合階段, 除了自身的綜合除了自身的綜合器器,Quartus還支持多種主流還支持多種主流的第三方的綜合工具。這些的第三方的綜合工具。這些綜合工具可以無縫的銜接到綜合工具可以無縫的銜接到Quartus

3、的設計開發(fā)流程中。的設計開發(fā)流程中。布局布線主要由布局布線主要由Quartus的的Fitter等工具完成。等工具完成。Quartus軟件同時也支持增量軟件同時也支持增量編譯，編譯，LogicLock 。Quartus的主要工具的主要工具:2.1. Quartus 軟件簡介軟件簡介Quartus的主要工具的主要工具:Quartus的時序分析工具的時序分析工具提供設計實現中的各種時提供設計實現中的各種時序分析報告，用以對設計序分析報告，用以對設計做進一步的時序優(yōu)化。做進一步的時序優(yōu)化。Quartus也包含一個仿真也包含一個仿真器，并可以圖形模式進行器，并可以圖形模式進行波形仿真，用以實現設計波形仿

4、真，用以實現設計邏輯的功能和時序仿真。邏輯的功能和時序仿真。Quartus軟件的編程器不軟件的編程器不僅具有匯編下載功能，也僅具有匯編下載功能，也支持編程文件格式的轉換，支持編程文件格式的轉換，以支持目標系統不同的下以支持目標系統不同的下載方式。載方式。2.1. Quartus 軟件簡介軟件簡介如圖是如圖是Quartus軟軟件的開發(fā)件的開發(fā)設計流程設計流程圖，圖，Quartus支支持網表作持網表作為設計輸為設計輸入，同時入，同時也可輸出也可輸出網表文件網表文件到第三方到第三方工具進行工具進行分析和仿分析和仿真。真。電路輸入電路輸入編譯綜合編譯綜合仿真分析仿真分析編程下載編程下載EDA軟件、計算

5、機、編程器軟件、計算機、編程器EDA軟件、計算機軟件、計算機開發(fā)流程開發(fā)流程開發(fā)流程開發(fā)流程電電路路輸輸入入編編譯譯綜綜合合仿仿真真分分析析編編程程下下載載開發(fā)過程開發(fā)過程電電路路輸輸入入編編譯譯綜綜合合仿仿真真分分析析編編程程下下載載原理圖方式原理圖方式HDL方式方式原理圖與原理圖與HDL混合方式混合方式功能仿真功能仿真時序仿真時序仿真主動主動AS方式方式被動被動PS方式方式Altera綜合工具綜合工具第三方工具第三方工具 2.2. Quartus 軟件主窗口2.2. Quartus 軟件主窗口軟件主窗口編輯器文檔窗口編輯器文檔窗口這是這是Quartus軟件界面的主要部分，所有的軟件界面的主

6、要部分，所有的輸入設計文檔都在此窗口顯示和編輯。輸入設計文檔都在此窗口顯示和編輯。2.2. Quartus 軟件主窗口軟件主窗口Project Navigator窗口窗口Project Navigator顯示了當前工程的相關信息，并顯示了當前工程的相關信息，并以圖形的方式顯示出工程的層次體系結構，顯示以圖形的方式顯示出工程的層次體系結構，顯示工程的文件，設計單元信息。同時也顯示出工程工程的文件，設計單元信息。同時也顯示出工程設計消耗的資源信息。設計消耗的資源信息。通過通過Project Navigator的的Files欄，可以在設計輸入欄，可以在設計輸入文件中快速的選擇切換。文件中快速的選擇切

7、換。通過右鍵通過右鍵-Customize Columns可以定制可以定制Project Navigator的顯示信息。的顯示信息。2.2. Quartus 軟件主窗口軟件主窗口Status窗口窗口Status窗口顯示窗口顯示Quartus軟件在綜合和編譯過軟件在綜合和編譯過程中的進度，并顯示各項操作使用的時間。程中的進度，并顯示各項操作使用的時間。2.2. Quartus 軟件主窗口軟件主窗口Message窗口和窗口和Tcl Console窗口窗口Message窗口顯示窗口顯示Quartus軟件在處理過程中的軟件在處理過程中的各種輸出信息，比如綜合過程的警告信息，以各種輸出信息，比如綜合過程的

