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FPGA入门教程 ALTERA Quartus II 和 XILINX ISE CPLD入门教程 教案 VHDL Verilog 例程讲解

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FPGA_CPLD设计开发流程快速入门指南 ALTERA篇QuartusII 史上最全

FPGA_CPLD设计开发流程快速入门指南 ALTERA篇QuartusII 史上最全

对于本工程实例，设置好器件型号后，就可以直接选择【Finish】即可进入“第五节 逻 辑设计”即可，但如果您想了解其它页表项，可继续往下阅读。
（5）选择【Next >】后即可进入 EDA 工具设置页表项。QuartusII 支持很多第三方工具， 比如综合工具、仿真工具等等，第三工具通常在某一方面更为专业，特别 是仿真工具， QuartusII 已经不再提供仿真功能，只能用第三方仿真工具，如 Modelsim 来进行仿真。
在总结中显示了当前工程编译后所占用的资源情况，本工程占用 51 个宏单元，占用总 设计资源的 21%，使用了 2 个引脚（即 clk 与 clk_out），占用总引脚的 3%
九、逻辑下载
逻辑全编译后即可生成下载文件，对于 CPLD 开发平台，通常是.pof 文件，对于 FPGA 开发平台，还可以是.sof、.jic 等文件
完成后此时应如下图所示：
6
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
professional products right for you ( / )
六、逻辑综合
逻辑设计完毕后，可以初步对逻辑进行综合，以进行分析
（1）选择菜单【Processing】→【Start】→【Start Analysis & Synthesis】后，即可开始 进行逻辑设计的综合过程，完成后应如下图所示：
（2）菜单选择【Tools】→【Netlist Viewers】→【RTL Viewer】后即可出现 RTL（寄存器 传输级）图，通常，对于简单的逻辑错误，使用 RTL 可以看出来。本文要实现的是 26 位分 频器，下图表示，每到来一个时钟，即使用 Add0 加法器将当前 tmp 寄存器中的值累加 1， 再通过一个 clk_out~reg0 将最高位输出，这正好应证了我们的设计思路。

QuartusII软件操作教程

QuartusII软件操作教程

时单击next按钮，进入到最后的汇总窗口，单击finish返回
主界面。
Quartus II 软件操作
2. 使用电路图绘制工具产生设计输入
常用的设计输入方法包括使用电路图绘制工具 和使用VHDL代码。这里先说明使用电路图绘制工 具的输入方法。该工具称为模块编辑器(Block Editor)。
示例:对于逻辑函数
Quartus II 软件操作
第三步 对设计的电路进行仿真 Quartus II包含仿真工具，它 们用于仿真已设计电路的行为功能。 在电路仿真之前，必须先创建输入 波形文件。 1） 使用波形编辑器。 选择File/New命令，在弹出的对 话框中选择Vector Waveform File 选项，单击OK按钮。将文件 命名为example_schematic.vwf并保 存。
Quartus II 软件操作
一. 简介 Altera公司的Quartus II软件提供了可编程片上 系统（SOPC）设计的一个综合开发环境，是进 行SOPC设计的基础，Quartus II集成环境包括 1．系统级设计 2．嵌入式软件开发 3．可编程逻辑器件（PLD）设计 4．综合 5．布局和布线 6．验证和仿真
Quartus II 软件操作
使用Waveform Editing(波形编辑)工具，该工具位于竖 直工具栏内,其形状类似于分别指向左侧和右侧的箭头,也可 以改变输入波形。选择该工具的时候，如果原始波形对应的 值等于0，那么拖过后波形对应的值变为1，如果原始波形对 应的值等于1，那么拖过后波形对应的值变为0。
画出相应的电路图。
f x1 x2 x2 x3
Quartus II 软件操作
第一步 画电路图 在Quartus II 界面中，选择File/new命令，在弹出的窗 口中，选择Design Files中的Block Diagram/Schematic File选项并单击ok按钮。此操作打开了模块编辑器窗口。在 该窗口中画出电路图，可以产生设计中需要的模块图文件。 1）导入逻辑门符号。 双击模块编辑器的空白区域，或者选择Edit/insert symbol,或者在工具栏中单击与门符号，在左面的libraries 方框内，列出了Quartus II 提供的若干库。单击 c:\quartus\libraries旁边的“+”号，然后单击primitives 旁边的“+”号，最后单击logic旁边的“+”号，选中and2， 放置到模块编辑器窗口。用同样的方法再放置一个两输入与 门，一个非门，一个两输入或门。

21EDA-Altera-FPGA开发板使用入门

21EDA-Altera-FPGA开发板使用入门

在自己做这个实验的时候，需要确认自己的开发软件是否已经安装好了，确认自己的下载器是否已经可以使用了。

如果还不熟悉的，可以看看下面两个文件QuartusII 9.0破解全过程.pdf下载器的安装.pdf实验要求：PC电脑一台，配置越高越好。

开发软件：QuartusII9.0SP2开发板型号：A-C8V4实验结果：学习Altera公司的FPGA开发软件QuartusII入门使用。

首先打开QuartusII9.0SP2的开发软件。

你有三种方法可以打开。

第一：如下图，桌面上有快捷图标。

双击就可以了。

第二：如下图，在开始菜单里面可以找到。

第三：如下图，在开始菜单里面也可以找到。

如下图：打开QII软件了如下图：我们可以把这个关闭了。

如下图：新建一个工程File->New Project Wizrd….如下图：点击Next如下图：这里我们要设置工程路径，工程名和顶层名。

点第一排三个点点那里如下图：我们把工程路径放在J盘下面FPGA_TEST文件夹；J:\FPGA_TEST设置好了，点击Next如下图：直接点击Next如下图：这里我们需要对CPU进行设置，也就是设置成和我们开发板对应的芯片。

