EDA应用实习软件平台QuatusII简明使用指南邹海英编黑龙江工程学院电子工程系2010年12月·哈尔滨一、Quartus Ⅱ简介Quartus II是美国Altera公司于2000年推出的FPGA/CPLD开发设计的集成软件环境，能够直接满足特定设8BA1需要，为可编程芯片系统(SOPC) 提供全面的设计环境，是Altera 前一代FPGA/CPLD开发软件MAX+PLUS II的更新换代产品。
至今已相继推出了Quartus II 1.0，5.0，6.0，7.2等很多版本，2009年11月又推出最新的Quartus II软件9.1，与以前的软件版本相比，其新特性和增强功能将编译时间缩短了20%。
Quartus II 软件集成了FPGA 和CPLD 开发流程中所用到的所有工具和第三方软件接口。
我们可以使用Quartus II 软件完成FPGA 和CPLD 设计的所有阶段，也可以在设计的不同阶段使用自己熟悉的EDA 工具，如在输入综合阶段利用第三方的输入与综合工具，如Leonardo Spectrum、FPGA Compiler II、Synplify、Synplify Pro等，在仿真阶段利用第三方的仿真工具，如ModelSim、VCS MX等。
Quartus II 软件同时支持自上而下或自下而上的渐进式设计流程以及基于模块的设计方法。
使用Quartus II 模块编辑器、文本编辑器、Mega Wizard 插件管理器和EDA设计输入工具还可以设计Altera宏功能模块、参数化模块库(LPM) 功能和知识产权(IP)。
Quartus II 软件还提供全面的命令行界面解决方案。
它允许使用命令行可执行文件和选项完成设计流程的每个阶段。
另外，Quartus II还可以与MATLAB和DSP Builder相结合，进行FPGA的DSP系统开发。
二、Quartus II软件开发流程Quartus II软件的开发流程如图2-1所示。
主要包括设计输入、综合、布局布线、时序分析、仿真、编程和配置。
1.设计输入设计输入即使用Quartus II软件的模块编辑器、文本编辑器、MegaWizard插件管理器及其他EDA输入工具，建立系统设计，并同时使用分配编辑器设定约束条件。
2.综合综合是将建立好的设计翻译成由与门、非门和触发器等标准逻辑单元组成的链接，并根据目标器件和约束条件优化生成的逻辑链接，输出edf或vqm等标准格式的网络表文件。
3.布局布线布局布线即是将综合后生成的网络表文件进行分析布局布线结果、优化布局布线等。
4.时序分析时序分析允许用户分析设计中所有逻辑的时序性能，它可以观察和报告时序信息，如建立时间、保持时间、延时和最大时钟频率等时序特性。
在默认情况下作为全编译的一部分自动运行。
5.仿真仿真即是对用户的设计进行模拟验证。
仿真分为功能仿真和时序仿真。
功能仿真用来验证电路功能是否符合设计要求；时序仿真包含了延时信息，能够较好地反映芯片的工作情况。
6.编程和配置编译成功后，就可以对器件进行编程（Program）和配置（configure），即通过编程器或变成电缆向FPGA或CPLD下载，以便进行硬件调试和验证。
一般来说，将对CPLD的下载成为编程，对FPGA 的SRAM 下载成为配置，但对于反熔丝结构和Flash 结构的FPGA 的下载和对FPGA 专业配置ROM 的下载仍称为编程。
图2-1 Quartus II 软件的开发流程由于Quartus II 软件包括一个具有分析和综合器、适配器、汇编器和时序分析器等模块的模块化编译器，所以开发流程中的综合、时序分析以及布局布线中的适配都可由全编译命令一键运行，而分配编辑和引脚规划等均可归为约束输入，所以按照一般可编程逻辑器件的设计步骤，主要介绍设计输入与约束输入、编译、仿真、编程和配置。
三、操作步骤例解（一）设计输入：１、软件的启动：单击“开始”进入“程序”选中“Quartus II 6.0，打开“”Quartus II 软件，如图3-1所示。
图3-1２、启动File\New菜单，弹出新建文件类型选择窗口，如图3-2所示。
单击鼠标选择Block Diagram/Schematic File，单击OK，之后就直接进入新建的原理图编辑状态，如图3-3所示。
图3-2图3-3若在图3-2所示中选择最后一项VHDL File，单击OK，之后就直接进入新建的VHDL 文本编辑状态，如图3-4所示。
3、在设计电路之前要先保存文件，启动File\Save菜单，弹出命名窗口，如图3-5所示：图3-5选择文件存盘路径，注意，路径及文件不要采取汉字命名，命名文件后点击确定，弹出如图3-6对话框。
注意文件名要和所描述器件的顶层实体名一致，当然名字最好能够反映器件特性，并且不要与Quartus软件自带的库元件名相冲突。
图3-64、此时，软件问你是否需要建立与所建立文件相适应的工程文件，这里一定是点击“是”，即建立一个工程文件。