8、警告信息，以及輸入文件的出錯信息。在設計輸入過程中，及輸入文件的出錯信息。在設計輸入過程中，主要就通過主要就通過Message窗口的輸出信息對設計輸入窗口的輸出信息對設計輸入進行修改。進行修改。Quartus軟件也提供軟件也提供Tcl控制臺窗口，控制臺窗口，quartus軟軟件的各項操作都可以通過件的各項操作都可以通過Tcl Console輸入命令輸入命令和用戶編寫和用戶編寫Tcl腳本來實現。腳本來實現。2.2. Quartus 軟件主窗口軟件主窗口 2.3. Quartus II 各功能窗口第二章、第二章、Quartus Quartus 開發(fā)環(huán)境開發(fā)環(huán)境Setting窗口窗口2.3. Qua

9、rtus II 各功能窗口各功能窗口在菜單欄選擇在菜單欄選擇Assignments-Setting或者點擊快或者點擊快捷建捷建Ctl+Shift+E進入進入Setting窗口。窗口。和當前工程相關的所有設置信息都可以在這個和當前工程相關的所有設置信息都可以在這個窗口找到。包括設計項目文件管理，用戶庫設窗口找到。包括設計項目文件管理，用戶庫設置，器件選擇和設置。置，器件選擇和設置。EDA工具設置，綜合設工具設置，綜合設置，仿真設置，時序分析設置，優(yōu)化設置等。置，仿真設置，時序分析設置，優(yōu)化設置等。其中最基本的也就是其中最基本的也就是Device選項，包括選項，包括FPGA器器件的選擇，不用的管腳

10、設置等，這是任何一個件的選擇，不用的管腳設置等，這是任何一個工程都必須做的配置。工程都必須做的配置。2.3. Quartus II 各功能窗口各功能窗口Compiler Tool窗口窗口在菜單欄選擇在菜單欄選擇Tools-Compiler Tool即打開即打開Compiler Tool窗口。窗口。Quartus軟件工具欄提供了對工程進行完全編譯軟件工具欄提供了對工程進行完全編譯的按鈕，通過的按鈕，通過Compiler Tool窗口，可對設計中窗口，可對設計中的各個流程進行單獨的操作并分別查看每一步的各個流程進行單獨的操作并分別查看每一步的輸出結果。的輸出結果。2.3. Quartus II 各

11、功能窗口各功能窗口Simulator Tool窗口窗口 在菜單欄選擇在菜單欄選擇Tools-Simulator Tool即打開即打開Simulator Tool窗口。窗口。 當用戶完成設計文件的輸當用戶完成設計文件的輸入和全編譯以后，在入和全編譯以后，在Quartus中選擇菜單欄中選擇菜單欄-Processing-Generate Functional Simulation netlist生成仿真用的網表文件，再生成仿真用的網表文件，再新建新建vwf文件，并設置好輸文件，并設置好輸入端波形入端波形, 即可進入即可進入Simulator Tool窗口進行波形窗口進行波形仿真并查看輸出波形是否符仿

12、真并查看輸出波形是否符合設計要求。合設計要求。2.3. Quartus II 各功能窗口各功能窗口向量波形文件編輯窗口向量波形文件編輯窗口波形仿真之前要新建向量波形文件并設置好各輸入端波形仿真之前要新建向量波形文件并設置好各輸入端的波形。的波形。新建向量波形文件之后即進入編輯界面，在編輯界面新建向量波形文件之后即進入編輯界面，在編輯界面下，用戶可以導入需要仿真的節(jié)點，并利用波形繪制下，用戶可以導入需要仿真的節(jié)點，并利用波形繪制工具各輸入端的波形。工具各輸入端的波形。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

