1、ISE的安装现以ISE 5.2i为例介绍Xilinx ISE Series的安装过程。

1）系统配置要求ISE 5.2i推荐的系统配置与设计时选用的芯片有关。

因为在综合与实现过程中运算量非常大，所以对系统配置要求很高。

为了提高综合、仿真、实现过程的速度，对于计算机的CPU的主频、主板和硬盘的工作速度，尤其是内存大小配置都有非常高的要求。

在ISE 5.2i支持的所有Xilinx的FPGA/CPLD中，要求最低的Spartan II和XC9500/XL/XV等系列需要的内存和虚拟内存推荐值均达到128MB，而对于Virtex-II XC2V8000来说，需要的内存和虚拟内存推荐值均高达3GB。

2）ISE 5.2i的安装以中文版Windows XP操作系统为例加以说明。

（1）启动Windows XP，插入ISE5.2i安装光盘，自动或选择执行Install.exe，安装界面如图4.25所示。

图4.25 ISE5.2i安装界面（2）单击此时安装界面上的操作选择“下一步”直到出现图示对话框，输入有效的Registration ID。

之后单击“下一步”选择安装路径；再之后点击“下一步”，会弹出图4.26的对话框，可以选择器件模型。

图4.26 器件模型选择对话框（3）点击“下一步”，如图4.27所示，可以选择器件种类。

图4.27 器件种类选择对话框通过以上步骤后，可根据具体情况来选择，继续“下一步”即可完成安装。

安装完成后，环境变量应作如下描述：若操作系统是Windows NT/2000/XP，选择开始－>控制面板－>系统－>选项－>系统－>高级－>环境变量，在环境变量中加入：变量名：Xilinx变量值：C：Xilinx（即安装路径）具体设置如图4.28所示。

图4.28 环境变量设置操作图3）安装第三方软件在PC上安装完ISE之后，还需要安装第三方仿真软件，如ModelSim等。

2 ISE工程设计流程下面主要概述ISE的基本开发流程以及在开发过程中的各个阶段需要用到的工具软件。

图4.29 说明了利用Xilinx公司的ISE开发设计软件的工程设计流程，具体分为五个步骤：即输入（Design Entry）、综合（Synthesis）、实现(Implementation)、验证（Verification）、下载（Download）。

图4.29 ISE的工程设计流程1）图形或文本输入(Design Entry)图形或文本输入包括原理图、状态机、波形图、硬件描述语言（HDL），是工程设计的第一步，ISE集成的设计工具主要包括HDL编辑器（HDL Editor）、状态机编辑器（StateCAD）、原理图编辑器（ECS）、IP核生成器（CoreGenerator）和测试激励生成器（HDL Bencher）等。

常用的设计输入方法是硬件描述语言（HDL）和原理图设计输入方法。

原理图输入是一种常用的基本的输入方法，其是利用元件库的图形符号和连接线在ISE软件的图形编辑器中作出设计原理图，ISE中设置了具有各种电路元件的元件库，包括各种门电路、触发器、锁存器、计数器、各种中规模电路、各种功能较强的宏功能块等用户只要点击这些器件就能调入图形编辑器中。

这种方法的优点是直观、便于理解、元件库资源丰富。

但是在大型设计中，这种方法的可维护性差，不利于模块建设与重用。

更主要的缺点是：当所选用芯片升级换代后，所有的原理图都要作相应的改动。

故在ISE软件中一般不利用此种方法。

为了克服原理图输入方法的缺点，目前在大型工程设计中，在ISE软件中常用的设计方法是HDL设计输入法，其中影响最为广泛的HDL语言是VHDL和Verilog HDL。

它们的共同优点是利于由顶向下设计，利于模块的划分与复用，可移植性好，通用性强，设计不因芯片的工艺和结构的变化而变化，更利于向ASIC的移植，故在ISE软件中推荐使用HDL设计输入法。

波形输入及状态机输入方法是两种最常用的辅助设计输入方法，使用波形输入法时，只要绘制出激励波形的输出波形，ISE软件就能自动地根据响应关系进行设计；而使用状态机输入时，只需设计者画出状态转移图，ISE软件就能生成相应的HDL代码或者原理图，使用十分方便。

其中ISE工具包中的 StateCAD 就能完成状态机输入的功能。

但是需要指出的是，后两种设计方法只能在某些特殊情况下缓解设计者的工作量，并不适合所有的设计。

2）综合（Synthesis）综合是将行为和功能层次表达的电子系统转化为低层次模块的组合。

一般来说，综合是针对VHDL来说的，即将VHDL描述的模型、算法、行为和功能描述转换为FPGA/CPLD基本结构相对应的网表文件，即构成对应的映射关系。

在Xilinx ISE中，综合工具主要有Synplicity公司的Synplify/Synplify Pro，Synopsys公司的FPGA Compiler II/ Express， Exemplar Logic公司的LeonardoSpectrum和Xilinx ISE 中的XST等，它们是指将HDL语言、原理图等设计输入翻译成由与、或、非门，RAM，寄存器等基本逻辑单元组成的逻辑连接（网表），并根据目标与要求优化所形成的逻辑连接，输出edf和edn等文件，供CPLD/FPGA厂家的布局布线器进行实现。