Family 要选择Cyclone II如下图：如下图：选择芯片的封装，PQFP如下图：如下图：选择芯片的管教数目，我们这里是208个脚如下图：如下图：选择速度等级，我们这里选择8如下图：如下图：选择我们最后设置好的芯片。

然后点击Next如下图：然后点击Next如下图：然后点击Finish如下图：如下图：然后点击Next如下图：点击File->New 新建一个我们用来编写程序的窗口。

如下图：如果你使用Verilog语言，就选择Verilog HDL File 然后点击OK如下图：如果你使用VHDL语言，就选择VHDL File 然后点击OK 我们这里用VHDL作为演示如下图：会在右边出现程序编写的空白窗口。

如下图：假设我们已经编写了程序A-C8V4-开发板资料A\A-C8V4开发板资料\A-C8V4开发板-整理的VHDL程序\ 15实验十五：LED流水灯A (用这个里面的程序)如下图：我们的程序编写了，要保存File -> Save如下图：如下图：保存了之后，就要编译，如下图：我们编译的时候出错了。

Quartus-Ⅱ8.1入门教程(一个Verilog程序的编译和功能仿真)

Quartus-Ⅱ8.1入门教程(一个Verilog程序的编译和功能仿真)

Quartus-Ⅱ8.1入门教程(一个Verilog程序的编译和功能仿真)Quartus Ⅱ8.1入门教程（一个Verilog 程序的编译和功能仿真）Quartus Ⅱ 是Altera 公司推出的专业EDA 工具，支持原理图输入、硬件描述语言的输入等多种输入方式。

硬件描述语言的输入方式是利用类似高级程序的设计方法来设计出数字系统。

接下来我们对这种智能的EDA 工具进行初步的学习。

使大家以后的数字系统设计更加容易上手。

快捷工具●快捷工具栏：提供设置（setting），编译（compile）等快捷方式，方便用户使用，用户也可以在菜单栏的下拉菜单找到相应的选项。

●菜单栏：软件所有功能的控制选项都可以在其下拉菜单中找到。

●信息栏：编译或者综合整个过程的详细信息显示窗口，包括编译通过信息和报错信息。

注意以下命名要一致。

第二步：新建工程（file>new Project Wizard）所建工程的1 工程名称：2第三步：添加文件（file>new> VHDL file），新建完成之后要先保存。

第四步：编写程序以实现一个与门和或门为例，Verilog描述源文件如下：module test(a,b,out1,out2);input a,b;Output out1,out2;assign out1=a&b; assign out2=a | b; endmodule然后保存源文件；第五步：检查语法（点击工具栏的这个按钮（start Analysis & synthesis ））点击确定完成语法检查第六步：（锁定引脚，点击工具栏的（pin planner ））(注：如果不下载到开发板上进行测试，引脚可以不用分配)双击location 为您的输入输出配置引脚。

第七步：整体编译（工具栏的按钮（startComplilation））各个端口顶层某块的第八步：功能仿真（直接利用quratus 进行功能仿真）1 将仿真类型设置为功能仿真（Assignments>setting>Simulator Settings>下拉>Function ）2 建立一个波形文件：（new>Vector Waveform File ）然后导入引脚（双击Name 下面空白区域>Node Finder>list>点击）：接下来设置激励信号（单击>选择>Timing>Multiplied by1）设置b 信号源的时候类同设置a 信号源，最后一步改为然后要先生成仿真需要的网表（工具栏processing>Generate Functional Simulation Netlist ）设置输入接下来开始仿真（仿真前要将波形文件保存，点击工具栏开始仿真）：观察波形，刚好符合我们的逻辑。

FPGA的基本工作原理 Xilinx和Altera对比

FPGA的基本工作原理 Xilinx和Altera对比

FPGA的基本工作原理Xilinx和Altera对比FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点。

由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASIC那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构。

查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于SRAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA 采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构。

通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置。

根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果。

所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能。

FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能。

查找表的原理与结构查找表（Look-Up-Table）简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。

目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的的RAM。

当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表（即结果）事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

下面给出一个四输入与非门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理。

表给出一个使用LUT实现四输入与门电路的真值表。

从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能。

实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模。

3.1.2查找表结构的FPGA逻辑实现原理我们还是以这个电路的为例：A，B，C，D由FPGA芯片的管脚输入后进入可编程连线，然后作为地址线连到到LUT，LUT中已经事先写入了所有可能的逻辑结果，通过地址查找到相应的数据然后输出，这样组合逻辑就实现了。

QuartusII使用入门及FPGA设计流程

QuartusII使用入门及FPGA设计流程

第3章Quartus II使用入门及FPGA设计流程Quartus II可编程逻辑开发软件是Altera公司为其FPGA/CPLD芯片设计推出的专用开发工具，是Altera公司最新一代功能更强的EDA开发软件，可完成从设计输入，综合适配，仿真到下载的整个设计过程。