13、窗口在菜單欄選擇在菜單欄選擇Tools-MegaWizard Plug-in Manager即進入即進入MegaWizard窗口。窗口。Altera提供了一系列可以直接調用的功能模塊和組件，這一提供了一系列可以直接調用的功能模塊和組件，這一集合稱為集合稱為MegaCore，這些模塊和組件既有，這些模塊和組件既有Altera的參數化的參數化模型庫，也有第三方公司提供的模型庫，也有第三方公司提供的IP Core。在。在Quartus中中,通通過過MegaWizard來調用來調用MegaCore中的各種模塊和組件。中的各種模塊和組件。在在MegaWizard窗口中列出了已有的模塊和組件。主要包括：窗

14、口中列出了已有的模塊和組件。主要包括：Arithmetic：一些數學運算功能模塊。：一些數學運算功能模塊。Communication：幾個通信功能模塊。：幾個通信功能模塊。DSP：數字信號處理常用到的：數字信號處理常用到的IP，例如數字濾波器和，例如數字濾波器和FFT 。Interface：通用的接口：通用的接口IP，例如，例如PCI。另外還有以參數化模型庫的形式實現的和另外還有以參數化模型庫的形式實現的和Altera FPGA芯片芯片結構相關的各種存儲和結構相關的各種存儲和IO模塊。模塊。2.3. Quartus II 各功能窗口各功能窗口Timing Analyzer Tool窗口窗口在菜

15、單欄選擇在菜單欄選擇Tools-Timing Analyzer Tool即打開即打開Timing Analyzer Tool窗口。窗口。Timing Analyzer Tool對綜合后的工程做時序分析，給對綜合后的工程做時序分析，給出各項時序參數，并計算出現有設計運行的最高頻率，出各項時序參數，并計算出現有設計運行的最高頻率，同時給出最差的時序情況，以便進一步的進行約束和同時給出最差的時序情況，以便進一步的進行約束和優(yōu)化。優(yōu)化。2.3. Quartus II 各功能窗口各功能窗口注：內核包含觸發(fā)電路，以及用于設置測量和內部注：內核包含觸發(fā)電路，以及用于設置測量和內部RAM，以保存數據的資源。以

16、保存數據的資源。內嵌式邏輯分析儀的使用內嵌式邏輯分析儀的使用DDS設計設計 數字直接頻率綜合技術(Direct Digital Frequency Synthesis，簡稱DDS)的基本原理是利用Nyquist時域采樣定理，在時域中進行頻率合成，通過查表法產生波形，DDS的頻率及步進容易控制，且合成的頻率取決于累加器及查找表的速度。DDS設計設計 DDS的工作原理是以數控振蕩器的方式產生頻率、相位可控制的正弦波本例加入三角波，方波）。電路一般包括基準時鐘、頻率累加器、相位累加器、幅度/相位轉換電路、D/A轉換器。頻率累加器對輸入信號進行累加運算，產生頻率控制數據frequency data或相

17、位步進量）。 相位累加器相位累加器波形信號產生波形信號產生幅度控制幅度控制決定輸出信決定輸出信號的頻率和號的頻率和相位相位存儲各種存儲各種波形數據波形數據DDS結構圖結構圖DA輸出控制輸出控制步長輸入及步長輸入及頻率控制頻率控制波形控制波形控制輸入輸入幅度控制幅度控制輸入輸入DDS設計設計 DDS設計實驗：1、能夠產生正弦波、方波、三角波等三種波形。2、 相位累加器步長可控，累加頻率可控；3、輸出信號幅度可控；4、可通過嵌入式邏輯分析儀觀察波形；六、六、 嵌入式邏輯分析儀嵌入式邏輯分析儀數據捕獲分為兩類：數據捕獲分為兩類： 異步捕獲獲取信號的時間信息。在這個異步捕獲獲取信號的時間信息。在這個模

