FPGA设计流程指南(altera)
fpga开发流程及工具链
fpga开发流程及工具链FPGA（Field-Programmable Gate Array）的开发流程包括设计、仿真、综合、布局布线和配置等几个步骤。
常用的工具链包括Vivado、Quartus Prime等。
开发流程如下：1. 设计：在HDL（硬件描述语言）中使用VHDL或Verilog等语言对FPGA的逻辑电路进行设计。
可以使用设计工具如Vivado或Quartus Prime进行设计，也可以使用其他常用的IDE（集成开发环境）进行开发。
2. 仿真：使用仿真工具对设计进行验证。
通过仿真可以提前检测设计中的错误，以保证FPGA系统的正确性。
常用的仿真工具有ModelSim、VCS等。
3. 综合：将设计转化为可实现的逻辑电路，并生成布局和布线所需的网表。
综合工具会将设计转换为FPGA可以理解和实现的硬件描述，并生成逻辑网表。
常用的综合工具包括Synplify、Xilinx ISE等。
4. 布局布线：将逻辑网表映射到FPGA芯片的具体物理位置，并进行信号线的布线。
布局布线工具会根据设计的物理约束，将逻辑电路映射为FPGA芯片上的实际连线。
常用的布局布线工具有PAR（Place and Route）等。
5. 配置：将生成的bit文件（二进制配置文件）下载到FPGA芯片中，使其按照设计的功能进行配置和工作。
配置工具一般由FPGA厂商提供，如Xilinx的Vivado、Altera的Quartus Prime等工具。
常用的工具链有：1. Xilinx Vivado：Xilinx公司推出的综合工具和开发环境，用于设计、仿真和配置Xilinx FPGA芯片。
2. Altera Quartus Prime：Altera公司（现为Intel）的FPGA开发工具，支持设计、仿真、综合和布局布线等。
3. ModelSim：Mentor Graphics公司的一款通用的数字电路仿真工具，可用于FPGA开发中的设计验证。
FPGA设计流程
FPGA设计流程FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程数字电路的芯片，广泛应用于数字信号处理、通信、图像处理等领域。
FPGA设计流程从需求分析开始，经过设计、验证、综合、布局和布线等多个阶段，最终生成可实现指定功能的FPGA电路。
本篇文章将详细介绍FPGA设计流程。
需求分析是FPGA设计流程的第一步。
在这个阶段，设计团队需要与客户沟通，了解项目的具体要求和目标。
他们会收集需求文档、功能规格和性能要求等信息，并与客户共同确定设计的范围和目标。
这个阶段非常重要，因为它是确保最终设计与客户要求相符的基础。
完成需求分析后，进入FPGA设计的第二个阶段，设计。
在设计阶段，设计团队将根据需求文档和功能规格，使用硬件描述语言（HDL）编写FPGA电路的逻辑设计。
常用的HDL语言包括VHDL和Verilog。
设计团队会根据需求文档和功能规格的描述，将电路分解为模块，然后对每个模块进行详细设计。
设计团队通常使用设计工具（如Xilinx的Vivado或Altera的Quartus II）来辅助设计和验证工作。
设计完成后，设计团队将进入验证阶段。
在验证阶段，设计团队将对设计进行功能验证，以确保其符合预期的行为。
他们会编写各种测试用例，通过仿真工具对设计进行验证。
这样可以在实际生成硬件之前发现并纠正设计中的问题。
验证阶段的目标是发现潜在的设计错误，以确保最终生成的电路的正确性和稳定性。
验证通过后，进入综合阶段。
在综合阶段，设计团队会将HDL代码综合为逻辑门级的表示方式。
综合工具会将HDL代码转换为逻辑电路网表，并优化电路结构，以满足性能和资源限制。
综合结果会生成一个电路的结构表示，其中包含各种逻辑门、寄存器等元素。
综合完成后，设计团队将进入布局和布线阶段。
在这个阶段，综合结果将转换为实际的FPGA电路布局和布线。
布局工具将电路的各个元素放置在FPGA芯片上，并考虑电路布线的物理限制。
altera fpga的设计流程
Technology
PC Board Simulation & Test - Simulate Board Design
- Program & Test Device on Board
- Use SignalTap II for Debugging
第十五页，共113页。
系统(xìtǒng)规划和预算
时序(shíxù)剖析
tclk
- Verify Performance Specifications
Were Met
