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QUARTUSII介绍2


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Quartus II 开发系统介绍
Max+plus II 作为Altera的上一代PLD设计软件,由于其出色的易用性而得到了广泛

2.1 Quartus II 简介
的应用。目前Altera已经停止了对Max+plus II 的更新支持。Quartus II 是Altera公司继 Max+plus II之后开发

的一种针对其公司生产的系列CPLD/PGFA器件的综合性开发软 件,它的版本不断升级,从4.0版到10.0版,这里介绍的是Quartus II 8.0版,该软件有如 下几个显著的特点: 1、Quartus II 的优点 该软件界面友好, 使用便捷, 功能强大, 是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境, 是先进的EDA工具软件。该软件具有开放性、与结构无关、多平台、完全集成化、丰富 的设计库、模块化工具等特点,支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL(Altera Hardware Description Language)等多种设计输入形式,内嵌自有的综合器以及仿真器, 可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。 Quartus II 可以在 XP、Linux 以及 Unix 上使用,除了可以使用 Tcl 脚本完成设计流 程外,提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快,界面统一,功能集中, 易学易用等特点。 2、Quartus II 对器件的支持 Quartus II 支持 Altera 公司的 MAX 3000A 系列、 MAX 7000 系列、 MAX 9000 系列、 ACEX 1K 系列、APEX 20K 系列、APEX II 系列、FLEX 6000 系列、FLEX 10K 系列, 支持 MAX7000/MAX3000 等乘积项器件。 支持 MAX II CPLD 系列、 Cyclone 系列、 Cyclone II、Stratix II 系列、Stratix GX 系列等。支持 IP 核,包含了 LPM/MegaFunction 宏功能模 块库,用户可以充分利用成熟的模块,简化了设计的复杂性、加快了设计速度。此外, Quartus II 通过和 DSP Builder 工具与 Matlab/Simulink 相结合, 可以方便地实现各种 DSP 应用系统;支持 Altera 的片上可编程系统(SOPC)开发,集系统级设计、嵌入式软件 开发、可编程逻辑设计于一体,是一种综合性的开发平台。 3、Quartus II 对第三方 EDA 工具的支持 对第三方 EDA 工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第 三放 EDA 工具。 Altera 的 Quartus II 可编程逻辑软件属于第四代 PLD 开发平台。 该平台支持一个工 作组环境下的设计要求, 其中包括支持基于 Internet 的协作设计。 Quartus 平台与 Cadence、 ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys 和 Synplicity 等 EDA 供应商的开发工具相 兼容。改进了软件的 LogicLock 模块设计功能,增添 了 FastFit 编译选项,推进了网络 编辑性能,而且提升了调试能力。

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2.2 Quartus II 8.0 安装步骤
(1)双击运行 Quartus II 8.0 文件夹下的文件 Quartus II 8.0.exe,进入安装窗口如图 2.1 所示,请选择 Full/Custom/FLEXlm Server(或 BASELINE/E+MAX)选项开始进行 安装。

图 2.1

软件安装启动窗口

(2)进入 Web Edition Setup 窗口,点选 Next,如图 2.2 所示。

图2.2

安装向导启动窗口

(3)进入 Quartus II License Agreement 窗口,点选 I accept item of the licence agreenment,如图 2.3 所示,点选 Next。

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图2.3

授权许可协议窗口

(4)进入 Customer Information 窗口,输入名字及公司后,点选 Next,如图 2.4 所示。

图2.4

【Information】窗口

(5)进入 Choose Destination Location 窗口,点击 Browse 可以更改路径,改好路径 后,点选 Next,如图 2.5 所示。

图2.5

选择安装路径

(6)进入 Select Program Folder 窗口,点选 Next,如图 2.6 所示。

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图2.6

选择程序组

(7)进入 Setup Type 窗口,选择 complete,点选 Next,如图 2.7 所示。

图2.7

选择方式选择

(8)进入Star Copying Files窗口,点选Next,如图2.8所示

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图2.8

安装设置信息汇总

(9)进入安装窗口,这需要较长时间的等待,如图 2.9 所示。

(10)安装完毕后进入如下窗口,请点选 Yes,如图 2.10 所示。

(11)后会出现如下窗口,紧接着会出现如下窗口,此时安装已完成大部分,请单
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击完成,如图 2.11 所示。