18、模式中，邏輯分析儀內部時鐘用于數據取樣，式中，邏輯分析儀內部時鐘用于數據取樣，取取樣速度越快，測量分辨率越高。在目標設備樣速度越快，測量分辨率越高。在目標設備與與分析儀捕獲的數據之間分析儀捕獲的數據之間, 沒有固定的時間關沒有固定的時間關系。系。 當當SUT信號間的時間關系成為主要考慮信號間的時間關系成為主要考慮因素時，通常使用這種捕獲模式。因素時，通常使用這種捕獲模式。六、六、 嵌入式邏輯分析儀嵌入式邏輯分析儀注：注： SUT為待測系統為待測系統同步捕獲用于獲取同步捕獲用于獲取SUT“狀態(tài)狀態(tài)”。一個源自。一個源自SUT的信號確定了取樣點何時、間隔多久的信號確定了取樣點何時、間隔多久一一次）

19、。用于為捕獲確定時間的信號可以是系次）。用于為捕獲確定時間的信號可以是系統統時鐘、總線控制信號或一個引發(fā)時鐘、總線控制信號或一個引發(fā)SUT改變狀改變狀態(tài)態(tài)的信號。數據在活動邊緣取樣，代表邏輯信的信號。數據在活動邊緣取樣，代表邏輯信號號穩(wěn)定時穩(wěn)定時SUT所處的狀態(tài)。當且僅當所選信號所處的狀態(tài)。當且僅當所選信號有有效時，邏輯分析儀才能夠完成取樣操作。此效時，邏輯分析儀才能夠完成取樣操作。此時，不考慮兩個時鐘事件之間所發(fā)生的操作。時，不考慮兩個時鐘事件之間所發(fā)生的操作。六、六、 嵌入式邏輯分析儀嵌入式邏輯分析儀 SignalTap II 邏輯分析儀是第二代系統級調試工具，能夠獲取、顯示可編程片上系統

20、SOPC的實時信號，幫助工程師在其系統設計中觀察硬件和軟件的交互作用。 下圖是SignalTap II嵌入式邏輯分析儀的組成。SignalTap II嵌入式邏輯分析儀不需要對用戶設計文件進行任何的外部探測或者修改，就可以得到內部節(jié)點或者I/O引腳的狀態(tài)。3. 內嵌式邏輯分析儀的使用內嵌式邏輯分析儀的使用 每個器件上可由多個邏輯分析儀；每個器件上可由多個邏輯分析儀； 單個單個JTAGJTAG鏈上多個器件的邏輯分析儀；鏈上多個器件的邏輯分析儀； 每個分析儀具有每個分析儀具有1010個基本或高級觸發(fā)級別；個基本或高級觸發(fā)級別； 靈活的緩沖獲得模式捕獲周期事件；靈活的緩沖獲得模式捕獲周期事件； 分段緩

21、沖獲得模式；分段緩沖獲得模式； 每個器件上最多每個器件上最多1,0241,024個通道；個通道； 每個通道上最大每個通道上最大128K128K采樣；采樣； 時鐘支持超過時鐘支持超過200MHz200MHz； 助記和基數表；助記和基數表； 多總線顯示格式；多總線顯示格式； 多文件格式輸出數據。多文件格式輸出數據。 七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能每個器件上的多個邏輯分析儀每個器件上的多個邏輯分析儀SignalTap II邏輯分析儀在每個器件中支持邏輯分析儀邏輯分析儀在每個器件中支持邏輯分析儀IP函數的多個實例。此特性實現了器件中每個時鐘域上單獨且函數的多個實例。此特性實現了器

