【笔记】Altera - Quartus II使用方法——工程创建、Modelsim破解/仿真、Verilog编写、举例（待续）

@ 代码 => 模块原理图

[1/2]Processing => Start => Start Analysis & Elaboration

[2/2] Tools => Netlist Viewers => RTL Viewers

[效果] 模块原理图

开发板 - EP4CE10

开发板综合测试

FPGA简介

• FPGA（Field Programmable Gate Array）现场可编程门阵列。
• 半定制电路
  ZYNQ：FPGA + ARM

FPGA & ARM

FPGA制造商

• Xilinx（赛灵思）：发明FPGA 50%
• Altera（阿尔特拉），现已被Intel收购 40%
• Lattice（莱迪思）
• Microsemi（美高森美）

FPGA优势

• 运行速度快
• 引脚多（数百上千），适合大规模系统设计
• 并行执行，效率高
• 包含大量IP核，方便开发
• 设计灵活

FPGA应用领域

• 通信领域
• 算法实现
• 嵌入式
• 5G无线、自动驾驶、人工智能、云计算

FPGA内部结构

• **可编程IO单元：**可编程IO、上下拉电阻、驱动电流大小
• **可编程逻辑单元：**查找表（LUT）、寄存器
• **底层嵌入式功能：**锁相环、DSP、。。。
• **块RAM：**存储器、RAM、ROM
• **布线资源：**影响驱动能力、传输速度
• 硬核：

FPGA开发流程

• 设计输入最重要。
  

Quartus II

• Quartus II 是Altera公司为FPGA/CPLD芯片设计的集成开发软件。
• 输入形式：原理图、VHDL、Verilog、HDL。
• 包含PFGA完整实际流程：设计输入、综合适配、仿真、下载。

开发流程

工程路径 =>打开软件 =>新建工程 =>设计输入 =>配置工程 =>分析综合 =>分配引脚 =>编译工程sof =>下载程序

0、工程路径

1、打开软件

2、新建工程

1/5 选择路径、工程名

2/5 添加已有的设计文件

3/5 芯片选型：EP4CE10

4/5 第三方工具，不使用

5/5 总结

3、设计输入

• 双击，可更改芯片型号
  

1、双击，无设计文件时：File => New => Verilog HDL File

2、编写设计文件

3、保存 设计文件

• 保存到rtl文件夹中;
• 文件名与module名一致。
  

4、配置工程

TAB 配置

双用引脚，改为GPIO功能：

5、分析与综合

• 启动：分析与综合
  
• 分析与综合结果
  

6、引脚分配（Pin Planner）

7、编译工程

• 开始编译
  
• 编译结果
  

8、下载程序

下载到SRAM，断电丢失

生成FLASH文件

下载FLASH文件，重新上电后运行FLASH

擦除FLASH

SignalTap II（信号窃听）

• SignalTap II全称SignalTap II Logic Analyzer
• 捕获和显示实时信号（类似示波器）
• FPGA片上调试软件
• 消耗FPGA逻辑资源和RAM资源

1、打开

2、添加信号

3、配置信号时钟（采样频率、采样个数）

4、连接下载器

5、编译工程

6、下载代码

7、查看信号

8、使用后关闭SignalTap II，节约资源

Modelsim仿真环境搭建——业界公认仿真最优秀

Modelsim简介

• Modelsim是Mentor公司的，业界最优秀的语言仿真工具；
• 支持Windows和Linux系统；
• 单一内核支持VHDL和Verilog混合仿真；
• 仿真速度快、代码与平台无关，便于保护IP核。

☑前仿真FPGA（功能仿真）

• 功能仿真。

• 验证电路是否符合设计功能。

• 不考虑电路门延迟、线延迟。

后仿真设计（时序仿真，布局布线后仿真）

• 综合考虑门延迟、线延迟。
• 反映电路实际情况。

Modelsim版本（功能最全的SE版）

• SE（System Edition，系统版本）：最高级版本
• PE（Personal Edition，个人版本）
• OEM（Original Equipment Manufacture，原始设备制造商）

Modelsim安装

Modelsim破解

联合仿真（自动仿真）

1、Quartus II关联ModelSim：

2、Quartus II选择ModelSim作为仿真软件：

3、生成Test Bench模板

4、打开生成的Test Bench文件

5、修改Test Bench激励文件，保存

6、修改顶层文件的延迟时间，保存

7、Quartus II配置仿真功能

8、开始仿真

8.1、功能仿真前仿真

显示进制：

时间测量： 0-10，计11个数。11*20ns = 220ns



修改代码，达到10个数，220ns.

8.2、门级仿真/时序仿真，需要先编译后仿真

选择内核：1.2V，85℃。直接点击“Run”

手动仿真前仿真（修改代码后不必重启ModelSim）

1、新建项目，添加设计文件，新建激励文件

2、编辑激励文件

// 延时：单位/精度
`timescale 1ns/1ns

module flow_led_tb;

reg		sys_clk;
reg		sys_rst_n;

wire		[3:0]  led;

initial begin
	sys_clk = 1'b0;
	sys_rst_n = 1'b0;
	#100
	sys_rst_n = 1'b1;
end

always #(T/2)	sys_clk = ~sys_clk;

flow_led u_flow_led(
	.sys_clk	(sys_clk),
	.sys_rst_n	(sys_rst_n),
	.led		(led)
);

endmodule
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3、代码检查

4、启动仿真

5、添加波形

6、观察波形（同上）

7、修改设计文件

也可以用命令进行重新仿真。

仿真波形运行5us:

手动仿真后仿真

1、Quartus II重新编译，生成编译后文件

2、拷贝文件

3、ModelSim添加、编译网表文件

4、开始仿真

5、添加到波形

6、观察波形，与时钟不对应，有延时

Verilog简介

1、什么是FPGA：可编程的集成电路

可编程逻辑器件：

• 早期集成电路逻辑功能 固定不变

• 允许用户修改内部集成电路，可编程逻辑器件（Programmable Logic Device）

  • PLD内部电路编程设置；
  • PLD编程数据可擦写。
    常用的可编程逻辑器件：

• CPLD：复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device）；基于“乘积项”的编程设置；

• FPGA：现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array）；基于“查找表”的CLB阵列；
  

2、什么是HDL：硬件描述语言

3、Verilog简介

FPGA设计语言：

• 原理图输入法：直观、易于理解；难移植，复杂；
• Verilog：占绝对主导地位；
  | Verilog | 硬件描述语言、编译下载到FPGA之后，生成电路、并行运行 |
  | :-----: | ------------------------------------------------------------ |
  | C | **软件编译语言、存储到存储器中的指令、串行执行 ** |

Verilog基础语法

1、基础知识

逻辑值:

数字进制格式:

标识符:

标识符推荐写法:

2、数据类型

寄存器reg: x

线网wire/tri: z

参数parameter

3、运算符

1、算术

2、关系

3、逻辑

4、条件

5、位

6、移位

7、位拼接

运算符优先级

Verilog程序框架

1、Verilog注释

// 注释内容
1

/*
	注释内容
*/
1
2
3

2、Verilog关键字

常用关键字：

所有关键字：

3、Verilog程序框架

4、模块调用

Verilog高级知识点

1、结构语句initial,always

2、赋值语句

3、条件语句initial,always

case:

有限状态机Finite State Machine

1、状态机概念

2、状态机模型

3、状态机设计（4段论）

4、状态机举例

输出寄存器作用：