弹出一个对话框，点击“Next”，出现对话框如图3-7所示：图3-7注意，这里第一项为项目存盘路径，默认为前面文件存盘路径，这里不要改动，下面两栏也不要改动，点击“Next”，出现对话框如图3-8所示：图3-8点击“Next”，出现器件系列和设置对话框，如图3-9所示：图3-9该对话框主要用来确定目标器件，以及目标器件的封装、引脚数量和速度等级。
先在“Family（系列）”选项下拉菜单中选择“MAX7000S”，随后在“Available Devices”多选框中选择“EPM7128SLC84-15”，即EDA实验箱中的目标器件。
如果以后需要修改，可以点击Assignments/Device重新设置，点击“Next”，出现第三方工具对话框，如图3-10所示：图3-10这里我们使用Quartus II自带工具，不引入第三方EDA工具，直接点击“Next”，出现工程总览对话框，如图3-11所示：图3-11点击“Finish”完成，进入原理图文件编辑状态，进行电路设计。
（二）电路的编译与适配点击Processing\Start Compilation菜单，或者点击按钮开始编译，并显示编译结果，生成下载文件，以被硬件下载编程时调用。
如果有错误待修改后再进行编译适配。
编译成功后如图3-12所示。
图3-12如果你设计的电路顺利地通过了编译，在电路不复杂的情况下，就可以对芯片进行编程下载，测试硬件。
如果你的电路有比较复杂，那么其仿真就显得非常必要。
（三）电路仿真与时序分析Quatuts II软件支持电路的功能仿真（或称前仿真）和时序分析（或称后仿真）。
众所周知，开发人员在进行电路设计时，非常希望有比较先进的高效的仿真工具出现，这将为你的设计过程节约很多时间和成本。
由于EDA工具的出现，和它所提供的强大的（在线）仿真功能迅速地得到了电子工程设计人员的青睐，这也是当今EDA(CPLD/FPGA)技术非常火爆的原因之一。
下面就Quartus II软件仿真功能的基本应用在本实验中作一下初步介绍，在以后的实验例程中将不再贅述。
1、启动File\New菜单，弹出设计输入选择窗口，如图3-13所示：图3-13如图选择仿真用的波形文件，点击“OK”，进入仿真界面，并按默认文件名存盘，如图3-14所示：图3-142、添加仿真节点在图3-14光标位置双击，弹出如图3-15对话框：图3-15这时可以在“name”处填写对应VHDL文件中要仿真的节点，配合其它选项，点击“OK”，反复操作即可将全部节点倒入仿真文件。
或者，在图3-15点击，进入如图3-16对话框：图3-16图3-16中Filter选项选择“Pins:all”，点击，得到列表，如图3-17所示：图3-17单击选择左列欲仿真节点，通过、、和按钮，选择或删除欲仿真的I/O管脚。
单击OK按钮，列出仿真电路的输入、输出管脚图，如图3-18所示。
在本电路中，3-8译码器的输出为网格，表示未仿真前输出是未知的。
图3-183、准备为电路输入端添加激励波形。
选中欲添加信号的管脚，窗口左边的信号源即可变成可操作状态，如图3-19中箭头和圆括号所示。
根据实际要求选择信号源种类，在本电路中选择时钟信号就可以满足仿真要求。
图3-194、选择仿真时间：视电路实际要求确定仿真时间长短，点击Edit/End Time，弹出如图3-20所示对话框。
本实验中，我们选择软件的默认时间1us就能观察到3-8译码器的8个输出状态。
图3-205、为输入端添加信号：先选中A输入端，然后再点击窗口左侧的时钟信号源图标添加激励波形，出现图3-21所示的对话窗口：图3-21将其它输入引脚通过和也给出时序，保存并点击Processing/Start Simulation或按钮开始仿真。
仿真成功确定得到时序如如图3-22所示：图3-22将标尺拖至欲测量的地方，查看延时情况，如图3-19所示。
从上图可以看到，这个电路的在实际工作时序。
至此，你已完成和掌握了软件的仿真功能。
（四）管脚的重新分配与定位：启动Assignments/Pins菜单命令，双击“Location”和“To”选择对应引脚，引脚分配之后要保存，但不必进行二次编译，如图3-23所示：图3-23如果用户对芯片引脚不熟悉，还可以通过Assignments/Pin Planner查看器件引脚图，如图3-24所示：图3-24在图3-24所示中将各个节点拖拽到所需配置的引脚中去即可，配置好的IO引脚显示为红色实心圆。
※配置完引脚后需再次全编译。
（五）、器件下载编程与硬件实现启动Tools\Programmer菜单或按钮，如图3-25所示的对话框，如果是第一次启用的话，请你填写硬件类型，点击按钮，请选择“ByteBlaster(MV)”并按下OK 确认即可。
注意，请把“Program/Configure”选上。
图3-25点击Start按钮，开始编程下载。
下载过程中Progress进度逐渐增长，下载完成后显示100%。
若Messages窗口显示编程成功信息，则编程文件已成功下载至目标器件。