3）实现(Implementation)实现是根据所选的芯片的型号将综合输出的逻辑网表适配到具体器件上。

Xilinx ISE的实现过程分为：翻译（Translate）、映射（Map）、布局布线（Place & Route）等3个步骤。

ISE集成的实现工具主要有约束编辑器（Constraints Editor）、引脚与区域约束编辑器（PACE）、时序分析器（Timing Analyzer）、FPGA底层编辑器（FGPA Editor）、芯片观察窗（Chip Viewer）和布局规划器（Floorplanner）等。

4）验证（Verification）验证(Verification)包含综合后仿真和功能仿真（Simulation）等。

功能仿真就是对设计电路的逻辑功能进行模拟测试，看其是否满足设计要求，通常是通过波形图直观地显示输入信号与输出信号之间的关系。

综合后仿真在针对目标器件进行适配之后进行，综合后仿真接近真实器件的特性进行，能精确给出输入与输出之间的信号延时数据。

ISE可结合第三方软件进行仿真，常用的工具如Model Tech公司的仿真工具ModelSim和测试激励生成器HDL Bencher ，Synopsys公司的VCS等。

通过仿真能及时发现设计中的错误，加快设计中的错误，加快设计进度，提高设计的可靠性。

每个仿真步骤如果出现问题，就需要根据错误的定位返回到相应的步骤更改或者重新设计。

5）下载（Download）下载（Download）即编程（Program）设计开发的最后步骤就是将已经仿真实现的程序下载到开发板上，进行在线调试或者说将生成的配置文件写入芯片中进行测试。

在ISE中对应的工具是iMPACT。

3 VHDL设计操作指南首先进入ISE工程管理器（Project Navigator）界面，如图4.30所示。

Project Navigator是ISE所用集成工具的连接纽带，通过使用Project Navigator，设计者可以创建、组织和管理自己的设计。

图4.30 ISE工程管理器界面ISE提供了许多示例工程，这些工程都存放在ISE文件当中，可以通过File->Open Example来打开。

ISE为我们提供了一个很有特色的工具，那就是语言辅助模板（Language Templates）。

点击Edit->Language Templates，可以调用语言辅助模板，其界面如图4.31所示。

图4.31 ISE语言辅助模板示意图在语言模板中存放了很多HDL语言的通用语法结构和使用范例，特别是许多根据Xilinx器件IP核与硬件原语编写的实例化程序。

使用语言模板，可以方便地把这些语法结构和范例插入到设计者自己的代码文件中，大大方便了程序的编写，提高了工作效率。

语言模板按照ABEL、COREGEN、UCF、 Verilog和VHDL的顺序存放在模板视窗中。

其中COREGEN的UCF是ISE 5.x新增辅助模板。

COREGEN 模板由两个目录组成，分别存放当前工程中生成的IP核的Verilog和VHDL实例化文件，基内容与IP核生成器生成IP核时自动生成的实例化文件（.veo，.vho）相同。

UCF模板也分成两个目录，依次存放CPLD和FPGA的用户约束文件（.ucf）的约束范例。

这个模板使手工编辑UCF文件更加容易。

ABEL、Verilog和VHDL三大语言模板大致可以分为下列4个项目:（1）器件例化（Component Instantiation）：该模板仅存在于Verilog和VHDL 中，给出了块RAM（Block RAM）、数字时钟延迟锁相环（Clock DLL）、数字时钟管理单元（DCM）、分布式RAM/ROM（Distributed RAM/ROM）、全局时钟缓冲（Global Clock Buffer）、查找表（LUT）、基于查找表的移位寄存组（SRLUT）、I/O器件、乘法器和选择器（MUX）等器件模块的实例化范例。

（2）语法模板（Language Templates）：该模板给出了基本语法规则和应用范例。

（3）综合模板（Synthesis Templates）：该模板给出了可综合实现的一些基本单元模块的范例，如乘法器、计数器和触发器等。

（4）用户模板（User Templates）：该模板存放用户自己创建的特定结构，是语言模板的功能扩展。

4 ISE综合使用实例在NBA篮球比赛中有一个24秒进攻规则，即从获取球权到投篮击中篮板、篮框、命中或投篮被侵犯，其有效时间合计不能超过24秒，否则被判违例，将失去球权。

在此过程中，设置24秒、启动倒计时、暂停倒计时或者中途终止24秒（即球权归对方）均由裁判控制。

本实例就是设计一个用于篮球比赛的24秒倒计时器，并且为了模拟现场比赛情况，系统中设置了24秒预设键K1、倒计时启动键K2和倒计时暂停键K3，并将计时精度设置为0.1秒。

各按键具体功能如下：K1键按下，LED灯显示24秒；K2键按下，倒计时；K3键按下，计时停止。

1）新建一个工程（Project）选择File / New Project命令，在图4.32所示对话框中输入工程名和工程目录，并设置器件参数。

本设计使用的器件为Spartan2，xc2s100，tq144，-5。