第4章 EDA设计工具软件

如何获取在线帮助
？
对话框上的信 按F1键，可打开帮助窗口，即时访问对话框上的信 键 可打开帮助窗口，即时访问对话框 高亮度的菜单命令或弹出式信息； 菜单命令或弹出式信息 息、高亮度的菜单命令或弹出式信息； 或按Shift + F1键，鼠标变为一个问号，在图元、 或按 键 鼠标变为一个问号， 图元、 宏单元符号等屏幕显示的任何项目上单击鼠标左键 宏单元符号等屏幕显示的任何项目上单击鼠标左键 可获得该项目的帮助； ，可获得该项目的帮助； 或单击工具栏上的帮助按钮 或单击工具栏上的帮助按钮 帮助 ，鼠标也会变为 一个问号，然后单击想要获得帮助的项目。 一个问号，然后单击想要获得帮助的项目。
14
QuartusⅡ的图形用户界面 Ⅱ
1 Project Navigator窗口 窗口
Design Units Files Hierarchy
3 主工作区 域
2 Status窗口 窗口
4 Change Manager窗口 窗口
6 Tcl console窗口 窗口 5 Messages窗口 窗口
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4. 生成编程文件
生成供器件编程使用的数据文件——编程目标文件。 编程目标文件。 生成供器件编程使用的数据文件 编程目标文件
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4.1.4 模拟仿真
用户可在设计过程的每个阶段对每个模 块或整个系统进行模拟仿真。 块或整个系统进行模拟仿真。
1. 功能仿真（前仿真） 功能仿真（前仿真）
在完成设计输入后进行，不考虑信号时延的仿真 在完成设计输入后进行，不考虑信号时延的仿真—— 主要验证功能是否正确。 功能是否正确 主要验证功能是否正确。
数 字 逻 辑
北航计算机学院 艾明晶 牛建伟 amj@ niujianwei@
第4章 EDA设计工具软件 章 设计工具软件
本章介绍用PLD实现数字系统的设计流程； 实现数字系统的设计流程； 本章介绍用 实现数字系统的设计流程 Quartus Ⅱ的使用方法，包括设计输入方法、设 的使用方法，包括设计输入方法、 计编译、模拟仿真以及器件编程； 计编译、模拟仿真以及器件编程；ModelSim功 功 能仿真方法。 能仿真方法。 4.1 数字系统设计流程 4.2 QuartusⅡ的使用 Ⅱ 4.3 ModelSim的使用 的使用 共4学时
2. 器件适配（映射） 器件适配（映射）
将设计分为多个适合具体器件内部逻辑资源实现的逻辑小块的形式。 将设计分为多个适合具体器件内部逻辑资源实现的逻辑小块的形式。
3. 布局和布线
布局：将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑资源的具体位置，使易于 布局：将已分割的逻辑小块放到器件内部逻辑资源的具体位置， 连线，且连线最少； 连线，且连线最少； 布线：利用器件的布线资源完成各功能块之间和反馈信号之间的连接。 布线：利用器件的布线资源完成各功能块之间和反馈信号之间的连接。
2. 时序仿真（后仿真） 时序仿真（后仿真）
在选择了具体器件、 在选择了具体器件、并完成了布局布线后进行的含有定时关系的仿真 ——主要验证功能和时序是否正确。 主要验证功能 是否正确。 主要验证功能和时序是否正确
3. 在线测试
当器件编程后，利用实验手段在线测试器件的功能 性能指标 功能和 指标。 当器件编程后，利用实验手段在线测试器件的功能和性能指标。
4
4.1.1 概述
1
设计输入 • 图形输入 • HDL文本输入 • 网表输入 设计处理 • 综合 • 优化 • 器件适配 • 布局、布线 目标文件
4
功能仿真 前仿真） （前仿真）
2
3
时序仿真 后仿真） （后仿真）
模拟仿真
下载编程
在线测试
用PLD实现数字系统的设计流程 PLD实现数字系统的设计流程
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PLD设计方法 设计方法
1. 在资源管理器下创建一个工作目录 在资源管理器下创建一个工作目录 2. 在Quatus II中创建一个工程 中创建一个工程 中创建一个 3. 子模块设计
每个模块用HDL语言或图形方式描述，编译、仿真， 语言或图形方式描述， 每个模块用 模块 语言或图形方式描述 编译、仿真， 生成模块符号。 生成模块符号。
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4.1.5 编程下载
将设计阶段生成的编程目标文件 装入到PLD器件中。 器件中。 装入到 器件中 两种编程方式： 两种编程方式：
在系统编程（ 在系统编程（ISP，In-System Programmable）： ， ）： PLD不必从电路板上取下来，通过下载电缆利用计算 不必从电路板上取下来， 不必从电路板上取下来 机直接对器件进行编程，使器件、 机直接对器件进行编程，使器件、电路板或整个电子 系统的逻辑功能可随时进行修改或重构。 系统的逻辑功能可随时进行修改或重构。电路板上必 须预留编程接口（ 接口）。 须预留编程接口（如JTAG接口）。 接口 专用的编程器编程： 必须从电路板上取下来， 专用的编程器编程：PLD必须从电路板上取下来，插 必须从电路板上取下来 入编程器上的器件插座中，对器件进行编程。 入编程器上的器件插座中，对器件进行编程。