22、件中每個時鐘域上單獨且唯一的嵌入式邏輯分析儀功能。唯一的嵌入式邏輯分析儀功能。實例管理器對話框識別出設計中等待測試的所有驗證過的邏實例管理器對話框識別出設計中等待測試的所有驗證過的邏輯分析儀，他們可以用來捕獲并存儲數據。該對話框還可以輯分析儀，他們可以用來捕獲并存儲數據。該對話框還可以對用來生成每個分析儀的資源進行估算。對用來生成每個分析儀的資源進行估算。七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能1）七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能2）每個分析儀具有每個分析儀具有10個基本或高級觸發(fā)級別個基本或高級觸發(fā)級別基本觸發(fā)功能基本觸發(fā)功能使用基本觸發(fā)條件，可以對給定的信號

23、或者總線指使用基本觸發(fā)條件，可以對給定的信號或者總線指定數值，而不必關心其上升沿、下降沿，電平的高定數值，而不必關心其上升沿、下降沿，電平的高低或任何一個邊沿條件。低或任何一個邊沿條件。高級觸發(fā)功能高級觸發(fā)功能設計人員使用高級觸發(fā)功能提供的圖形界面，可以設計人員使用高級觸發(fā)功能提供的圖形界面，可以輕松的生成用戶定義的觸發(fā)邏輯，對總線狀態(tài)和單輕松的生成用戶定義的觸發(fā)邏輯，對總線狀態(tài)和單個信號進行比較；此功能實現了更高的精度以及問個信號進行比較；此功能實現了更高的精度以及問題解決能力。題解決能力。七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能3）靈活的緩沖獲得模式靈活的緩沖獲得模式 Sign

24、alTap II邏輯分析儀對環(huán)形緩沖模式支持邏輯分析儀對環(huán)形緩沖模式支持4個觸發(fā)位置；這樣，當觸發(fā)條件滿足后，用戶可以更個觸發(fā)位置；這樣，當觸發(fā)條件滿足后，用戶可以更多的控制應該捕獲并顯多的控制應該捕獲并顯 示什么樣的數據。示什么樣的數據。4個觸發(fā)位置為：個觸發(fā)位置為：前前“前觸發(fā)位置向軟件表明，在達到觸發(fā)條件前，前觸發(fā)位置向軟件表明，在達到觸發(fā)條件前，保存所發(fā)生采樣的保存所發(fā)生采樣的12,達到觸發(fā)條件后達到觸發(fā)條件后,再保存采樣的再保存采樣的88。 中中“中觸發(fā)位置向軟件表明，在達到觸發(fā)條件前，中觸發(fā)位置向軟件表明，在達到觸發(fā)條件前，保存所發(fā)生采樣的保存所發(fā)生采樣的50,達到觸發(fā)條件后達到觸

25、發(fā)條件后,再保存采樣的再保存采樣的50。 后后 “后觸發(fā)位置向軟件表明，在達到觸發(fā)條件前，后觸發(fā)位置向軟件表明，在達到觸發(fā)條件前，保存所發(fā)生采樣的保存所發(fā)生采樣的88,達到觸發(fā)條件后達到觸發(fā)條件后,再保存采樣的再保存采樣的12。 連續(xù)連續(xù)“連續(xù)觸發(fā)位置向軟件表明，以環(huán)形緩沖的連續(xù)觸發(fā)位置向軟件表明，以環(huán)形緩沖的方式進行連續(xù)采樣保存，直到用戶中斷為止。方式進行連續(xù)采樣保存，直到用戶中斷為止。七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能4）分段緩沖獲得模式捕獲周期事件分段緩沖獲得模式捕獲周期事件用戶使用此模式，可以將緩沖獲得存儲器進行用戶使用此模式，可以將緩沖獲得存儲器進行分段處理分段處理

