FPGA从入门到精通(实战篇)
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1.3 级联调试实战演练

尽管开发工具Quartus 和仿真工具ModelSim 都已安装完毕,但是这两个工具如何使用呢?下面小芯将通过一个简单的计数器工程介绍这两个工具的使用方式。

1.新建工程

img新建一个文件夹,并为新的文件夹重命名。在这里,小芯将文件夹命名为counter,如图1.14 所示。

img打开counter 文件夹,并在该文件夹中新建4 个子文件夹,分别为doc、prj、sim、src,如图1.15 所示。其中,doc 文件夹用于存放本次设计的设计文档及参考文件;prj 为工程文件夹,用于保存在Quartus 软件中新建工程时的工程文件;sim 用于保存测试文件;src 用于保存设计文件。

小芯温馨提示

良好的设计风格及代码风格会为设计工作加分!

img在准备工作完成后,打开Quartus 软件,如图1.16 所示。

img选择 “File→New Project Wizard”,弹出如图1.17 所示的对话框(用于创建一个新的工程)。

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图1.14

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图1.15

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图1.16

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图1.17

img单击Next 按钮,弹出如图1.18 所示的对话框。在选择工程所在路径,以及为工程命名后(建议:工程名称最好和文件夹名称一致),效果如图1.19 所示。

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图1.18

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图1.19

img单击Next 按钮,弹出如图1.20 所示的对话框。

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图1.20

img单击Next 按钮,弹出如图1.21 所示的对话框。

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图1.21

img在图1.21 中,可添加工程文件夹中已有的文件。因为目前该文件夹中还没有文件,所以可忽略这一步,直接单击Next 按钮,弹出如图1.22 所示的对话框。

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图1.22

img在图1.22 中,可以选择芯片的具体型号,小芯选择的芯片型号如图1.23 所示。

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图1.23

img单击Next 按钮,弹出如图1.24 所示的对话框。

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图1.24

img在图1.24 中可选择仿真工具和语言,效果如图1.25 所示。

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图1.25

img单击Next 按钮,将弹出工程设置报告,如图1.26 所示。

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图1.26

img单击Finish 按钮,完成工程的创建,效果如图1.27 所示。

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图1.27

2.新建文本编辑器

通过以上操作,即可创建一个新的工程。如果需要继续操作,如录入代码,则需要新建一个文本编辑器。新建一个文本编辑器的操作步骤如下。

img选择 “File→New”,弹出如图1.28 所示的对话框。

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图1.28

img选中Verilog HDL File 选项,单击OK 按钮即可新建一个文本编辑器,弹出如图1.29所示的界面。

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图1.29

img将新建的文本编辑器另存到指定的文件夹src 中:选择 “File→Save As”,弹出 “另存为” 对话框。将其保存到新建的src 文件夹中,单击 “保存” 按钮,如图1.30 所示。

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图1.30

3.编译代码

img在新建文本编辑器后,就可以录入代码了,如图1.31 所示。注意:小芯的目的只是教大家如何使用软件,所以在这里不再过多介绍代码的编写过程和方法。

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图1.31

img在代码编写完毕后,需要对其进行编译,以便检查是否存在语法错误。可通过按“Ctrl+L” 组合键和 “Ctrl+K” 组合键对代码进行编译。编译后的效果如图1.32 所示。

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图1.32

● 通过按 “Ctrl+L” 组合键可进行全编译:不但检查代码的语法,而且还会进行布局、布线,即将代码映射成具体的电路。如果需要将代码下载到开发板,则在下载之前必须进行一次全编译。全编译的时间相对较长。

● 通过按 “Ctrl+K” 组合键可进行普通编译:只检查语法错误,编译速度较快。在这里,小芯按 “Ctrl+K” 组合键进行普通编译。

img编译结束后,系统会告诉使用者片内资源的使用情况。在图1.32 中,可以发现最下面的报告栏中提示 “Quartus Prime EDA Netlist Writer was successful.0 errors,1 warning”,并且没有显示红色的错误报告,这就说明代码的语法正确。

4.使用仿真工具

即便在编译代码时可顺利通过,也只能说明代码的语法正确,那逻辑是否正确呢?可以实现想要的功能吗?这就不得而知了,毕竟软件并不知道代码编写者的最终目的。此时可借助ModelSim 进行仿真,通过波形查看代码的逻辑是否正确。那如何进行仿真呢?大家可以将仿真理解为平时测试电路板的过程:给待测单元输入一定的信号,观察它的输出及内部执行过程。使用仿真工具的步骤如下。

img在调用ModelSim 之前,需要编写一段测试代码,如图1.33 所示。

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图1.33

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图1.34

img在编写完测试代码后,需要对软件进行设置。右键单击工程名称counter,在弹出的快捷菜单中选择Settings 选项,弹出如图1.34 所示的界面,选中Compile test bench 单选按钮。

img单击Test Benches 按钮,弹出如图1.35 所示的界面。

img单击New 按钮,弹出New Test Bench Settings 对话框,输入测试文件名称counter_tb,如图1.36 所示。

img单击File name文本框右侧的 img按钮,弹出如图1.37所示的对话框,选中counter_tb.v文件,单击Open 按钮,返回New Test Bench Settings 对话框,如图1.38 所示。

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图1.35

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图1.36

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图1.37

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图1.38

img单击Add 按钮,将测试文件添加到下方的列表框中,如图1.39 所示。

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图1.39

img单击OK 按钮,弹出Test Benches 对话框,如图1.40 所示。

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图1.40

img单击OK 按钮,弹出如图1.41 所示的界面。

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图1.41

img先单击Apply 按钮,再单击OK 按钮,即可退出仿真设置对话框,返回到如图1.42所示的界面。

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图1.42

img选择“Tools→Run Simulation Tool→RTL Simulation”,弹出ModelSim 界面,如图1.43所示。

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图1.43

img通过单击Wave 按钮,将界面切换到Wave 选项卡,如图1.44 所示。

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图1.44

img按 “Ctrl+A” 组合键选中所有信号,单击键盘上的Delete 键,删除全部波形,效果如图 1.45 所示。

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图1.45

img切换到sim 选项卡,如图1.46 所示。右键单击inst 选项,在弹出的快捷菜单中选择Add Wave 选项,效果如图1.47 所示。

小芯温馨提示

通过这种方式,可以在波形中看到所有的输入/输出变量,以及内部变量。

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图1.46

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图1.47

img单击img按钮,如图1.48 所示。

img按 “Ctrl+G” 组合键实行自动分组,效果如图1.49 所示。

img右键单击信号名称,在弹出的快捷菜单中选择 “Radix→Unsigned” 选项,即选择无符号类型数据,改变信号的显示进制(大家也可以根据需要选择其他的显示进制),如图1.50 所示。

img切换到Transcript 选项卡,输入restart 指令,如图1.51 所示。

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图1.48

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图1.49

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图1.50

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图1.51

img按Enter 键进行确认,弹出如图1.52 所示的对话框。

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图1.52

img单击OK 按钮,弹出如图1.53 所示的界面。

img切换到Transcript 选项卡,输入指令 “do 1ms”(可以自定义执行时间),按Enter 键进行确认。切换到Wave 选项卡查看效果,如图1.54 所示。

img在查看波形时,通过单击img图标,不仅可以缩小或放大波形,而且还可以查看波形的任意位置,如图1.55 所示。

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图1.53

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图1.54

小芯温馨提示

通过以上操作步骤,即可完成Quartus 和ModelSim 的设计、调试过程,之后的学习都将以此操作为基础。建议大家一定要勤加练习,掌握好软件的基本用法。

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图1.55