Quartus II提供了一个完整的多平台开发环境，它包含FPGA和CPLD整个设计阶段的解决方案。

Quartus II集成环境包括以下内容：系统级设计，嵌入式软件开发，可编程逻辑器件设计、综合、布局和布线，验证和仿真。

Quartus II也可以直接调用Synplify Pro、ModelSim等第三方EDA 工具来完成设计任务的综合与仿真。

Quartus II与MATLAB和DSP Builder结合可以进行基于FPGA的DSP系统开发，方便快捷。

Quartus II还内嵌SOPC Builder，可实现SOPC系统的开发。

Quartus II 9.0主界面如图3.1示。

图 3.1 Quartus II 9.0界面3.1 Quartus II 基本设计流程Quartus II 设计的主要流程包括创建工程、设计输入、分析综合、编译、仿真验证、编程下载等，其一般流程如图 3.2所示。

下面以硬件描述语言输入法设计计数器为例，说明Quartus II 的设计流程。

3.1.1 创建工程使用Quartus II 设计电路被称作工程。

Quartus II 每次只进行一个工程，并将该工程的全部信息保存在同一个文件夹中。

开始一项新的电路设计，首先要创建一个文件夹，用以保存该工程的所有文件。

之后便可通过Quartus II 的文本编辑器编辑Verilog 源文件并存盘。

3.1.2 设计输入Quartus II 中包含原理图输入和硬件描述语言输入两种方法。

（1）原理图输入原理图输入的优点是，设计者不必具有诸如编译技术、硬件描述语言等新知识就能迅速入门，完成较大规模的电路系统的设计，且具有直观，易于理解的特点，适合于初学者使用。

QUARTUS II 使用入门

QUARTUS II 使用入门

2、 QUARTUS II系统安装
2.1 QUARTUS II安装
对于安装Quartus II 7.2版本的系统必须满足以下最低要求： 硬件：运行速度为866MHz或更快Pentium III 以上计算机，
系统内存容量大于256M。
操作系统：Microsoft Windows 2000或Microsoft Windows XP。
编译的启动方法：
选择Processing菜单的Start Compilation项即可启动全程编译
编译过程中，status窗口会显示出当前的编译的进度。
下方的process栏中会显示出编译信息，如果有出错信 息就会在其中显示。双击出错的条文，即会弹出对应的
VHDL文件。
如果编译成功，就会出现一个编译成功的信息窗口 。
3.5 应用RTL电路观察器
Quartus II支持网表文件对应的RTL电路的生成。方法如下： 选择菜单Tool中的Netlist viewers项，在出现的次级菜单中选 择RTLviewer,即可观察到设计文件对应的RTL电路结构
3.6 引脚分配
所谓引脚分配就是将设计项目的输入输出端口分配到目 标芯片的对应管脚。引脚的分配可以由分配编辑器实现，也
（3）将设计项目的端口信号选入波形编辑器。 选择菜单Edit中的Insert Node or Bus项，弹出Insert Node or Bus对话框 .
单击Node Finder按钮出现Node Finder对话框
在Node Finder对话框的Filter框中选择“Pins: all”，然后单 击List按钮，此时在下方的Nodes Found窗口出现设计项目 中的所有端口的名称。
Quartus II的许可文件的设定步骤如下： 选择菜单Tools/LicenseSetup，弹出图7.2 所示 “LicenseSetup”对话框。 单用户许可方式(single-user licenses)：在“License file”对话框，点击“…”按钮选择License.dat 文件即可。 最后单击OK，完成设定。文件所许可的AMPP and MegaCore functions会出现在“Licensed AMPP/MegaCore functions”窗口中。

【转】Xilinx和Altera的FPGA的对比

【转】Xilinx和Altera的FPGA的对比

【转】Xilinx和Altera的FPGA的对⽐Xilinx和Altera的FPGA的对⽐[原创⽂章，转载请注明出处tengjingshu]⽼板布置了⼀个任务：搞⼀个符合要求的DDS（直接数字频率合成），其中要求DDS存储波形的ROM地址要48位，天啊，这可是2的48次这么多个byte，FPGA有这么多空间吗？于是我就⽐较了⼀下Xilinx和Altera的FPGA逻辑资源。

（其实DDS中存储波形数据的ROM地址为没必要搞到48位，正弦波形间隔两位的数据差不了多少可以省了很多步长，加上其实只要存储1/4正弦波波形的数据既可，所以地址位可以减少到12位）。

要⽐较Xilinx和Altera的FPGA，就要清楚两个⼤⼚FPGA的结构，由于各⾃利益，两家的FPGA结构各不相同，参数也各不相同，但可以统⼀到LUT(Look-Up-Table)查找表上。

关于两家FPGA的结构，可以参考：1.2.我师姐⽤的是Altera的Cyclone II系列的EP2C35，我⽤的是Xilinx的Spartan-3E系列的XC3S500E。

