【正点原子FPGA连载】第四章Quartus II软件的安装和使用 -摘自【正点原子】新起点之FPGA开发指南_V2.1

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第四章Quartus II软件的安装和使用

Quartus II是Altera公司的综合性FPGA开发软件，可以完成从设计输入到硬件配置的完整FPGA设计流程。本章我们将学习如何安装Quartus II软件以及Quartus II软件的使用方法，为大家在接下来学习实战篇打下基础。本章包括以下几个部分：

44.1Quartus II软件的安装 4.2USB Blaster驱动安装 4.3Quartus II软件的使用 4.4SignalTap II软件的使用

4.1Quartus II软件的安装 Altera公司每年都会对Quartus II软件进行更新，各个版本之间除界面以及其它性能的优化之外，基本的使用功能都是一样的，我们光盘中提供的是相对稳定的Quartus II 13.1版本，接下来我们安装Quartus II 13.1（以下简称Quartus）版本的软件。首先在新起点FPGA开发板资料盘(B盘)→QuartusII_13.1文件夹下找到Quartus的安装包文件（注意：由于光盘容量有限，我们将FPGA开发软件Quartus II和仿真软件Modelsim放在B盘），文件列表如图 4.1.1所示：在这里插入图片描述

图 4.1.1 Quartus安装包文件夹双击运行“QuartusSetup-13.1.0.162.exe”文件，进入如图 4.1.2所示的Quartus软件的安装引导页面。在这里插入图片描述

图 4.1.2 Quartus安装引导-欢迎页面我们直接点击【Next>】，进入如图 4.1.3所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.3 Quartus安装引导-声明页面先选中“I accept the agreement”，然后点击【Next>】，进入如图 4.1.4所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.4 Quartus安装引导-安装路径选择页面在这里，我们选择的路径是D:\altera\13.1（这里一定要注意不能出现中文路径），Quartus软件需要大约6G的安装空间，大家可根据电脑磁盘空间的大小来选择相应的路径，注意安装路径中不能出现中文、空格以及特殊字符等。接下来点击【Next>】，进入如图 4.1.5所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.5 Quartus安装引导-器件选择页面上图是FPGA的器件安装页面，由于软件安装包和Cyclone系列器件支持包放在了同一个文件夹下，软件在这里已经自动检测出器件，我们保持默认全部勾选的页面，点击【Next>】，进入如图 4.1.6所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.6 Quartus安装引导-总结页面由上图可知，Quartus软件需要大约6G的安装空间，我们直接点击【Next>】，进入如图 4.1.7所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.7 Quartus安装引导-正在安装页面接下来，进入正式安装过程，此过程会耗费较长的时间，具体时间跟电脑配置有关。经过一段时间的等待之后，Quartus软件安装完成，进入如图 4.1.8所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.8 Quartus安装引导-安装完成页面至此，Quartus软件安装完成，我们直接点击【Finish】，接下来会弹出如图 4.1.9和图 4.1.10所示页面。在这里插入图片描述

图 4.1.9 Altera反馈选择页面上图中的页面，我们直接点击【OK】。在这里插入图片描述

图 4.1.10 Quartus授权使用页面在License Setup Required页面中可以选择30天试用期，也可以通过购买正版的Altera 的License等途径来正常使用（请查看安装包目录下“安装说明.txt”）。 4.2USB Blaster驱动安装 USB Blaster是Altera FPGA的程序下载器，通过计算机的USB接口对Altera的FPGA和配置芯片进行编程、调试以及下载等操作。电脑必须在安装驱动后，USB Blaster才能正常工作，具体的安装方法如下。首先需要将USB线一端连接下载器，另一段插到电脑的USB接口上面。然后打开电脑的设备管理器，电脑的设备管理器打开方法为：右键点击桌面的【计算机】→【管理】→【设备管理器】，打开后的界面如图 4.2.1所示。在这里插入图片描述

图 4.2.1 设备管理器打开界面从上图的界面中，我们可以在其它设备下面看到USB-Blaster设备，前面有个黄色的感叹号，说明电脑已经识别到下载器，但设备的驱动没有安装。右击选中【USB-Blaster】，并选择【更新驱动程序软件§…】，如图 4.2.2和图 4.2.3所示界面。在这里插入图片描述

