FPGA开发入门教程

Altera FPGA开发入门教程目录目录第一章 Altera FPGA 开发流程概述 (1)1.1 你需要准备的 (1)1.2 Altera FPGA 基本开发流程 (1)第二章 QuartusII 软件安装教程 (4)第三章 完成第一个FPGA设计 (20)3.1 启动和建立QuartusII工程 (20)3.2 编辑我们的设计文件 (27)3.3 综合、布局布线 (30)3.4 引脚约束 (34)3.5 再次综合、布局布线 (37)第四章 配置FPGA (38)4.1 JTAG配置 (38)4.2 JIC烧写 (42)第一章Altera FPGA 开发流程概述本章介绍Altera FPGA的最基本最简单的开发流程，目的在于让您更直观了解FPGA开发设计过程，最快上手FPGA开发，最快找到感觉：-）1.1你需要准备的●兴趣无需多言，兴趣是最好的老师！●基本电路知识学习FPGA最好能懂一些模拟电路和数字电路的基础知识，比如知道什么是高电平、低电平、逻辑门、触发器、电阻电容、发光二极管等。

只需基本概念即可，不要求你是专家。

当然，如果你有单片机之类的开发经验，那会更好！●Verilog语言是的，我们用Verilog进行FPGA设计。

因为近年来，Verilog的使用率已经远远超过VHDL。

你不需要太精通Verilog的语法，但是你需要用硬件的思维来学习和使用Verilog。

在接下来的FPGA学习中，我们会反复强调这一点，以便带给你更深的体会。

●硬件平台纸上得来终觉浅。

一块优秀而又易用的入门级FPGA开发板，会祝您一臂之力！1.2A ltera FPGA 基本开发流程图1- 1展示了Altera FPGA的基本开发流程。

12图1- 1 Altera FPGA 基本开发流程这个流程可能是你看过类似教程中最简单的流程。

是的，为了让学者能直观了解FPGA 设计流程、快速入门，我们简化了一些东西，但它已经基本完整了。

图1- 1分为左右两个虚线框，其中左侧虚线框内的步骤是必须步骤，右侧虚线框内的步骤是可选步骤。

需要特别说明的是，“可选步骤”并非“不重要步骤”，相反，它很重要，至于为什么重要，你将在以后的章节中逐步了解。

通常，我们对任何事物的理解都是从框架开始的，然后再逐步细分、深入。

对于FPGA 设计，我们也先从认识它的大概框架（基本设计步骤）开始，然后再详细介绍这些步骤。

下面简要介绍必须步骤的概念。

（1）创建工程创建工程的目的是告诉工具软件（对于Altera家的工具软件，指QuartusII软件）一些基本的信息，比如你打算使用的FPGA型号等。

此外，工程文件将帮你管理一系列与该工程有关的文件和设置（或约束）。

（2）设计输入这个步骤其实就是“编程序”。

当然，用“设计”这个词会更确切——因为完成的程序里包含了个人的设计思维，不是照本宣科，你是在“设计”电路，FPGA里的电路。

设计要用到的语言就是Verilog语言了。

（3）综合、布局布线没错，我把两个步骤合在一起了。

因为这两个步骤是QuartusII软件帮我们完成的，一般不需要我们做什么。

综合、布局布线后会生成“报告”，里面一般会有Warnings 和Errors。

这些报告信息会辅助你修改你设计中的bug。

（4）配置“配置”这个词也许你听着觉得有点别扭，那就换个说法，叫做“下载”或者“烧程序”吧。

可是在FPGA中，“配置”还是一个比较复杂的活。

这个会在第四章里做详细介绍。

上面介绍的这些只是最基本的步骤（大概框架），让你对FPGA的设计流程有个基本认识，有了这些概念，就可以开始FPGA设计了。

下一章将教你如何安装QuartusII软件。

34第二章 QuartusII 软件安装教程本章以QuartusII 12.0为例，手把手教你如何安装和激活QuartusII 软件。

安装QuartusII 12.0，需要以下三个软件包（如图2- 1所示）：图2- 1 QuartusII 12.0 必备安装包三个软件包可以到以下百度网盘下载：链接:/share/link?shareid=468601&uk=1362133752密码:h69f这三个软件包分别为“主程序”、“器件库”和“激活工具”。

整个安装步骤也分成三大部分，分别为“主程序安装”、“器件库安装”和“激活”。

下面分别介绍这三个部分的具体操作。

2.1 主程序安装首先双击“主程序”文件，显示如图2- 2。

图2- 2安装文件需要解包到一个临时文件夹，请选择一个临时文件夹，并且保证有足够的空间（至少5G吧）解包完成后，自动打开正式的安装程序（如图2- 3所示）：56图2- 3一路点击“Next ”，直到出现如下界面。

此时，要求选择Quartus 的安装路径（图2- 4）：7图2- 4这里可以选择安装到d 盘、e 盘等，但是不建议更改默认路径，尤其是要保证路径中没有空格、中文字符，因为QuartusII 不识别这些字符作为路径。