可以参考Datasheet。

Cyclone IISpartan-3E其中Altera的LEs和Xilnx的CLB(Slice)【其中1 Slices="1" CLB】对应于LUT的结构。

Altera从LEs的结构可以知道 1 LEs = 1 LUTXilinx下图是1 Slice的结构，从Slice的结构可以看到1 Slice = 2 LUT =4 CLB从⽽可以知道Xilinx和Altera FPGA逻辑资源的对应关系：（为了统⼀度量衡（感觉像QSH⼀样），业界⼀般会归结到BLM（Basic Logic Module）1 BLM＝1 LUT4（四输⼊查找表）＋DFF（D触发器）1 BLM＝0.5 Slice(Xilinx)=1 LE(Altera)=2.25 Tile(Actel)于是就可以知道Altera的Cyclone II系列的EP2C35有33216个LUT，我⽤的是Xilinx的Spartan-3E系列的XC3S500E有9312个LUTL 呜呜……加上EP2C35还有4个PLL，我的XC3S500E就跟⽐不上了参考资料：1. Altera Cyclone II系列⼿册 2. Xilinx Spartan-3E系列⼿册 3. 【器件求助】XILINX FPGA 和 ALTERA FPGA在逻辑单元是怎么算的？ 4. PLD/FPGA 结构与原理初步5. xilinx和Altera的fpga對⽐？6. 做个⼩调查，Xilinx的Spartan-3和Altera的MAX II，哪个⽤的更多？ 7. Altera/Xilinx FPGA逻辑门计算 8. 【EDA技术】第⼆章 FPGA／CPLD的结构与应⽤（⼀）9. 【EDA技术】第⼆章 FPGA／CPLD的结构与应⽤（⼆）。

FPGA入门教程_ALTERA_Quartus_II__和_XILINX___ISE_CPLD入门教程_教案_VHDL_Verilog_例程讲解

FPGA入门教程_ALTERA_Quartus_II__和_XILINX___ISE_CPLD入门教程_教案_VHDL_Verilog_例程讲解
广州邦讯信息系统有限公司 FPGA培训教程
2011-8
FPGA介绍
何为FPGA?

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现 场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编 程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用 集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现 的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编 程器件门电路数有限的缺点
Verilog HDL 的抽象级别
语言本身提供了各种层次抽象的表述，可以用详细 程度有很大差别的的多层次模块组合来描述一个 电路系统。 行为级：技术指标和算法的Verilog描述 RTL关级：具体的晶体管物理器件的描述
Verilog HDL 的抽象级别
设计复杂数字系统的工具 和手段
两种硬件描述语言 ： Verilog VHDL
有哪几种硬件描述语言？ 各有什么特点？

Verilog HDL - 较多的第三方工具的支持 - 语法结构比VHDL简单 - 学习起来比VHDL容易 - 仿真工具比较好使 - 测试激励模块容易编写
Verilog HDL 的发展历史
两者建模能力的比较
行为级 的抽象
系统级
SystemVerilo g
算法级
VHDL Verilog
寄存器传输级
逻辑门级 VITAL
开关电路级
VerilogHDL 与 VHDL 建 模 能 力 的 比 较
Verilog HDL有什么用处？
在各种抽象层次上描述数字电路
测试各种层次数字电路的行为 设计出正确有效的复杂电路结构

数字信号处理系统的实现

非实时系统： 通用的计算机和利用通用计算机改装的设备，主要 工作量是编写 “C” 程序。输入/输出数据大多为文 本 。 实时系统： 信号处理专用的微处理器为核心的设备，主要工作 量是编写汇编程序。输入/输出数据大多为数据流， 直接用于控制 。

FPGA入门及Quartus II使用教程(内部资料)

FPGA入门及Quartus II使用教程(内部资料)

FPGA入门及Quartus II使用教程FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)等可编程器件的基础上上进一步发展的产物。

可以这样讲，ASIC(Application Specific Integrated Circuit )内部的所有资源，是用积木堆积起来的小房子，可以是一个欧美风情的房子，还可以是一个北京四合院…….而FPGA内部就可以说是一个个小积木，也就是内部有大量的资源提供给我们，根据我们的需求进行内部的设计。

并且可以通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

第一章FPGA的基本开发流程下面我们基于Altera 公司的QuantusII 软件来说明FPGA 的开发流程。

下图是一个典型的基于Quartus II的FPGA开发整体流程框图。

1、建立工程师每个开发过程的开始，Quartus II以工程为单位对设计过程进行管理。

2、建立顶层图。

可以这样理解，顶层图是一个容器，将整个工程的各个模块包容在里边，编译的时候就将这些模块整合在一起。

也可以理解为它是一个大元件，比如一个单片机，内部包含各个模块，编译的时候就是生成一个这样的大元件。

3、采用ALTERA公司提供的LPM功能模块。

Quartus软件环境包含了大量的常用功能模块，比如计数器、累加器、比较器等等。

4、自己建立模块。

由于有些设计中现有的模块功能不能满足具体设计的要求，那就只能自己设计。

使用硬件描述语言，当然也可以用原理图的输入方法，可以独立的把它们当成一个工程来设计，并且生成一个模块符号(Symbol)，类似于那些LPM功能模块。

这里可以理解为，如果我们需求的滤波器，没有现成的合适的，那我们可以通过LC自己来搭建一个滤波器。

5、将顶层图的各个功能模块连线起来。

Altera FPGA和 Xilinx-FPGA-引脚功能详解

Altera FPGA和 Xilinx-FPGA-引脚功能详解

ＸｉｌｉｎｘＦＰＧＡ引脚功能详细介绍注：技术交流用，希望对大家有所帮助。

IO_LXXY_# 用户IO引脚XX代表某个Bank内唯一的一对引脚，Y=[P|N]代表对上升沿还是下降沿敏感，#代表bank号2.IO_LXXY_ZZZ_# 多功能引脚ZZZ代表在用户IO的基本上添加一个或多个以下功能。