(12)先将 sys_cpt.dll 拷贝至 X:\altera\80\quartus\bin\下;然后将获得的授权码 License.dat 文件拷贝到安装路径 X:\ altera\80\下, 用记事本打开 X:\altera\80\license.DAT, 将 HOSTID=xxxxxxxxxxxx 全部替换成当前电脑的网卡物理地址, 接下来从 Quartus II 8.0 桌面快捷方式进入程序,在弹出的对话框里会提示选择试用、获得授权码 License.dat, 然后选择第三个选项即(获得授权码 License.dat),点击 OK 即可。

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2.3 Quartus II 数字系统开发流程
用Quartus II软件进行数字系统开发的流程如图2.16所示,包括以下步骤。

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图2.16

Quartus II 设计开发流程

(1)设计输入:包括原理图输入、HDL 文本输入、EDIF 网表输入、波形输入等几 种方式。 (2)编译:先根据设计要求设定编译方式和编译策略,如器件的选择、逻辑综合 方式的选择等;然后根据设定的参数和策略对设计项目进行网表提取、逻辑综合、器件 适配,并产生报告文件、延时信息文件及编程文件,供分析、仿真和编程使用。 (3)仿真与定时分析:仿真和定时分析均属于设计校验,其作用是测试设计的逻 辑功能和延时特性。仿真包括功能仿真和时序仿真。定时分析器可通过三种不同的分析 模式分别对传播延时、时序逻辑性能和建立/保持时间进行分析。 (4)编程与验证:用得到的编程文件通过编程电缆配置 PLD,加入实际激励,进 行在线测试。 在设计过程中,如果出现错误,则需重新回到设计输入阶段,改正错误或调整电路 后重新测试。

2.4 Quartus II 工作环境介绍
启功Quartus II,进入如图2.17管理器窗口。

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菜单栏

工具按钮

工作区 层次结构显示

信息提示窗口

图 2.17 Quartus I I 管理器窗口

2.4.1 菜单栏
1) 【File】菜单 Quartus II 的【File】菜单除具有文件管理的功能外,还有许多其他选项,如图 2.19 所示。

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图 2.19

【File】子菜单

图 2.20

【New 】子菜单

(1) 【New】选项:新建工程或文件,其下还有子菜单,如图 2.20 所示。 ? 【New Quartus II Project】选项:新建工程。 ? 【Design File】选项:新建设计文件,常用的有:AHDL 文本文件、VHDL 文本 文件、Verilog HDL 文本文件、原理图文件等。 ? 【Vector Waveform Five】选项:矢量波形文件。 (2) 【Open】选项:打开一个文件。 (3) 【New Project Wizard】选项:创建新工程。点击后弹出对话框如图 所 示。单击对话框最上第一栏右侧的“?”按钮,找到文件夹已存盘的文件,再单击打开 按钮,既出现如图所示的设置情况。对话框中第一行表示工程所在的工作库文件夹,第 二行表示此项工程的工程名,第三行表示顶层文件的实体名,一般与工程名相同。

图 2.19

【New Project

Wizard】菜单窗口

(4) 【creat /update】选项:生成元件符号。可以将设计的电路封装成一个元件符号, 供以后在原理图编辑器下进行层次设计时调用。 2) 【View】菜单:进行全屏显示或对窗口进行切换,包括层次窗口、状态窗口、消 息窗口等。