图 4.2.2 设备管理器选择更新驱动程序软件界面在这里插入图片描述

图 4.2.3 更新驱动程序软件界面在上图的界面中，我们点击第二个选项【浏览计算机以查找驱动程序软件】，进入如图 4.2.4所示页面。在这里插入图片描述

图 4.2.4 更新驱动程序软件路径选择界面点击【浏览】按钮选择驱动程序的路径为Quartus软件安装目录D:\altera\13.1\qurtus\drivers，点击【下一步】，进入如图 4.2.5所示界面。在这里插入图片描述

图 4.2.5 USB-Blaster安装确认界面在弹出的安全提示框里，选中“始终信任…”前面的方框，然后点击【安装】按钮开始安装驱动程序，安装程序完成后进入如图 4.2.6所示页面。在这里插入图片描述

图 4.2.6 驱动程序软件更新完成界面从上图中的页面，我们可以看到，Altera US-Blaster驱动更新完成，然后直接点击【关闭】即可。这时刷新一下设备管理器，在通用串行总线控制器里出现了Altera USB-Blaster，并且图标前面的感叹号已经没有了，说明下载器已经可以正常使用了，如图 4.2.7所示。在这里插入图片描述

图 4.2.7 设备管理器USB-Blaster驱动安装完成界面 4.3Quartus II软件的使用在开始使用Quartus软件之前，我们先来了解一下Quartus软件的使用流程，如图 4.3.1所示。在这里插入图片描述

图 4.3.1 Quartus软件使用流程从上图可以看出，首先打开Quartus软件，然后新建一个工程，在新建工程的时候，我们可以通过创建工程向导的方式来创建工程；工程建立完成后，我们需要新建一个Verilog顶层文件，然后我们将设计的代码输入到新建的Verilog顶层文件中，并对工程进行配置；接下来我们就可以对设计文件进行分析与综合了，此时Quartus软件会检查代码，如果代码出现语法错误，那么 Quartus软件将会给出相关错误提示，如果代码语法正确，Quartus软件将会显示编译完成；工程编译完成后，我们还需要给工程分配引脚，引脚分配完成后，接下来就开始编译整个工程了；在编译过程中，Quartus软件会重新检查代码，如果代码及其它配置都正确后，Quartus软件会生成一个用于下载至FPGA芯片的.sof文件。最后，我们通过下载工具将编译生成的.sof文件下载至开发板，完成整个开发流程。在这里，我们只是简单的介绍了一下上述的流程图，让大家有个大致的了解，接下来我们就以流水灯实验的工程为例，对每个流程进行详细的操作演示，一步步、手把手带领大家学习使用Quartus II软件。 4.3.1新建工程在创建工程之前，我们建议大家在硬盘中新建一个文件夹用于存放自己的Quartus工程，这个工程目录的路径名应该只有字母、数字和下划线，以字母为首字符，且不要包含中文和其它符号。我们在电脑的E盘Verilog文件夹中创建一个flow_led文件夹，用于存放本次流水灯实验的工程，工程文件夹的命名要能反映出工程实现的功能，本次是以流水灯的实验为例，所以这里将文件夹命名为flow_led。然后在flow_led文件夹下创建4个子文件夹，分别命名为：doc、par、rtl和sim。doc文件夹用于存放项目相关的文档，par文件夹用于存放Quartus软件的工程文件，rtl文件夹用于存放源代码，sim文件夹用于存放项目的仿真文件。创建的文件夹目录如图 4.3.2所示。在这里插入图片描述

图 4.3.2 工程文件目录建议大家在开始创建工程之前都要先创建这四个文件夹，如果说工程相对简单，不需要相关参考文档或者仿真文件的话，doc文件夹和sim文件夹可以为空，但是对于复杂的工程，相关文档的参考与记录以及仿真测试几乎是必不可少的，所以我们从简单的实验开始就要养成良好的习惯，为我们设计复杂的工程打下基础。接下来启动Quartus II软件，我们直接双击桌面上的Quartus II 13.1 (64-bit)软件图标（如果是32位系统为Quartus II 13.1 (32-bit)），打开Quaruts II软件，Quartus II软件主界面如图 4.3.3所示。在这里插入图片描述

图 4.3.3 Quartus II 软件主界面 Quartus软件默认由菜单栏、工具栏、工程文件导航窗口、编译流程窗口、主编辑窗口以及信息提示窗口组成。在菜单栏上选择【File】→【New Project Wizard…】来新建一个工程。如图图 4.3.4所示。在这里插入图片描述