Dn：I/O（在readback期间），在selectMAP或者BPI模式下，D[15:0]配置为数据口。

在从SelectMAP读反馈期间，如果RDWR_B=1，则这些引脚变成输出口。

配置完成后，这些引脚又作为普通用户引脚。

D0_DIN_MISO_MISO1：I，在并口模式（SelectMAP/BPI）下，D0是数据的最低位，在Bit-serial模式下，DIN是信号数据的输入；在SPI模式下，MISO是主输入或者从输出；在SPI*2或者SPI*4模式下，MISO1是SPI总线的第二位。

D1_MISO2，D2_MISO3：I，在并口模式下，D1和D2是数据总线的低位；在SPI*4模式下，MISO2和MISO3是SPI总线的MSBs。

An：O，A[25:0]为BPI模式的地址位。

配置完成后，变为用户I/O 口。

AWAKE：O，电源保存挂起模式的状态输出引脚。

SUSPEND是一个专用引脚，AWAKE是一个多功能引脚。

除非SUSPEND模式被使能，AWAKE 被用作用户I/O。

MOSI_CSI_B_MISO0：I/O，在SPI模式下，主输出或者从输入；在SelectMAP模式下，CSI_B是一个低电平有效的片选信号；在SPI*2或者SPI*4的模式下，MISO0是SPI总线的第一位数据。

FCS_B：O，BPI flash 的片选信号。

FOE_B：O，BPI flash的输出使能信号FWE_B：O，BPI flash 的写使用信号LDC：O，BPI模式配置期间为低电平HDC：O，BPI模式配置期间为高电平CSO_B：O，在并口模式下，工具链片选信号。

FPGA入门及QuartusII使用教程(内部资料)

FPGA入门及QuartusII使用教程(内部资料)

FPGA入门及Quartus II使用教程FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)等可编程器件的基础上上进一步发展的产物。

可以这样讲，ASIC(内部的所有资源，是Application Specific Integrated Circuit )用积木堆积起来的小房子，可以是一个欧美风情的房子，还可以是一个北京四合院…….而FPGA内部就可以说是一个个小积木，也就是内部有大量的资源提供给我们，根据我们的需求进行内部的设计。

并且可以通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

第一章 FPGA的基本开发流程下面我们基于Altera 公司的QuantusII 软件来说明FPGA 的开发流程。

下图是一个典型的基于Quartus II的FPGA开发整体流程框图。

1、建立工程师每个开发过程的开始，Quartus II以工程为单位对设计过程进行管理。

2、建立顶层图。

可以这样理解，顶层图是一个容器，将整个工程的各个模块包容在里边，编译的时候就将这些模块整合在一起。

也可以理解为它是一个大元件，比如一个单片机，内部包含各个模块，编译的时候就是生成一个这样的大元件。

3、采用ALTERA公司提供的LPM功能模块。

Quartus软件环境包含了大量的常用功能模块，比如计数器、累加器、比较器等等。

4、自己建立模块。

由于有些设计中现有的模块功能不能满足具体设计的要求，那就只能自己设计。

使用硬件描述语言，当然也可以用原理图的输入方法，可以独立的把它们当成一个工程来设计，并且生成一个模块符号(Symbol)，类似于那些LPM功能模块。

这里可以理解为，如果我们需求的滤波器，没有现成的合适的，那我们可以通过LC自己来搭建一个滤波器。

5、将顶层图的各个功能模块连线起来。

简化Xilinx和AlteraFPGA调试过程

简化Xilinx和AlteraFPGA调试过程
用于硬件加速的仿真工具， 支持C/C和SystemC。
QuestaSim
Mentor Graphics公司的仿 真工具，支持多种硬件描述 语言和高级编程语言。
Байду номын сангаас REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
实际应用案例分析
Xilinx FPGA调试案例
案例描述：某通信系统使用Xilinx FPGA进行信号处理，但在实际应用
Verilog）转换为FPGA配置文件 的工具。
通过使用HST，开发人员可以避 免手动编写低级代码，从而提高
开发效率。
HST还提供了丰富的调试功能， 如仿真、时序分析等，帮助开发
人员快速定位和解决问题。
嵌入式逻辑分析仪
嵌入式逻辑分析仪是一种集成在 FPGA板上的高性能逻辑分析工
具。
它能够捕获FPGA上的信号，并 将其转换为易于分析的格式，如
SUMMAR Y
05
结论与展望
当前研究的局限性和未来研究方向
当前研究主要集中在FPGA设计过程中的调试技术，但实际应用中可能还需要考虑其 他因素，如硬件加速、功耗优化等。
未来研究可以进一步探索如何将调试技术与硬件优化技术相结合，以提高FPGA设计 的效率和性能。
针对不同领域的应用需求，研究具有针对性的调试方法和技术，以满足特定领域的 性能和功能要求。
中遇到性能瓶颈。
调试过程
使用ChipScope Pro工具捕获FPGA 内部信号，分析数据传输瓶颈。
优化HDL代码，提高逻辑运算效率。
调整时钟网络，减少时钟偏斜。
结果：性能提升30%，满足了实时信 号处理需求。
Altera FPGA调试案例