- Static Timing Analysis
门级仿真(fǎnɡ zhēn) - Timing Simulation - Verify Design Will Work in Target
第二十四页，共113页。
物理(wùlǐ)验证
• 将生成的二进制配置文件下载到FPGA上，中止(zhōngzhǐ) 实际的功用和时序的测试；
• Altera 〔.sof文件〕 Xlinx (.bit 文件)， • 由于FPGA经常是作为整个系统一局部，因此还应该将FPGA放
到整个系统中中止(zhōngzhǐ)验证，整个系统义务正常， 才算完成了开发进程。
逻辑(luójí)综合
• 经过(jīngguò)映射和优化，把逻辑设计描画转换为和物理 完成亲密相关的工艺网表：
FPGA开发设计流程和功能实现
FPGA开发设计流程和功能实现FPGA（现场可编程门阵列）是一种可编程数字电子器件，可以实现各种数字电路的功能。
FPGA的开发设计流程包括五个主要步骤：描述设计需求、设计电路结构、编写硬件描述语言（HDL）、仿真和综合、配置FPGA并验证。
下面将详细介绍每个步骤，并探讨如何通过FPGA开发实现各种功能。
第一步：描述设计需求在FPGA开发过程中，首先需要明确设计的目标和需求，包括设计的功能、输入输出要求、性能指标等。
这些需求可以来自于系统设计的要求、市场需求或者用户需求。
清晰的设计需求有助于指导后续的设计工作。
第二步：设计电路结构在明确了设计需求后，需要进行电路结构的设计。
电路结构包括选择适当的电路模块和连接方式，确定信号的传输路径等。
设计电路结构时需要充分考虑资源利用和性能需求，尽量优化电路结构，减少资源占用和延迟。
第三步：编写硬件描述语言（HDL）HDL是一种用于描述数字电路的编程语言，常用的HDL包括VHDL和Verilog。
使用HDL编写电路描述是FPGA开发的核心步骤。
在编写HDL代码时，需要按照电路结构进行模块化设计，使用适当的语法和语义描述电路的行为和结构。
第四步：仿真和综合在完成HDL代码编写后，需要进行仿真和综合。
仿真是通过对HDL代码进行功能验证，模拟电路的行为和工作过程，以确保设计的正确性。
综合是将HDL代码生成可在FPGA上运行的物理电路，包括实际的门和时序元件。
综合还可以对电路进行优化，如减少延迟、优化资源利用等。
第五步：配置FPGA并验证在综合后，需要将生成的物理电路配置到FPGA芯片中。
配置FPGA可以通过编程工具和JTAG接口实现。
配置完成后，需要进行验证，包括功能验证、性能测试和可靠性测试等。
验证是确保设计符合需求和预期结果的重要步骤。
通过FPGA开发可以实现各种功能。
FPGA的可编程性使得它可以根据设计需求实现不同的功能和应用。
常见的功能包括数字信号处理、通信协议处理、图像处理、计算加速等。
fpga的设计流程
fpga的设计流程
随着技术的发展，fpga设计技术也变得越来越成熟，越来越多的产品使用fpga进行控制，它们可以被用来实现很多种复杂的功能，但是在使用之前，需要进行一个系统的设计流程。
本文将对fpga的设计流程进行详细的介绍，帮助用户更好的实现fpga的功能。
首先，在使用fpga之前，用户需要确定fpga的目标功能，也就是要实现什么样的功能，这一步可以粗略的定义出完成的任务，也就是fpga的功能的架构。
其次，编写fpga的硬件结构，这一步要求用户熟悉fpga的硬件结构，以及fpga可以实现的功能结构，确定硬件结构后，可以使用EDA工具进行搭建。
第三，使用 HDL（硬件描述语言）进行编程，这一步是实现fpga 功能的关键，用户需要使用HDL，也就是Verilog或者VHDL来编写代码，使用这些语言来编写硬件电路及对应的功能，以完成fpga功能的部署和调试。
第四，使用仿真工具仿真和调试，完成了上述步骤后，用户可以使用仿真工具，仿真fpga的硬件结构，以及编写好的代码，以便发现硬件和软件的错误，以及调试软件程序以确保功能正常。
第五，烧录fpga，经过仿真和调试，用户需要将fpga烧录成fpga 芯片，这一步需要使用烧录器，将编写的程序烧录到fpga芯片，以实现fpga的功能。
第六，测试功能，最后，用户需要测试实现的功能是否符合预期。
以上就是fpga的设计流程，从fpga的功能定义到实际实现，需要涉及很多步骤，需要用户对fpga充分的了解，以此来确保设计的正确性和合理性。
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。
fpga 设计步骤
fpga 设计步骤
FPGA（可编程逻辑门阵列）设计步骤包括以下几个主要阶段：
1. 确定需求：明确需要实现的功能和性能要求。