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图 2.19 【View】菜单

3) 【Assignments】菜单 【Assignments】菜单如图 2.21 所示。 (1) 【Device】选项:为当前设计选择器件。 (2) 【Pin】选项:为当前层次树的一个或多个逻辑功能块分配芯片引脚或芯片内 的位置。 (3) 【Timing Ananlysis Setting】选项:为当前设计的 tpd、tco、tsu、fmax 等时间 参数设定时序要求。 (4) 【EDA tool setting】选项:EDA 设置工具。使用此工具可以对工程进行综合、 仿真、时序分析,等等。EDA 设置工具属于第三方工具。 (5) 【Setting】选项:设置控制。可以使用它对工程、文件、参数等进行修改,还 可以设置编译器、仿真器、时序分析、功耗分析等。 (6) 【assignment editor】选项:任务编辑器。 (7) 【pin planner】选项:可以使用它将所设计电路的 I/O 引脚合理的分配到已设 定器件的引脚上。

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图 2.21

【Assign】菜单

4) 【processing】菜单 【processing】菜单的功能是对所设计的电路进行编译和检查设计的正确性。 (1) 【Stop process】选项:停止编译设计项目。 (2) 【Start Compilation】选项:开始完全编译过程,这里包括分析与综合、适 配、装配文件、定时分析、网表文件提取等过程。 (3) 【analyze current file】选项:分析当前的设计文件,主要是对当前设计文 件的语法、语序进行检查。 (4) 【compilation report】选项:适配信息报告,通过它可以查看详细的适配信 息,包括设置和适配结果等。 (5) 【start simulation】选项:开始功能仿真。 (6) 【simulation report】选项:生成功能仿真报告。 (7) 【compiler tool】选项:它是一个编译工具,可以有选择对项目中的各个文 件进行分别编译。 (8) 【simulation tool】选项:对编译过电路进行功能仿真和时序仿真。 (9) 【classic timing analyzer tool】选项:classic 时序仿真工具。 (10) 【powerplay power analyzer tool】选项:PowerPlay 功耗分析工具。

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5) 【tools】菜单 【tools】菜单的功能是 (1) 【run EDA simulation tool】选项:运行 EDA 仿真工具,EDA 是第三方仿真工具。 (2) 【run EDA timing analyzer tool】选项:运行 EDA 时序分析工具,EDA 是第三方仿真工具。 (3) 【Programmer】选项:打开编程器窗口,以便对 Altera 的器件进行下载编程。

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2.4.2 工具栏
工具栏紧邻菜单栏下方,如图 2.23 所示,它其实是各菜单功能的快捷按钮组合区。

图 2.23

工具栏

各按钮的基本功能如下: ? :建立一个新的图形、文本、波形或是符号文件。 :打开一个文件,启动相应的编辑器。 ? :保存当前文件。 ? :打印当前文件或窗口内容。 ? :将选中的内容剪切到剪贴板。 ? :将选中的内容复制到剪贴板。 ? :粘贴剪贴板的内容到当前文件中。 ? :撤销上次的操作。 ? :单击此按钮后再单击窗口的任何部位,将显示相关帮助文档。 ? :打开层次显示窗口或将其带至前台。 ? :打开平面图编辑器或将其带至前台。 ? :打开编译器窗口或将其带至前台。 ? :打开仿真器窗口或将其带至前台。 ? :打开时序分析器窗口或将其带至前台。 ? :打开编程器窗口或将其带至前台。 ? :指定工程名。 ? :将工程名设置为和当前文件名一样。 ? :打开当前工程的顶层设计文件或将其带至前台。 ? :保存所有打开的编译器输入文件,并检查当前工程的语法和其他基本错误。 ? :保存工程内所有打开的设计文件,并启动编译器。 ? :保存工程内所有打开的仿真器输入文件,并启动仿真器。 ?