指定完路径后，点击Next ，状态如图2- 5。

8图2- 5选择安装内容。

在QuartusII 12.0版本中，简化了安装内容的选项。

NiosII 工具和QuartusII 工具捆绑在一起安装。

如果不安装64位的版本，则直接点击Next ，安装程序开始解压复制文件。

完成后，显示如下对话框（图2- 6）：9图2- 6点击OK 即可，安装程序会询问是否需要删除临时文件夹（图2- 7）：图2- 7为了节省空间，可以选择Yes 来删除临时文件夹。

接着显示安装完成（图2- 8）：10图2- 8桌面上出现两个图标，分别为QuartusII 工具和NiosII 工具（图2- 9）。

图2- 9先不要急着点击上面两个软件图标，因为QuartusII 软件还没有完全安装完成（以上只是完全了第一部分“主程序的安装”）。

下面介绍第二部分——器件库的11安装。

2.2 器件库安装双击器件库安装程序，开始安装器件库。

与第一部分相同，一样要选择一个临时文件夹，解开安装程序，一路Next ，直到请用户选择安装器件（图2- 10）：图2- 10如果硬盘空间充足，可以按默认状态安装所有的器件。

注意，高端器件Stratix 系列并不包含在这个器件库中，如需安装需要另外下载。

一路Next 到出现下面的界面，表示器件库安装完成（图2- 11）：12图2- 11点击Finish 完成安装。

接下来需要激活。

注意，此时仍然不要打开QuartusII 工具和NiosII 工具，否则可能导致激活失败。

下面介绍第三个部分——激活。

2.3 激活先关闭杀毒软件，然后双击“破解工具”的压缩包。

运行“破解器”（图2- 12）：图2- 12打开激活工具（图2- 13）：图2- 13直接点击“应用”，跳出如下对话框（图2- 14）图2- 14点击“是”，人工指定位置：1314图2- 15找到刚才安装QuartusII 主程序的目录下的bin 文件夹，点选“sys_cpt.dll ”（图2- 16）：图2- 16接着指定生成license文件的存储位置。

这个可以随意选择。

本例子中选择存放在c:\altera\12.0目录下。

点击保存。

生成license文件后，打开桌面上QuartusII图标，显示需要对license进行配置：图2- 17选择最后一项，指定license文件，点击Ok，此时出现license管理窗口（图2- 18）：15图2- 18在窗口的下方“Network Interface Card (NIC) ID”框中会显示网卡的mac地址。

如果你的电脑有多个网卡（比如有线网卡和无线网卡），则它会显示多个mac地址。

随意选中其中一个mac地址，并且Ctrl+C复制。

此时随即用记事本打开刚才破解工具生成的license文件（图2- 19）16图2- 19把license文件中的xxxxxx用网卡的mac地址代替掉，如上图所示，保存更改后的license文件。

回到Quartus的license管理窗口，在第一行License file里指定刚才更改好的license文件（图2- 20）：17图2- 20点击ok，此时QuartusII主界面会启动，安装和激活完成（如下图）。

至此，QuartusII 软件安装完成！（图2- 21）18第二章 QuartusII 软件安装教程19图2- 21第三章进行第一个FPGA设计本章将引导您使用Altera Quartus II软件进行第一个FPGA设计。

本章以一个简单的小实验为例，介绍Quartus II软件从启动，建立工程，编辑设计文件，编译、引脚约束，的全部过程，为刚开始选择Altera公司CPLD/FPGA芯片，使用Quartus II软件做开发的同学提供了一个简洁明了的直观印象。

本章以及后续过程使用的QuartusII软件均以12.0版本为例。

其他版本的QuartusII，操作步骤大同小异。

3.1启动和建立QuartusII工程首先，打开Quartus II软件，显示整体界面如图3- 1所示。

选择File – New Project Wizard，也即新建工程向导。

2021图3- 1 QuartusII 主界面选择新建工程向导之后，会出现新建工程向导的介绍部分，如图3- 2所示。

此介绍主要主要说明了新建工程向导的作用，你也可以选择勾上左下角的"Don't show me this introduction again"选项，选择以后新建工程时不再出现这个鸡肋的过程。

22图3- 2 新建工程向导-介绍接下来开始正是新建工程。

点击图3- 2右下角的"NEXT"，出现图3- 3的界面。

这一步的主要目标是设置工程存放文件夹的路径，工程名称以及顶层实体的名称。

工程路径的默认是在Quartus II 的安装路径下，请点击右边的“..."按钮设置新的路径。

由于QuartusII 是从Unix 系统移植的工具软件，因此文件夹的路径和文件名有一定要求。

简单说，就是文件夹名和文件名不要有中文和空格，这点十分重要，不然会出现许多莫名其妙的错误。

我们在d 盘下建立一个名为and_gate 的文件夹（或目录，接下来我们不区别“文件夹”和“目录”这两种说法），并选择它作为工程目录（也可以不手动建立，将会在下一步提示自动建立）。

图3- 3 新建工程向导-工程文件夹和名称设置设置完工程目录的路径后，请在第二个文本框内填入工程名称（project name）。

这里填入and_gate。

这时QuartusII软件会在第三个文本框内自动完成顶层模块的名称，和工程名称一样。

注意，顶层模块的名称不一定要和工程名称一样，但请记住它，后面会用到。