使用QuartsII计算机辅助设计软件

附录B 辅导教材1—使用Quartus II计算机辅助设计软件

Quartus II是一个很完善的计算机辅助设计（CAD）系统。与大多数商用计算机辅助设计工具类似，Quartus II也在不断地改进和更新之中，到目前为止已更新了若干个版本。在本辅助教材中，假设读者使用的是Quartus II 6.1版或者更高的版本。为了简单起见，这里我们把这个软件包简称为Quartus II。在本辅导教材中，我们将逐步地向读者展示并讲解三种不同的设计输入方法：用电路原理图输入的方法和编写Verilog代码的方法，以及两者结合的方法。本辅导教材也阐述仿真的步骤。

B.1 简介本辅导教材假定读者使用安装了Quartus II 的计算机。安装Quartus II的指导资料与工具软件一起提供。Quartus II 软件可以在几种不同类型的计算机上运行。对本辅导教材而言，假定使用的是运行微软公司的Windows XP操作系统的计算机。虽然Quartus II 在（支持它的）不同类型的计算机上的操作方式非常相似，但还是有一些微小差别。不使用微软公司Windows XP操作系统的读者也许会遇到与本辅导教材稍微有一些差异的地方。可能发生差异的地方是计算机文件系统中的文件位置，以及由软件显示的窗口外观。所有这些差异都是很微小的，不会对读者理解本辅导教材产生影响。本辅导教材并不介绍如何使用计算机的操作系统。我们假定读者熟悉基本的计算机操作，如运行程序、操作鼠标、移动窗口、改变窗口尺寸、最大化和最小化窗口、创建目录（文件夹）和文件等。不熟悉这些计算机基本操作的读者在开始阅读本辅导教材前必须学会如何使用计算机的操作系统。

起步每个逻辑电路或者子电路，在用Quartus II 进行设计时，都称为项目（project）。软件在某个时刻对项目进行处理，并把处理所产生的信息保存在文件系统的一个目录中（传统上用目录（directory）这个术语来表示文件系统的位置，但在微软的Windows操作系统中，用文件夹（folder）来表示文件系统的位置）。开始新的逻辑电路设计时，第一步是创建目录来放置设计文件。作为Quartus II 软件安装的一部分，一些项目示例放置在一个名为qdesigns的目录下。为了保存本辅导教材的设计文件，我们将使用tutorial1目录。目录的名字和位置并不重要，读者可以使用任何合法的目录。启动Quartus II软件，读者应该看到类似于图B-1的主窗口。该主窗口由几个窗口组成，这些窗口提供了对Quartus II软件所有功能特性的访问，用户可以通过鼠标在有关窗口上选取这些功能特性。由Quartus II 提供的大多数命令都可以通过位于主窗口标题栏下的菜单栏访问。例如，在图B-1中，在File菜单处点击鼠标左键，即可打开如图B-2所示的菜单。在Exit 项点击鼠标左键，即可从Quartus II 退出。一般情况下，只要是用鼠标选择，总是点击鼠标左键。以后我们不再提及点击鼠标的哪个键。在个别需要使用右键的场合，会明确地加以说明。对有些命令，需要按顺序访问两个或者两个以上的菜单。

图B-1 Quartus II 的主窗口我们使用菜单1（Menu1）> 菜单2（Menu2）>项目（Item）来表示选择命令的步骤。用户应该先在菜单1上点击鼠标左键，然后在菜单1内点击菜单2，接着在菜单2内点击项目。例如，File > Exit表示利用鼠标从Quartus II系统中退出。许多Quartus II命令将相关的图标显示在一个工具栏上。为了看见可用的工具栏清单，选择Tools > Customize > Toolbars。一旦打开某工具栏，就可以用鼠标移动该工具栏，并且可以把图标从一个工具栏拖拉到另外一个工具栏上。为了看见与图标关联的Quartus II命令，只要将鼠标光标放置到该图标上，便可显示与图标关联命令的名字。有许多方法可以修改图B-1 所示的Quartus II主窗口的外观。B.6节展示了在Quartus II主窗口上，如何打开和关闭各个窗口、调节窗口的大小以及移动窗口的位置。

Quartus II 的在线帮助Quartus II提供了全面的在线帮助文档，它能回答用户在使用该软件时可能遇到的大多数问题。通过主窗口的Help菜单可以访问在线帮助文档。选择Help > How to Use Help，即可显示可查询的在线帮助文档的全部目录。通过选择Help > Search，即可打开一个对话框，键入想要寻找