2. 设计规划：选择适合的FPGA平台、开发工具和开发语言。
3. 编写RTL（Register Transfer Level）代码：使用HDL（硬件描述语言）如VHDL或Verilog编写设计代码。
4. 仿真验证：使用仿真工具模拟设计的功能和性能，通过验证测试向设计中添加调整和修正。
5. 进行综合（Synthesis）：将RTL代码转化为门级电路表示。
6. 进行布局布线（Place and Route）：根据FPGA架构的要求
将设计映射到FPGA中。
7. 生成位流文件（Bitstream）：将布局布线后的设计编译为可配置FPGA的位流文件。
8. 下载位流文件：将位流文件下载到目标FPGA设备。
9. 进行时序分析：对设计进行时序分析并验证。
如果不符合时序要求，可能需要进行时序优化。
10. 硬件验证：将设计加载到FPGA并进行功能和性能测试。
11. 调试和优化：在实际测试中发现问题，并对设计进行调试和优化。
12. 文档编写：根据项目要求编写设计文档，包括设计细节、测试方法和结果等。
需要注意的是，以上步骤可以根据具体的项目和需求进行调整和扩展。
此外，熟悉FPGA架构和相关开发工具以及编程语言是进行FPGA设计的基本要求。
第1章 FPGA开发简介-Altera FPGA系统设计实用教程(第2版)-李莉-清华大学出版社
下载电缆
ByteBlaster II
USB-Blaster
Ethernet Blaster
（1）完全符合设计人员的设计思路，从功能描述开 始，到物理实现的完成。
（2）设计更加灵活。 （3）设计易于移植和更改。 （4）易于进行大规模、复杂电路的设计实现。 （5）设计周期缩短。
1.4.2 典型FPGA开发流程
电路功能设计
设计输入
编译 综合
功能仿真
FPGA适配（布局布线）
时序仿真
配置
硬件环境要求高，软件投资大，通用性强，不面向具体 公司的PLD器件。
PLD制造厂商开发的专用软件工具则具有硬件环境要求 低，软件投资小的特点，并且很多PLD厂商的开发工具 是免费提供的，因此其市场占有率非常大；缺点是只针 对本公司的PLD器件，有一定的局限性。
1.4 基于FPGA的开发流程
1.4.1 FPGA设计方法概论 FPGA的设计方法属于自上而下的设计方法
第1章 FPGA开发简介
1.1 可编程逻辑器件概述 1.2 FPGA芯片 1.3 FPGA开发工具 1.4 基于FPGA的开发流程
1.1 可编程逻辑器件概述
可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简
称PLD）
可编程逻辑器件
PLD
低密度 PLD
高密度 PLD
PROM
PLA
PAL
GAL
EPLD CPLD FPGA
70年代初
70年代末 80年代初
80年代中期
80年代中期 及以后
图1-1 PLD器件的发展流程
低密度PLD的基本结构参考图
输入项 乘积项
或项
输
输
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FPGA设计流程指南前言本部门所承担的FPGA设计任务主要是两方面的作用：系统的原型实现和ASIC的原型验证。
编写本流程的目的是：z在于规范整个设计流程，实现开发的合理性、一致性、高效性。
z形成风格良好和完整的文档。
z实现在FPGA不同厂家之间以及从FPGA到ASIC的顺利移植。
z便于新员工快速掌握本部门FPGA的设计流程。
由于目前所用到的FPGA器件以Altera的为主，所以下面的例子也以Altera为例，工具组合为modelsim + LeonardoSpectrum/FPGACompilerII + Quartus，但原则和方法对于其他厂家和工具也是基本适用的。
目录1. 基于HDL的FPGA设计流程概述 (1)1.1 设计流程图 (1)1.2 关键步骤的实现 (2)1.2.1 功能仿真 (2)1.2.2 逻辑综合 (2)1.2.3 前仿真 (3)1.2.4 布局布线 (3)1.2.5 后仿真（时序仿真） (4)2. Verilog HDL设计 (4)2.1 编程风格（Coding Style）要求 (4)2.1.1 文件 (4)2.1.2 大小写 (5)2.1.3 标识符 (5)2.1.4 参数化设计 (5)2.1.5 空行和空格 (5)2.1.6 对齐和缩进 (5)2.1.7 注释 (5)2.1.8 参考C语言的资料 (5)2.1.9 可视化设计方法 (6)2.2 可综合设计 (6)2.3 设计目录 (6)3. 逻辑仿真 (6)3.1 测试程序（test bench） (7)3.2 使用预编译库 (7)4. 逻辑综合 (8)4.1 逻辑综合的一些原则 (8)4.1.1 关于LeonardoSpectrum (8)4.1.1 大规模设计的综合 (8)4.1.3 必须重视工具产生的警告信息 (8)4.2 调用模块的黑盒子（Black box）方法 (8)参考 (10)修订纪录 (10)1. 基于HDL的FPGA设计流程概述1.1 设计流程图说明：z逻辑仿真器主要指modelsim，Verilog-XL等。