FPGA入门及QuartusII使用教程(内部资料)

FPGA入门及QuartusII使用教程(内部资料)

FPGA入门及Quartus II使用教程FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)等可编程器件的基础上上进一步发展的产物。

可以这样讲，ASIC(Application Specific Integrated Circuit )内部的所有资源，是用积木堆积起来的小房子，可以是一个欧美风情的房子，还可以是一个北京四合院…….而FPGA内部就可以说是一个个小积木，也就是内部有大量的资源提供给我们，根据我们的需求进行内部的设计。

并且可以通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

第一章FPGA的基本开发流程下面我们基于Altera 公司的QuantusII 软件来说明FPGA 的开发流程。

下图是一个典型的基于Quartus II的FPGA开发整体流程框图。

1、建立工程师每个开发过程的开始，Quartus II以工程为单位对设计过程进行管理。

2、建立顶层图。

可以这样理解，顶层图是一个容器，将整个工程的各个模块包容在里边，编译的时候就将这些模块整合在一起。

也可以理解为它是一个大元件，比如一个单片机，内部包含各个模块，编译的时候就是生成一个这样的大元件。

3、采用ALTERA公司提供的LPM功能模块。

Quartus软件环境包含了大量的常用功能模块，比如计数器、累加器、比较器等等。

4、自己建立模块。

由于有些设计中现有的模块功能不能满足具体设计的要求，那就只能自己设计。

使用硬件描述语言，当然也可以用原理图的输入方法，可以独立的把它们当成一个工程来设计，并且生成一个模块符号(Symbol)，类似于那些LPM功能模块。

这里可以理解为，如果我们需求的滤波器，没有现成的合适的，那我们可以通过LC自己来搭建一个滤波器。

5、将顶层图的各个功能模块连线起来。

1、Altera Quartus II 教程(基于Altera DE2板和原理图设计)

1、Altera Quartus II 教程(基于Altera DE2板和原理图设计)
不管是何种 FPGA，同一片 FPGA，如果使用不同的编程配置数据，就可以产生不同的电 路功能，因此其使用非常灵活。
目前，FPGA 的主要发展动向是：随着大规模 FPGA 器件的发展，系统设计进入“片上可 编程系统”（SOPC）的新纪元；芯片朝着高密度、低压、低功耗方向挺进；国际各大公司都 在积极扩充其 IP（知识产权）库，以优化的资源更好的满足用户的需求，扩大市场；特别是 引人注目的所谓 FPGA 动态可重构技术的开拓，将推动数字系统设计观念的巨大转变。
Altera Quartus II 入门教程
（基于Altera DE2 板和原理图设计）
广东工业大学自动化学院电子信息科学与技术系
1
徐迎晖
2009 秋
目录
一、FPGA 简介 ............................................................................................ 1 二、DE2 板及 Altera 公司产品简介........................................................... 4 三、Quartus II 使用基础 .............................................................................. 8
四、设计实例 ..................................................................................... 33
功能要求............................................................ 33 设计思路............................................................ 34 方案设计............................................................ 34 详细设计............................................................ 36 设计的实现 .......................................................... 37 评价与改进 .......................................................... 41

第4章 QuartusII使用入门

第4章 QuartusII使用入门

2.程序编辑
（1）执行File→New…菜单命令打开新建对话框， 新建一个VHDL File，保存。 （2）在新建的VHDL文档中进行设计输入。 （3）完成VHDL语言输入之后，执行 Processing→Analysis Current File命令，启动语法 检查。如果在Message窗口中出现Error，在修改后 再次执行分析，直至没有错误提示为止。
设计步骤
（1）使用New Project Wizard新建一个工程，工程文件夹、 工程名、顶层实体名均为deccount。 （2）打开工程，在Quartus II界面中执行菜单命令 File→New…新建一原理图文件。 （3）保存设计文件到工程目录，并命名为counter.bdf。 （4）在新建的原理图文件中的空白处双击，打开Symbol窗 口。点击左下方的【MegaWizard Plug-In Manager…】按钮 打开MegaFunction插入管理器窗口。 （5）选中Create a new custom megafunction variation，
3.分配引脚 （1）在分配引脚之前，必须首先对设计进行 分析及语法检查。在Quartus II主界面中执 行Processing→Start→Start Analysis & Elaboration命令，进行分析与语法检查，如 果发现错误，修改后再次执行检查，直至 没有错误为止。 （2）执行Assignments→Pins，进行引脚分配。
4.1.2 Quartus II的设计特点
渐进式编译缩短了设计周期； SOPC Builder系统级设计； MegaWizard插件管理器，迅速方便地集成多种知 识产权（IP）内核； 功耗分析工具，满足严格的功率要求； 存储器编译器功能，轻松使用嵌入式存储器。

AlteraFPGA和Xilinx-FPGA-引脚功能详解资料

AlteraFPGA和Xilinx-FPGA-引脚功能详解资料

ＸｉｌｉｎｘＦＰＧＡ引脚功能详细介绍注：技术交流用，希望对大家有所帮助。

IO_LXXY_# 用户IO引脚XX代表某个Bank内唯一的一对引脚，Y=[P|N]代表对上升沿还是下降沿敏感，#代表bank号2.IO_LXXY_ZZZ_# 多功能引脚ZZZ代表在用户IO的基本上添加一个或多个以下功能。