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图B-2 File（文件）菜单的关键字，用户便可从在线帮助文档中找到想要搜寻的文件。另外，还提供了一种上下文敏感的帮助，可以很快地找到特定题目的文档。在运行某个应用程序期间，按一下键盘上的F1功能键，便可打开帮助界面，显示该应用程序可用的各种命令。

B.2 开始一个新的设计项目要开始一个新的设计项目，首先要定义一个新的设计项目（design project）。Quartus II以向导（wizard）的形式提供了支持，利用向导，设计者可以轻松地完成工作任务。选择File >New Project Wizard 进入向导启动界面。点击Next 便可得到图B-3所示的窗口。把工作目录设置为tutorial1\designstyle1。项目必须有一个名字，项目可以与目录同名也可以不同名。将这个项目取名为example_schematic，因为这个例子的设计是用电路原理图方法输入计算机的。注意，Quartus II 自动地建议将项目名example_schematic 作为该项目的顶层设计的名字。这是一个合理的建议，但是用户也可以另外再起一个不同的名字，只要忽略计算机提出的建议即可。点击Next。因为我们尚未创建目录tutorial1\designstyle1，所以Quartus II 显示一个如图B-4所示的提示对话框，询问是否创建目录。点击Yes，便出现如图B-5所示的窗口。在该窗口中，设计者可以指定哪些现存的文件（如果有的话）应该包括进本项目。在本例中，没有其他现存文件，所以点击Next。

图B-3 指定项目的目录和名字图B-4 Quartus II 可以创建想要的目录在如图B-6所示的窗口中，可以指定实现设计电路的器件型号。虽然器件的选择对于本辅导教材而言并不重要，但是我们还是选择了Cyclone II系列的器件来实现电路，Cyclone II系

514附录B列的器件是一种FPGA，在附录C中我们将使用这种器件。不必在Cyclone II系列中选择特定型号的器件，所以点击选中Auto device selected by the Fitter 项即可。

图B-5 输入设计文件的窗口图B-6 指定器件系列点击Next，出现如图B-7所示的窗口，在该窗口中，可以指定第三方CAD工具（即这些工具不属于Quartus II 软件的一部分）。在本书中，我们已经使用了CAD这个术语来表示开发出来用于辅助设计任务并可在计算机上运行的软件包。这种类型的软件还有一个术语叫做EDA工具，它是electronic design automation（电子设计自动化）的英文缩写。在Quartus II 中，我们用EDA 这个术语来表示第三方工具，即由除Altera外的公司开发和推向市场的工具。既然

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我们只使用Quartus II软件包，就不再选用任何其他工具。点击Next，进入向导的最后一个界面，再点击Finish 便返回到如图B-1所示的Quartus II主窗口，但此时已经将example—

schematic 指定为一个新项目。

图B-7 指定第三方提供的EDA工具B.3 用电路原理图作为输入来设计电路正如第2章中所介绍的，常用的设计输入方法包括绘制电路原理图和编写Verilog代码。本节将阐述使用Quartus II提供的电路原理图工具的步骤，这个工具叫做Block Editor（图块编辑器）。举一个简单的例子，我们为逻辑函数画一个电路原理图。f的电路原理图如图2-30所示，这里重新画一遍，见图B-8a。f的真值表如图B-8b所示。第2章也介绍了功能仿真。在创建了电路原理图后，我们将展示如何使用Quartus II提供的仿真器来验证设计电路的正确性。

图B-8 图2-30的逻辑函数B.3.1 图块编辑器的使用第一步是绘制电路原理图。在Quartus II主窗口上选择File > New，出现如图B-9所示的窗口，可以从中选择所创建的文件类型。可选择的文件类型包括电路原理图、Verilog HDL代码，

fxxxx=+1223

a) 电路原理图b) 真值表辅导教材1—使用Quartus II计算机辅助设计软件517

以及其他的硬件描述语言文件，例如VHDL 和AHDL（Altera 公司专用的硬件描述语言）。也可以用第三方的综合工具来生成表示电路逻辑结构的标准格式文件，这种格式叫做EDIF（Electronic Design Interface Format，电子设计接口格式）。该EDIF标准为EDA工具之间交换信息提供了一个便利的机制。因为这里是为了说明电路原理图的输入方式，所以选择BlockDiagram/Schematic File 并点击OK，打开图块编辑器窗口，如图B-10 右边所示。在该窗口中绘制电路将能生成想要的图块文件。

图B-9 选择设计文件的类型

图B-10 图块编辑器窗口输入逻辑门符号图块编辑器提供了几个元器件库，库内包含有电路元件的符号，可以输入到电路原理图上。在这个简单的例子中，将使用primitives库，这个库内包含基本的逻辑门。为了访问这个