2.4.3 状态栏
状态栏位于 MAX+plusII 窗口的底部。当用鼠标指向菜单栏的命令或工具栏时,状 态栏显示其简短描述,起提示用户的作用。可以通过设置【Options】/【Preferences】 选项打开或关闭状态栏

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Quartus II 设计入门

2.5.1 原理图编辑方式
原理图是图形化的表示方式,使用元件符号和连线来描述所设计电路,符号通过信 号线连接在一起,构成电路原理图。符号取至器件库,Quartus II 提供了丰富的库单 元供设计者调用,在 mega_lpm 库里提供了多种特殊的逻辑宏功能(Macro-Function) 以及新型的参数化的兆功能(Mega-Function)模块,在 maxplus2 库里提供了几乎所有
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的 74 系列的器件,在 primitives 库里分别提供缓冲器(buffer) 、逻辑门(logic) 、 引脚(pin) 、存储单元(storage)和其他功能(other)五类模块。充分利用这些模块 进行设计,可以大大减轻设计者的工作量和成倍地缩短设计周期。 下面以一个简单比较器为例,说明原理图设计过程。 首先启动 Quartus II。 一.新建一个工程流程 利用 Quartus II 提供的新建工程指南建立一个工程项目。 1) 选择菜单命令 File|New Project Wizard ,点击 next 将弹出如图所示对话框,选择 项目存放目录、填写项目名称,注意项目顶层设计实体名称必须和项目名称保持一 致。可先在电脑中建立工程项目存放的目录如:E:\数字系统设计\原理图设计。

工程项目目录 项目名称

项目顶层设计实体名称



工程项目基本设置

2) 完成上述操作后,按 Next 按钮将会弹出加入文件对话框,如图所示。可以在 File 空白处选择添入已存在的设计文件加入到这个工程中,也可以使用 User Library Pathnames 按钮把用户自定义的库函数加入到工程中使用,完成后按 Next 按钮进入 下一步。

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图 加入文件对话框 3)如图所示是选择可编程逻辑器件对话框,选 Yes 为手动选择需要的器件,选 No 则由编译器自动选择。在此对话框可以进行选择选择器件的系列、器件的封装形式、引 脚数目和速式、引脚数目和速度级别约束可选器件的范围。

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图 选择器件对话框 4)如图询问是否选择其他 EDA 工具,一般不需要选择其他的 EDA 工具,因此直接 选择 NEXT。

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图 2.6 选择其他 EDA 工具 6)显示由新建工程指南建立的工程文件摘要,在界面顶部标题栏将显示工程名称 和存储路径,如图所示。

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图 2.7 二、编辑设计图形文件

新建工程摘要对话框

1.建立原理图文件:执行 File-New…命令 1)设计输入 (1)在菜单栏中选择【File】/【New】命令,弹出如图 2.24 对话框。

图 2.8 执行 File-New…命令

2.建立原理图文件 弹出新建文件对话框如图 2.9,然后选择 Block Diagram/Schematic File(流程图和
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原理图文件) 。之后就会出现编辑输入原理图的界面如图所示,随后保存项目。

图 2.9 新建文件对话框

编辑输入原理图界面 三.编辑输入原理图文件 1)元件的选择与放置 双击鼠标的左键,将弹出 Symbol 对话框,或单击鼠标右键,在弹出的选择对话框
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中选择 Insert-Symbol,也会弹出该对话框。如图

1)

插入元件只要符号名称输入所需要的原件的名称,同样的元件可以通过复 制和选择重新插入新元件得到,如图元件已放置完成。

2)连接各个元件符号 把鼠标移置一个元件引脚连接处, 单击鼠标左键, 移到要与之相连的元件的连接处, 松开鼠标即可连接两个要连的元件如图 2.24 所示

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3)设定各输入、输出引脚名 双击任意一个 input 元件,将会弹出图 2.25 所示的引脚属性编辑对话框,在对话 框里可以将引脚的名字更换。

如下图是已经编辑好的引脚。

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3.编译设计图形文件 执行 Processing/Start Compilation,如图 2.27 进行编译,编译结束后会出现错误 和警告提示。

单击 Timing Analyter/tpd 可以查看输出信号对输入信号延时时间报告

四.时序仿真设计文件
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1、新建用于仿真的波形文件 执行 File-New?命令,可建立和编辑的文件有三类:器件设计文件 Device Design Files、软件文件 Software Files 和其他文件 Other Files。在这里我们选择 Vector Waveform File(波形文件) 。

鼠标在该处双击右键, 出现下图对话框

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选择Node Finder?