图 4.3.4 新建工程操作界面新建工程向导说明页面如图图 4.3.5所示。在这里插入图片描述

图 4.3.5 创建工程向导-介绍页面在“Introduction”介绍页面中，我们可以了解到在新建工程的过程中要完成以下五个步骤： 1)工程的命名以及指定工程的路径； 2)指定工程的顶层文件名 3)添加已经存在的设计文件和库文件 4)指定器件型号 5)EDA工具设置接下来我们可以单击上图页面下面的【Next>】按钮进入图 4.3.6所示页面。在这里插入图片描述

图 4.3.6 创建工程向导-工程名及路径页面图 4.3.1.5的第一栏用于指定工程所在的路径；第二栏用于指定工程名，这里我们建议大家直接使用顶层文件的实体名作为工程名；第三栏用于指定顶层文件的实体名。这里我们设置的工程路径为E:/Verilog/flow_led/par文件夹，工程名与顶层文件的实体名同为flow_led。文件名和路径设置完毕后，我们单击【Next】按钮，进入下一个页面，如图 4.3.7所示。在这里插入图片描述

图 4.3.7 创建工程向导-添加设计文件页面在该页面中，我们可以通过点击【…】符号按钮添加已有的工程设计文件（Verilog或 VHDL文件），由于我们这里是一个完全新建的工程，没有任何预先可用的设计文件，所以我们不用添加，直接单击【Next】按钮，进入如图 4.3.8所示页面。在这里插入图片描述

图 4.3.8 创建工程向导-选择器件页面这里我们要根据实际所用的FPGA型号来选择目标器件，由于我们新起点FPGA开发板主芯片是Cyclone IV E系列的“EP4CE10F17C8”，所以在Device Family一栏中选择“Cyclone IV E”。 Cyclone IV E系列的产品型号较多，为了方便我们在Available device一栏中快速找到我们开发板的芯片型号，我们在Package一栏中选择FBGA封装，Pin Count选择256引脚，Speed grade速度等级一栏中选择8，之后在可选择的器件中只能看见四个符合要求的芯片型号了，选中“EP4CE10F17C8”，接着我们再单击【Next】按钮进入如图 4.3.9所示页面。在这里插入图片描述

图 4.3.9 创建工程向导-EDA工具设置页面如图 4.3.9所示，在“EDA Tool Settings”页面中，我们可以设置工程各个开发环节中需要用到的第三方EDA工具，比如：仿真工具Modelsim、综合工具Synplify。由于本实例着重介绍Quartus II软件，并没有使用任何的EDA工具，所以此页面保持默认不添加第三方EDA工具，直接单击【Next>】进入图 4.3.10所示页面。在这里插入图片描述

图 4.3.10创建工程向导-总结页面从该页面中，我们可以看到工程文件配置信息报告，接下来我们点击【Finish】完成工程的创建。此时返回到Quartus软件界面，可以在工程文件导航窗口中看到我们刚才新建的flow_led工程，如果大家需要修改器件的话，直接双击工程文件导航窗口中的“Cyclone IV E:EP4CE10F17C8”即可，Quartus显示界面如图 4.3.11所示。在这里插入图片描述

图 4.3.11工程创建完成界面 4.3.2设计输入下面我们就来创建工程顶层文件，我们在菜单栏中找到【File】→【New】，如图 4.3.12所示。在这里插入图片描述

图 4.3.12 新建设计文件操作界面弹出如图 4.3.13所示页面，由于我们使用Verilog HDL语言来作为工程的输入设计文件，所以在Design Files一栏中选择Verilog HDL File，然后点击【OK】按钮。在这里插入图片描述

图 4.3.13 选择语言这里会出现一个Verilog1.v文件的设计界面，用于输入Verilog代码，如图 4.3.14所示。在这里插入图片描述

图 4.3.14 创建Verilog文件工程界面接下来我们在该文件中编写流水灯代码，流水灯的代码如下：

1   module flow_led(
2       input               sys_clk  ,  //系统时钟
3       input               sys_rst_n,  //系统复位，低电平有效
4       
5       output  reg  [3:0]  led         //4个LED灯
6       );
7   
8   //reg define
9   reg [23:0] counter;
10  
11  //*****************************************************
12  //**                    main code
13  //***************************************************** 
14                                                                                                                                                                                                                          
15  //计数器对系统时钟计数，计时0.2秒
16  always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
17      if (!sys_rst_n)
18          counter

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