PLD设计 设计EDA工具软件的分类 设计 工具软件的分类
1. 由芯片制造商提供
提供了一个CPLD/FPGA 的完全集成化设计环境 提供了一个 EDA Tool MAX+PLUSⅡ Ⅱ Provider Altera Altera Quartus Ⅱ Foundation ISE ispDesignEXPERT ，ispLEVER Xilinx Xilinx Lattice 只支持本公 司的PLD 司的
优点 适合描述连接关系和接口关系； 连接关系和接口关系 适合描述连接关系和接口关系； 便于进行接口设计和引脚锁定； 便于进行接口设计和引脚锁定； 容易实现仿真，便于观察信号； 容易实现仿真，便于观察信号； 执行效率高、运行速度快。 执行效率高、运行速度快。 缺点 输入效率较低； 输入效率较低； 不便于描述复杂逻辑功能 复杂逻辑功能。 不便于描述复杂逻辑功能。
2
本 章
重 点
QuartusⅡ的设计输入方法 ，引脚锁定 Ⅱ 方法和仿真方法； 方法和仿真方法； Verilog测试文件的编写； 测试文件的编写； 测试文件的编写 ModelSim功能仿真方法。 功能仿真方法。 功能仿真方法
3
4.1 数字系统设计流程
内容概要
4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 概述 设计输入 设计处理 模拟仿真 编程下载
7
Synplify FPGA Compiler II ModelSim Active HDL NC-Verilog/ NCVHDL/NC-SIM
LeonardoSpectrum Mentor Graphics Mentor早期的逻辑综合工具 早期的逻辑综合工具 早期的 Mentor Graphics 高效、功能强大的仿真工具 高效、
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4.1.3 设计处理
1. 综合和优化
对设计输入文件进行编译， 对设计输入文件进行编译， 产生各种输出文件
综合：将模块化设计产生的多个文件合并为一个网表文件， 综合：将模块化设计产生的多个文件合并为一个网表文件，并使设计层 次平面化，即将逻辑描述转换成一些基本模块（如触发器、逻辑门等） 次平面化，即将逻辑描述转换成一些基本模块（如触发器、逻辑门等） 优化：进行逻辑化简，去除冗余项，尽量减少器件资源的耗用。 优化：进行逻辑化简，去除冗余项，尽量减少器件资源的耗用。
完全集成化的设计工具 将设计输入、逻辑综合、布局与布线、仿真、时序分析、 将设计输入、逻辑综合、布局与布线、仿真、时序分析、器件编程 集成在同一开发环境下 集成了多个第3方 集成了多个第 方 EDA工具 工具 通过NativeLink技术实现与 技术实现与Mentor Graphics、Synopsys和 通过 技术实现与 、 和 Synplicity等公司的 等公司的EDA工具的无缝连接，可直接在 工具的无缝连接， 等公司的 工具的无缝连接 可直接在Quartus Ⅱ中 自动调用这些工具。 自动调用这些工具。 可采用各种HDL语言进行设计输入 可采用各种 语言进行设计输入 支持VHDL、Verilog HDL、AHDL 支持 、 、
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4.2 QuartusⅡ的使用 Ⅱ
内容概要
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 QuartusⅡ简介 Ⅱ 设计输入 设计的编译 设计的仿真验证 器件编程
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4.2.1 QuartusⅡ简介 Ⅱ
美国Altera公司（）自行设计的 公司（ 美国 公司 ） 第四代PLD开发软件 第四代 开发软件 目前版本： 目前版本：11.0 特点
工程名最 好与顶层 好与顶层 文件同名 文件同名
4. 顶层设计
创建顶层图形文件或顶层文本文件；编译，仿真。 创建顶层图形文件或顶层文本文件；编译，仿真。 顶层图形文件
5. 给输入、输出引脚分配引脚号码，编程下载。 给输入、输出引脚分配引脚号码，编程下载。 分配引脚号码
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4.2.2 设计输入
内容概要
6
第三方设计软件
2. 由专业 由专业EDA软件商提供 第三方设计软件 软件商提供—第三方设计软件 软件商提供
EDA Tool FPGA Advantage Provider 支持多家公 司的PLD 司的
Description
Mentor Graphics 包括 HDL Designer Series （ 可视化的设计输入工具） 可视化的设计输入工具）, ModelSim（仿真工具）， （仿真工具） Precision RTL Synthesis （最 新的逻辑综合器） 新的逻辑综合器）。 Synplicity Synopsys Aldec Cadence 优秀的逻辑综合工具 优秀的逻辑综合工具 新的逻辑综合工具 新的逻辑综合工具 仿真工具， 仿真工具，简单易用 优秀的仿真工具 优秀的仿真工具