左键单击List

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左键单击 》 可以选 择全部I/O, 或者单击 ≥有选择的选择I/O, 选完后单击OK。

2、设置仿真时间 下图是选择好 I/O 之后的波形图窗口。

3、在波形仿真之前要设置合理的结束时间和每个栅格的时间,如图执行 Edit-End Time?命令,设置合适的仿真结束时间,执行 Edit-Grid Size?命令,设置合适的栅格 时间。

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4、设置输入信号波形 先用鼠标左键单击并拖动鼠标选择要设置的区域,单击工具箱中按钮 Forcing High(1)则该区域变为高电平。

5、进行功能仿真 设置输入信号后保存文件, 文件名默认, 执行 Processing/Start simulation 命令, 进行仿真,如下图的波形仿真结果即是比较器的功能仿真结果。

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五、生成元件符号 执行 File-Create/Update-Create Symbol File for Current File 命令将本设计 电路封装成一个元件符号,供以后在原理图编辑器下进行层次设计时调用。生成的符号 存放在本工程目录下,文件名 zhanglaoshi,文件后缀名.bsf。

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Quartus II 器件编程 一、编程硬件与编程模式

MasterBlaster下载电缆 ByteBlasterMV下载电缆

Altera编程硬件

ByteBlasterⅡ下载电缆 USB-Blaste下载电缆 Altera编程单元APU

Programmer 具有四种编程模式:被动串行编程模式(PS Mode)、JTAG 编程模式-调试时使用、 主动编程模式 (AS Mode)--烧写到专用配置芯片中、插座内编 (In-Socket) 。 1、JTAG 编程下载模式 此方式的操作步骤主要分为 3 步: ? 选择 QuartusⅡ主窗口的 Tools 菜单下的 Programmer 命令或点击 图标, 进入器件编程和配置对话框。 如果此对话框中的 Hardware Setup 后为“No Hardware”, 则需要选择编程的硬件。 点击 Hardware Setup, 进入 Hardware Setup 对话框,如下图所示,在此添加硬件设备。 ? 配置编程硬件后, 选择下载模式, Mode 中指定的编程模式为 JTAG 模式; 在 ? 确定编程模式后,单击 添加相应的 counter.sof 编 程文件,选中 counter.sof 文件后的 Program/Configure 选项,然后点击 图标下载设计文件到器件中,Process 进度条中显示编程进度,编 程下载完成后就可以进行目标芯片的硬件验证了。

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编程下载对话框 2、 AS 主动串行编程模式 AS 主动串行编程式的 操作步骤如下: (1)选择 QuartusⅡ主窗口 Assignments 菜 Device 命令,进入 Settings 对话框 的 Device 页面进行设置,如下图。

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(2) 选择 QuartusⅡ主窗口的 Tools 菜单下的 Programmer 命令或点击图标 进入器件编程和配置对话框,添加硬件,选择编程模式为 Active Serial Program; (3)单击



添加相应的 counter.pof 编程文件,选中文件后 下

的 Program/Configure、 Verify 和 Blank Check 项, 单击图标

载设计文件到器件中,Process 进度条中显示编程进度。下载完成后程序固化在 EPCS 中,开发板上电后 EPCS 将自动完成对目标芯片的配置,无须再从计算机上下载程序。

基于宏功能模块的设计
QuartusⅡ软件为设计者提供了丰富的宏功能模块库,采用宏功能模块完成设计可 极大提高电路设计的效率和可靠性。QuartusⅡ软件自带的宏模块库主要有三个,分别 是 Megafunctions 库、 Maxplus2 库和 Primitives 库, 在这里重点介绍基于 Megafunctions 库的宏功能模块设计。 1、在 QuartusⅡ的图形编辑界面下,在空白

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