26、, 這樣就可以多次捕獲同一個事件這樣就可以多次捕獲同一個事件, 而而不浪費儲存器資源。此功能特別適用于捕獲周不浪費儲存器資源。此功能特別適用于捕獲周期事件。期事件。7. SignalTap II 主要功能主要功能5）每個器件上最多每個器件上最多1,024個通道個通道一個專用設計中所能夠支持的通道數量，一個專用設計中所能夠支持的通道數量，很大程度上取決于可以使用的器件資源很大程度上取決于可以使用的器件資源如邏輯單元如邏輯單元LE和和RAM）。）。SignalTap II邏輯分析儀可以管理來自每邏輯分析儀可以管理來自每個器件上一個或多個邏輯分析儀宏函數的個器件上一個或多個邏輯分析儀宏函數的1,02

27、4個通道。個通道。每個通道上最大每個通道上最大128K的采樣深度的采樣深度可以儲存在可以儲存在Altera器件嵌入式儲存器中器件嵌入式儲存器中的采樣數量取決于器件中的剩余存儲器資的采樣數量取決于器件中的剩余存儲器資源，這些資源在設計測試中沒有使用。源，這些資源在設計測試中沒有使用。SignalTap II邏輯分析儀可以單獨支持每邏輯分析儀可以單獨支持每通道通道128K采樣。采樣。時鐘支持超過時鐘支持超過200MHz許多含有許多含有FPGA的復雜數字系統具有速率的復雜數字系統具有速率超過超過200MHz的時鐘。如果要支持超過的時鐘。如果要支持超過200MHz的時鐘頻率，設計人員可以以系的時鐘頻率

28、，設計人員可以以系統速率對數據進行采樣。統速率對數據進行采樣。七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能6）助記和基數表助記和基數表 當需要處理許多信號時，所捕獲的信號易讀、當需要處理許多信號時，所捕獲的信號易讀、易懂是非常重要的。易懂是非常重要的。SignalTap II軟件同時具軟件同時具有助記功能名稱同比特圖樣相聯系和可選有助記功能名稱同比特圖樣相聯系和可選擇基數表功能二進制、八進制、十六進制、擇基數表功能二進制、八進制、十六進制、無符號、符號以及二元補碼等）。助記功能可無符號、符號以及二元補碼等）。助記功能可以同數據波形視圖中的一組信號相關聯。助記以同數據波形視圖中的一組信號

29、相關聯。助記表可以根據信號組中比特的數量進行定義。如表可以根據信號組中比特的數量進行定義。如果相同比特長度定義了多個助記表，用戶可以果相同比特長度定義了多個助記表，用戶可以指定特定的信號組應采用哪個表。用戶可以從指定特定的信號組應采用哪個表。用戶可以從一個一個SignalTap II文件輸入助記表到另一個文文件輸入助記表到另一個文件中。件中。多總線顯示格式多總線顯示格式另一個使所捕獲的數據更加易懂的方式是以用另一個使所捕獲的數據更加易懂的方式是以用戶指定的格式識別和顯示總線。戶指定的格式識別和顯示總線。 SignalTap II嵌入式邏輯分析儀能夠以等價的十六進制，無嵌入式邏輯分析儀能夠以等價

30、的十六進制，無符號十進制，二元補碼形式的符號十進制，符符號十進制，二元補碼形式的符號十進制，符號大小表示法表示的符號十進制、八進制、二號大小表示法表示的符號十進制、八進制、二進制、進制、8比特比特ASCII等格式來顯示總線。用戶還等格式來顯示總線。用戶還可以選擇條形圖或者線性圖表示總線時間關系?？梢赃x擇條形圖或者線性圖表示總線時間關系。七、七、 SignalTap II 主要功能主要功能7）多文件格式輸出數據多文件格式輸出數據SignalTap II嵌入式邏輯分析儀可以嵌入式邏輯分析儀可以采用矢量波形采用矢量波形 (.vwf)、矢量表、矢量表(.tbl)、矢量文件矢量文件 (.vec)、逗號分割數據、逗號分割數據 (.csv)和和Verilog數值更改轉存數值更改轉存(.vcd) 文件格文件格式輸出所捕獲的數據。這些文件格式可式輸出所捕獲的數據。這些文件格式可以被第三方