Dn：I/O（在readback期间），在selectMAP或者BPI模式下，D[15:0]配置为数据口。

在从SelectMAP读反馈期间，如果RDWR_B=1，则这些引脚变成输出口。

配置完成后，这些引脚又作为普通用户引脚。

D0_DIN_MISO_MISO1：I，在并口模式（SelectMAP/BPI）下，D0是数据的最低位，在Bit-serial模式下，DIN是信号数据的输入；在SPI模式下，MISO是主输入或者从输出；在SPI*2或者SPI*4模式下，MISO1是SPI总线的第二位。

D1_MISO2，D2_MISO3：I，在并口模式下，D1和D2是数据总线的低位；在SPI*4模式下，MISO2和MISO3是SPI总线的MSBs。

An：O，A[25:0]为BPI模式的地址位。

配置完成后，变为用户I/O 口。

AWAKE：O，电源保存挂起模式的状态输出引脚。

SUSPEND是一个专用引脚，AWAKE是一个多功能引脚。

除非SUSPEND模式被使能，AWAKE 被用作用户I/O。

MOSI_CSI_B_MISO0：I/O，在SPI模式下，主输出或者从输入；在SelectMAP模式下，CSI_B是一个低电平有效的片选信号；在SPI*2或者SPI*4的模式下，MISO0是SPI总线的第一位数据。

FCS_B：O，BPI flash 的片选信号。

FOE_B：O，BPI flash的输出使能信号FWE_B：O，BPI flash 的写使用信号LDC：O，BPI模式配置期间为低电平HDC：O，BPI模式配置期间为高电平CSO_B：O，在并口模式下，工具链片选信号。

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Verilog HDL 公开发表 Verilog IEEE1364-2001
1990
标准公开发表
2001
模拟 和 数 字都 适 用 的 Verilog 标准公开发表
1989
CADENCE 公司 购买 Verilog 版权 VerilogIEEE1364-1995 标准公开发表 Verilog-XL
1999

行为级：有关行为和技术指标模块，容易理解； RTL级 ：有关逻辑执行步骤的模块，较难理解； 门级 ：有关逻辑部件互相连接的模块。很难理解； 开关级：有关物理形状和布局参数的模块，非常难理 解。 注解：理解是指对模块整体功能的理解
抽象级别和综合与仿真的关系
行为仿真：行为的验证和验证模块分割的合理性； 前仿真 ：即 RTL级仿真，检查有关模块逻辑执行 步骤是否正确。 逻辑综合：把RTL级模块或符合综合风格的行为模 块转换成门级 。 后仿真：用门级模型做验证，检查由门的互连构成的 逻辑其功能是否正确。 布局布线： 在门级模型的基础上加上了布线延时 布局布线后仿真：与真实的电路最接近的验证。
电路实现的两个方向： FPGA 专用集成电路
实时数字信号处理系统实现中存在 的技术难点和解决办法
用于信号处理的 FPGA 和专用集成 电路（ASIC）设计的方法： Verilog HDL 建模、仿真、综合和 全面验证。
为什么要研究复杂的数字 逻辑系统？
什么是复杂的数字逻辑系统？


数字信号处理系统的实现

非实时系统： 通用的计算机和利用通用计算机改装的设备，主要 工作量是编写 “C” 程序。输入/输出数据大多为文 本 。 实时系统： 信号处理专用的微处理器为核心的设备，主要工作 量是编写汇编程序。输入/输出数据大多为数据流， 直接用于控制 。

实时数字信号 处理系统实现中存在的技术难点
设计数字系统的基本方法
传统的：线路图 现代的：硬件描述语言
怎样设计如此复杂的系统？

传统的设计方法： - 查用器件手册；
- 选用合适的微处理器和电路芯片；
- 设计面包板和线路板；
- 调试；
- 定型； - 设计复杂的系统（几十万门以上）极其困难。
怎样设计如此复杂的系统？

现代的设计方法： - 选用合适的 EDA仿真工具； - 选用合适电路图输入和HDL编辑工具； - 逐个编写可综合HDL模块； - 逐个编写HDL测试模块； - 逐个做Verilog HDL 电路逻辑访真； - 编写Verilog HDL总测试模块； - 做系统电路逻辑总仿真；
FPGA的用途

可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能， 上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实 现。 FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过 传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个 数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确 性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA/CPLD的在线修 改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。 使用FPGA 来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积 ，提高系统的可靠性。 FPGA还可以做数字IC设计的前端 验证，用这种方式可以很大程度上降低IC设计的成本。 FPGA的这些优点使得FPGA技术在90年代以后得到飞速的 发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL ）的进步。
没问题
优 化 、布 局 布 线
布 线 后 门 级 仿 真
有问题
没问题
电路制造工艺文件 或 FPGA码流文件
为什么要用硬件描述语言来设计？



电路的逻辑功能容易理解； 便于计算机对逻辑进行分析处理； 把逻辑设计与具体电路的实现分成两个独立 的阶段来操作； 逻辑设计与实现的工艺无关； 逻辑设计的资源积累可以重复利用； 可以由多人共同更好更快地设计非常复杂 的逻辑电路（几十万门以上的逻辑系统）。
FPGA工作原理

