最详细FPGA/CPLD开发流程快速入门指南-基于Altera QuartusII(1)

一、概述
本文以简单的26位分频器工程实例为蓝本，从头至尾演示工程建立的所有细节及注意事项，以便新手用户快速掌握QuartusII的入门操作知识
二、声明
本文以ALTERA QuartusII11.0版本进行演示，虽然是针对CPLD EPM240T100开发平台所做的入门指导书，但这些流程对于FPGA设计是完全通用的。另外，本文在行文时描述的QuartusII步骤操作，均使用菜单方式，事实上，大多数操作可以直接使用工具栏上的快捷按钮，读者可自行熟悉，执行的结果与菜单操作都是一致的
三、基本思路
工程实例建立的基本步骤如下：
（1）工程建立：建立与您的开发平台相对应的工程，比如您的开发平台是EPM3064，则后续的工程开发也应该基于该芯片进行
（2）逻辑设计：这里包括很多设计手段，如AHDL、VHDL、Verilog HDL、原理图等等 ，由于本文讲的是QuartusII设计流程，不会过多关注此步骤
（3）逻辑综合：逻辑综合用于宏观上您设计的逻辑判断是否有错，同时分析出逻辑设计中的IO引脚，以便后续进行IO引脚的分配
（4）引脚分配：将逻辑设计中的IO分配到实际器件中的IO引脚
（5）逻辑编译：全编译工程逻辑，并生成可用于下载的烧录文件
（6）逻辑下载：将逻辑下载到实际的开发平台中进行验证或使用
四、工程建立
下面我们来详细描述一个实际工程是如何建立的：
（1）打开QuartusII后，初始界面应如下图所示：

（2）选择菜单【File】→【New Project Wizard…】后，即可弹出如下图所示的新工程向导对话框：

设置工程目录位于D:/demo，并将工程名命名为“demo”，同时软件会自动将顶层设计模块名填充为“demo”，因为QuartusII的工程名必须与顶层设计文件的模块名一致，否则编译将出错
（3）选择【Next >】后，即可进入如下图所示的添加文件页表。此页表适用于源码文件已经准备完好的情况，这样直接添加源文件即可将其加入当前工程。本文为了更详细展示设计流程，重新建立源码文件，不进行添加操作。

（4）选择【Next >】后，即可进入如下图所示的器件选择页表项。您的开发平台是什么芯片型号，就在此页表选择相对应的器件型号，如果选择的器件型号与您实际使用的芯片型号不一致，在逻辑下载步骤时将会出错（如果你手头没有开发板，只是为了学习HDL语言或熟悉软件，随意选择一个资源多点的就可以，防止因为HDL逻辑规模太大资源不够用而出现编译错误）。
由于ALTERA的器件非常多，因此QuartusII提供一些过滤选项，以协助我们快速找到对应的器件。本文的开发平台芯片型号为“EPM240T100I5N”，该芯片为MAXII系列（Family），封装（Package）为“TQFP”，引脚数量（Pin count）为“100”，速度等级（Speed grade）为“5”，如下图所示：（对于EPM3032/3064或FPGA也是同样的方法，如果您按照此对话框设置后，没有找到您需要的器件型号，说明您可能没有安装该芯片对应的器件库）

对于本工程实例，设置好器件型号后，就可以直接选择【Finish】即可进入“第五节逻辑设计”即可，但如果您想了解其它页表项，可继续往下阅读。
（5）选择【Next >】后即可进入EDA工具设置页表项。QuartusII支持很多第三方工具，比如综合工具、仿真工具等等，第三工具通常在某一方面更为专业，特别是仿真工具，QuartusII已经不再提供仿真功能，只能用第三方仿真工具，如Modelsim来进行仿真。
由于我们的实例比较简单，且仅注重开发流程，因此我们对此步骤不做调整（后续我们将详述）

（6）选择【Next >】后，即可进行进入如下图所示的总结（Summary）页表，这里简要显示了您之前所做的所有设置，如果没有问题的话，选择【Finish】即可

五、逻辑设计
工程建立完成后，就可以开始着手进行逻辑的设计了
（1）选择菜单【File】→【New…】即可弹出如下图所示的新建（New）对话框，QuartusII支持很多的逻辑设计输入方式，这里我们选择“Verilog HDL File”，表示我们将使用Verilog HDL语言作为本工程的逻辑设计输入方式。

（2）选择【OK】后，QuartusII将默认新建一个名为“Verilog1.v”的文件，我们将工程示例代码拷贝进去，此时应如下图所示：

注意：这个源代码的模块名demo是与左边Project Navigator中工程名是一致的，而且是必须的
（2）选择菜单【File】→【Save】后，将文件保存在工程目录，并将其命名为“demo.v”即可，如下图所示：

注意：文件名不一定必须是“demo.v”，QuartusII只要求模块名与工程名相同，不要求与文件名相同
完成后此时应如下图所示：

六、逻辑综合
逻辑设计完毕后，可以初步对逻辑进行综合，以判断是否有诸如语法错误、逻辑错误等异常，并可初步对IO引脚进行分析
（1）选择菜单【Processing】→【Start】→【Start Analysis & Synthesis】后，即可开始进行逻辑设计的综合过程，完成后应如下图所示：


（2）菜单选择【Tools】→【Netlist Viewers】→【RTL Viewer】后即可出现RTL（寄存器传输级）图，通常，对于简单的逻辑错误，使用RTL可以看出来。本文要实现的是26位分频器，下图表示，每到来一个时钟，即使用Add0加法器将当前tmp寄存器中的值累加1，再通过一个clk_out~reg0将最高位输出，这正好应证了我们的设计思路。

七、引脚分配
逻辑综合如果顺利的话，设计中的输入输出引脚信息已经被分析出来，我们要做的就是将逻辑中的引脚分配到实际器件的引脚
（1）选择菜单【Assignments】→【Pin Planner】后，即可打开PinPlanner对话框。我们根据EPM240T100开发板规格书中的引脚说明（对于任何一块开发板，都必将有一个开发板的原理图或接口引脚号的说明书，用来描述开发板上主芯片与外围的连接关系），将其引脚如下图所示分配即可：

八、逻辑编译
引脚分配完成后，就可以对工程进行全编译，这包括逻辑综合、适配、时序分析等步骤，本文暂不关注这些细节
（1）选择菜单【Processing】→【Start Compilation】后，即可开始全编译过程，如果顺利的话，：


在总结中显示了当前工程编译后所占用的资源情况，本工程使用51个宏单元，占用总设计资源的21%，使用了2个引脚（即clk与clk_out），占用总引脚的3%

九、逻辑下载
逻辑全编译后即可生成下载文件，对于CPLD开发平台，通常是.pof文件，对于FPGA开发平台，还可以是.sof、.jic等文件
（1）选择菜单【Tools】 → 【Programmer】后，在弹出的对话框中勾选“Program/Configure”，表示我们将要进行烧录操作，

如果您没有插上下载器或下载器有异常，上图中USB-Blaster[USB-0]处将会显示“NoHardware”，这时您应该看看驱动是否安装，或下载器是否正常，如果确定都正常，可以点击左侧的Hardware Setup…按钮，弹出的对话框中列表中将有Usb blaster项，点击即可。
（2）将开发平台按规格书所述供好电源，再正确插上USB-Blaster JTAG口，点击【Start】按钮即可开始进行文件烧录过程，