z逻辑综合器主要指LeonardoSpectrum、Synplify、FPGA Express/FPGA Compiler等。
z FPGA厂家工具指的是如Altera的Max+PlusII、QuartusII，Xilinx的Foundation、Alliance、ISE4.1等。
1.2 关键步骤的实现1.2.1 功能仿真说明：“调用模块的行为仿真模型”指的是RTL代码中引用的由厂家提供的宏模块/IP，如Altera 提供的LPM库中的乘法器、存储器等部件的行为模型。
1.2.2 逻辑综合说明：“调用模块的黑盒子接口”的导入，是由于RTL代码调用了一些外部模块，而这些外部模块不能被综合或无需综合，但逻辑综合器需要其接口的定义来检查逻辑并保留这些模块的接口。
1.2.3 前仿真说明：一般来说，对FPGA设计这一步可以跳过不做，但可用于debug综合有无问题。
1.2.4 布局布线1.2.5 后仿真（时序仿真）2. Verilog HDL设计基于将来设计转向ASIC的方便，本部门的设计统一采用Verilog HDL，但针对混合设计和混合仿真的趋势，所有开发人员也应能读懂VHDL。
Verilog HDL的学习可参考[1][2]。
2.1 编程风格（Coding Style）要求2.1.1 文件（1） 每个模块（module）一般应存在于单独的源文件中，通常源文件名与所包含模块名相同。
（2） 每个设计文件开头应包含如下注释内容：z年份及公司名称。
z作者。
z文件名。
z所属项目。
z顶层模块。
z模块名称及其描述。
z修改纪录。
请参考标准示例程序[3]。
2.1.2 大小写（1） 如无特别需要，模块名和信号名一律采用小写字母。
（2） 为醒目起见，常数（`define定义）/参数（parameter定义）采用大写字母。
2.1.3 标识符（1） 标识符采用传统C语言的命名方法，即在单词之间以“_”分开，如：max_delay、data_size等等。
（2） 采用有意义的、能反映对象特征、作用和性质的单词命名标识符，以增强程序的可读性。
（3） 为避免标识符过于冗长，对较长单词的应当采用适当的缩写形式，如用‘buff’代替‘buffer’，‘ena’代替‘enable’，‘addr’代替‘address’等。
2.1.4 参数化设计为了源代码的可读性和可移植性起见，不要在程序中直接写特定数值，尽可能采用`define语句或paramater语句定义常数或参数。
2.1.5 空行和空格（1） 适当地在代码的不同部分中插入空行，避免因程序拥挤不利阅读。
（2） 在表达式中插入空格，避免代码拥挤，包括：赋值符号两边要有空格；双目运算符两边要有空格；单目运算符和操作数之间可没有空格，示例如下：a <= b;c <= a + b;if (a == b) then ...a <= ~a & c;2.1.6 对齐和缩进（1） 不要使用连续的空格来进行语句的对齐。
（2） 采用制表符Tab对语句对齐和缩进，Tab键采用4个字符宽度，可在编辑器中设置。
（3） 各种嵌套语句尤其是if...else语句，必须严格的逐层缩进对齐。
2.1.7 注释必须加入详细、清晰的注释行以增强代码的可读性和可移植性，注释内容占代码篇幅不应少于30%。
2.1.8 参考C语言的资料要形成良好的编程风格，有许多细节需要注意，可以参考资料[4]，虽然它是针对C语言的讨论，但由于Verilog HDL和C语言的形式非常近似，所以里面提到的很多原则都是可以借鉴的。
2.1.9 可视化设计方法为提高设计效率和适应协同设计的方式，可采用可视化的设计方法，Mentor Grahpics 的Renoir 软件提供了非常好的设计模式。
2.2 可综合设计用HDL 实现电路，设计人员对可综合风格的RTL 描述的掌握不仅会影响到仿真和综合的一致性，也是逻辑综合后电路可靠性和质量好坏最主要的因素，对此应当予以充分的重视。
学习可综合的HDL 请参考 [5][6] [7]。
学习设计的模块划分请参考[8]。
2.3 设计目录采用合理、条理清晰的设计目录结构有助于提高设计的效率、可维护性。