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一 个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线 （Interconnect）三个部分。 现场可编程门阵列（FPGA）是可 编程器件。与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD 器件）相比，FPGA具有不同的结构，FPGA利用小型查找表 （16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触 发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O， 由此构成了即可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能 的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接 或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单 元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定 了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联 接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能, FPGA允许无 限次的编程
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复杂数字系统与信号处理 的关系
-- 接口逻辑 + 专门设计的高速计算逻辑
数字信号处理、计算、程序 算法和硬线逻辑的基本概念



数字信号处理 计算（Computing） 算法和数据结构 编程语言和程序 体系结构 硬线逻辑
数字信号处理的基本概念

现代电子系统设备中广泛使用了数字信号处理 专 用集成电路。 用于数字信号传输中所必需的滤波、变换、加密、 解密、编码、解码、纠检错、压缩、解压缩等操作。 处理工作从本质上说都是数学运算。 完全可以用计算机或微处理器来完成处理工作。
1)
2)
算法问题。 电路实现问题： 如果由最快的信号处理专用的微处理器为核心的 设备也来不及处理如此大量的数据怎么办呢？
实时数字信号处理系统实现中存在的技 术难点和解决办法
1)
2)
算法问题:研究并行快速算法。 电路实现问题：设计并研制具有并行结 构的数字和计算逻辑结构和相应的接 口逻辑。
实时数字信号处理系统实现中存在 的技术难点和解决办法
设计复杂数字系统的工具 和手段
两种硬件描述语言 ： Verilog VHDL
有哪几种硬件描述语言？ 各有什么特点？

Verilog HDL - 较多的第三方工具的支持 - 语法结构比VHDL简单 - 学习起来比VHDL容易 - 仿真工具比较好使 - 测试激励模块容易编写
Verilog HDL 的发展历史
Verilog HDL 的抽象级别
语言本身提供了各种层次抽象的表述，可以用详细 程度有很大差别的的多层次模块组合来描述一个 电路系统。 行为级：技术指标和算法的Verilog描述 RTL级：逻辑功能的Verilog描述 门级 ：逻辑结构的Verilog描述 开关级：具体的晶体管物理器件的描述
Verilog HDL 的抽象级别
两者建模能力的比较
行为级 的抽象
系统级
SystemVerilo g
算法级
VHDL Verilog
寄存器传输级
逻辑门级 VITAL
开关电路级
VerilogHDL 与 VHDL 建 模 能 力 的 比 较
Verilog HDL有什么用处？
在各种抽象层次上描述数字电路
测试各种层次数字电路的行为 设计出正确有效的复杂电路结构
Verilog HDL 的应用方面




ASIC 和FPGA设计师可用它来编写可综合的代码 。 描述系统的结构，做高层次的仿真。 验证工程师编写各种层次的测试模块对具体电路 设计工程师所设计的模块进行全面细致的验证。 库模型的设计：可以用于描述ASIC 和FPGA的基 本单元（Cell）部件，也可以描述复杂的宏单元（ Macro Cell）。
计算（Computing）的基本概念
“Computing 这门学问研究怎样系统地有步骤地描述 和转换信息，实质上它是一门覆盖了多个知识和技 术范畴的学问，其中包括了计算的理论、分析、设计 、效率和应用。它提出的最基本的问题是什么样的工 作能自动完成，什么样的不能。”（摘自Denning et al., “Computing as a Discipline,” Communication of ACM, January,1989）。
模块B
模块C
模块A1
模块A2
模块A3
模块B1
模块B2
模块C1
模块C2
模块C3
用EDA设计数字系统的流程
电 路 图 设 计 文 件 HDL 设 计 文 件
有问题
电路功能仿真
HDL功能仿真Leabharlann 有问题没问题 没问题
与 实 现 逻 辑 的 物 理 器 件 有 关 的 工 艺 技 术 文 件 HDL综合 确定实现电路 的具体库名
1995
1980’s
诞生
有关 VerilogHDL 的全部权利都移交给
1990
OVI（Open Verilog International)
图 2-2 Verilog HDL 的发展历史和未来
有哪几种硬件描述语言？ 各有什么特点？

VHDL - 比VerilogHDL早几年成为I EEE标准； - 语法/结构比较严格，因而编写出的 模块风格比较清晰； - 比较适合由较多的设计人员合作完成 的特大型项目（一百万门以上）。
FPGA主要生产厂商



1、 Xilinx 2、 Altera 3、Actel 4、Lattice 5、atmel
xilinx和altera的区别



从好用来说,肯定是Xilinx的好用,不过Altera的便宜他们 的特点，Xilinx的短线资源非常丰富，这样在实现的时 候，布线的成功率很高，尤其是逻辑做得比较满的时候 Altera的FPGA的短线资源经常不够用，经常要占用LE 来充当布线资源（这也是为什么Altera的FPGA可以便 宜的原因，资源少些当然便宜），但是如果你是高手，也 能把他的性能发挥得很好。 另外就是关于块RAM，Xilinx的双口RAM是真的,altera 的没有双口RAM，如果你要实现真正的双口RAM，只 能用两块RAM来背靠背地实现，这样你的RAM资源就 少了一半，如果你的应用对片内双口RAM的需求很重 要，用Altera的就划不来。