建议采用类似下面的目录结构： （1）（2）3. 逻辑仿真考虑到性能和易用性，首选的逻辑仿真器是Mentor Graphics 的modelsim 。
designsrc （源代码） syn （综合）sim （仿真）par (布局布线) design ver1 ver2 （源代码） syn （综合） （仿真）(布局布线)src （源代码）syn （综合） sim （仿真） par (布局布线)3.1 测试程序（test bench）测试程序对于设计功能和时序的验证有着举足轻重的影响，测试激励的完备性和真实性是关键所在，有以下原则须遵循：（1） 测试激励输入和响应输出采集的时序应当兼顾功能仿真（无延时）和时序仿真（有延时）的情况。
（2） 对于周期较多的测试，为提高效率，尽可能采用程序语句来判断响应与标准结果是否一致，给出成功或出错标志，而不是通过观察波形来判断。
（3） 采用基于文件的测试是很好的办法，即由matlab或spw等系统工具产生测试数据，测试程序将其读入产生激励，再把响应结果写入到文件，再交给上述工具进行处理或分析。
（4） 仿真器支持几乎所有的Verilog HDL语法，而不仅仅是常用的RTL的描述，应当利用这一点使测试程序尽可能简洁、清楚，篇幅长的要尽量采用task来描述。
3.2 使用预编译库在进行功能仿真和后仿真时都需要某些模块的行为仿真模型和门级仿真模型，如Altera Quartus里的220model.v（LPM模块行为仿真模型）和apex20ke_atoms.v（20KE系列门级仿真模型），为避免在不同的设计目录中多次编译这些模型，应当采用一次编译，多次使用的方法。
具体做法如下（以20KE门级库为例）：1：在某个工作目录下新建一库名 apex20ke，将apex20ke_atoms.v编译到其中。
2：在图形界面中的Load Design对话框中装入仿真设计时，在Verilog 标签下指定预编译库的完整路径。
（见下图）4. 逻辑综合目前可用的FPGA综合工具有Mentor Graphics 的 LeonardoSpectrum，Synplicity的Synplify和Synopsys 的FPGA CompilerII/FPGA Express，LeonardoSpectrum由于性能和速度最好，成为我们首选的综合器，FPGA CompilerII/FPGA Express由于可以和Design Compiler 代码兼容也可用。
见参考[9]4.1 逻辑综合的一些原则HDL代码综合后电路质量的好坏主要取决于三个方面：RTL实现是否合理、对厂家器件特点的理解和对综合器掌握的程度。
参考[10]中有比较全面的讨论。
4.1.1 关于LeonardoSpectrumLeonardoSpectrum对综合的控制能力比较强，但使用也略为复杂，故需要在使用前尽量熟悉其功能，才能取得较好的综合结果。
当出现综合结果不能满足约束条件时，不要急于修改设计源文件，应当通过综合器提供的时序和面积分析命令找出关键所在，然后更改综合控制或修改代码。
在LeonardoSpectrum 2000.1b以前的版本输出的 .v 网表都不能用于仿真。
4.1.1 大规模设计的综合z分块综合当设计规模很大时，综合也会耗费很多时间。
如果设计只更改某个模块时，可以分块综合。
如有设计 top.v 包含 a.v和b.v两个模块，当只修改a.v的话，可以先单独综合b.v，输出其网表b.edf，编写一个b模块的黑盒子接口b_syn.v，每次修改a.v后只综合top.v、a.v、b_syn.v，将综合后的网表和b.edf送去布线，可以节约综合b模块的时间。
z采用脚本命令当设计规模比较大时，综合控制也许会比较复杂，可以考虑采用脚本控制文件的方式进行综合控制，modelsim、LeonardoSpectrum和Quartus都支持TCL（Tool Command Language）语言，采用脚本控制可以提供比图形界面更灵活和更方便的控制手段。
4.1.3 必须重视工具产生的警告信息综合工具对设计进行处理可能会产生各种警告信息，有些是可以忽略的，但设计者应该尽量去除，不去除必须确认每条警告的含义，避免因此使设计的实现产生隐患。
这个原则对仿真和布局布线同样适用。
4.2 调用模块的黑盒子（Black box）方法使用黑盒子方法的原因主要有两点：一是HDL代码中调用了一些FPGA厂家提供的模块（如Altera的LPM模块）或第三方提供的IP，这些模块不需要综合，而且有些综合器也不能综合（如FPGA CompilerII/FPGA Express可以综合包含LPM的代码而LeonardoSpectrum不能）。