《FPGA技术基础》实验一

FPGA实验指导书-1-实验一DE2的顶层默认程序这个实验为用户提供连接分配和顶层Verilog模块，这个模块也是这本手册所有其他实验的基础性模块。这个实验产生的编程文件是DE2开发板在出货时作为默认载入开发板的编程文件。本实验将介绍如何编译工程并把生成的编程文件下载到DE2开发板中。启动开发板（1）将USB线和电源连接到DE2板上。（2）按下电源开关，这时电源指示灯会被点亮。（3）你将看到以下现象：所有的LED灯都闪烁。所有七段数码管从0到F循环显示。液晶屏显示“WelcometotheAlteraDE2Board”。在VGA显示器上显示欢迎信息。将开关SW17置OFF，从LINEOUT插座输出1khz正弦波的声音；将开关SW17置ON并将一个MP3播放器的输出接到DE2板的LINE—IN端口，可从耳机里听到MP3播放的音乐。若将麦克风接到DE2板的MIC端口上，这样用户的声音可与MP3播放器混合。CycloneII中的顶层verilog模块这部分将介绍一个QuartusII工程中所需要的所有组件。它将让你了解如何使用QuartusII将代码转换成数据流下载的整个设计流程。按照以下步骤进行：（1）打开QuartusII软件。（2）点击File→OpenProject，如图1.1。图1.1打开QuartusII工程的菜单FPGA实验指导书-2-（3）在D:\DE2_Default目录下选中DE2_Default.qpf工程文件打开。（4）在“ProjectNavigator”工程导航区可查看该工程的层次、包含的所有文件、设计单元等信息。其中“File”下列出了整个工程包含的所有文件。双击顶层设计文件DE2_Default.v，可以看到文件的内容和I/O口的声明。在对每个引脚声明时加上了详细的注释，以便用户更好的明白每个引脚的功能。如图1.2所示。编译设计(1)使用Processing→StartCompilation菜单或者单击快捷工具条中的工具按钮运行编译器。编译过程分多个步骤完成，编译过程中各步骤的进程在“Status”状态区显示。若编译过程中没有错误出现，会弹出一个编译成功的提示框。编译过程中出现的提示信息会在“Messages”信息区出现。若编译过程中有错误出现，编译会自动终止，并在“Messages”信息区显示错误信息，每一个错误都有单独的一个错误信息提示。双击消息框中的错误信息提示，QuartusII会自动定位错误的位置。(2)编译结束后，QuartusII会自动打开一个CompilationReport窗口。该报告显示设计所用的逻辑单元及引脚等信息。可以通过窗口左侧的层次结构查看各部分的详细报告。(3)编译结束后生成了可以对FPGA进行配置的配置文件.sof文件和.pof文件。（可返回工程存放目录进行查看）FPGA实验指导书-3-FPGA实验指导书-4-FPGA实验指导书-5-FPGA实验指导书-6-图1.2DE2_Default.v文件的内容——所有顶层引脚的说明FPGA实验指导书-7-下载数据流（编程与配置FPGA）DE2板上内嵌了USBBlaster下载组件，可以通过一条USB连接线将DE2板与电脑相连，通过两种模式配置FPGA，不同的配置模式选择不同的配置文件。一种是JTAG模式，利用.sof文件配置FPGA，但掉电后，FPGA中的配置内容会丢失，再次上电需要用电脑对FPGA重新配置；另一种模式是AS模式，利用.pof文件对DE2板上的串行配置器件EPCS16进行编程，平台上电后，EPCS16自动配置FPGA。通过DE2板上的SW19（如图1.3所示）选择配置模式，SW19置于RUN位置，即选择JTAG模式配置；SW19置于PROG位置，则选择AS模式对EPCS16进行编程。图1.3开关SW19用JTAG模式配置FPGA的步骤如下：（1）在电源关闭的情况下，将SW19置于RUN。（2）打开DE2的电源。（3）在QuartusII中用Tools→Programmer菜单或快捷工具条中的工具按钮打开如图1.4所示的窗口，此时默认配置方式为JTAG模式。（4）若显示没有硬件，则单击HardwareSetup…按钮，打开硬件设置窗口，如图1.5所示。（5）双击USBBlaster，然后单击Close按钮，完成硬件设置。（6）此时.sof文件已经在文件列表中了。如果没有，则单击AddFile…按钮，添加该文件，如图1.6所示。这个文件是编译器产生的数据文件，包含了FPGA的配置数据。确认Device项列出的是EP2C35F672，选中Program/Configure选项。（7）单击Start按钮，开始编程，编程结束后，将看到开机所出现的现象。如果QuartusFPGA实验指导书-8-II提示错误，则检查电源及连接电缆。图1.4编程窗口图1.5硬件设置窗口图1.6更新后的编程窗口用AS模式对串行配置器件编程的步骤如下：（1）用Assignments→Settings…→Device菜单打开配置窗口来配置器件，如图1.7所示。FPGA实验指导书-9-（2）单击“DeviceandPinOptions…”按钮，打开器件及引脚选项窗口，切换到Configuration页，在Configurationdevice框中，选择EPCS16，如图1.8所示，单击OK按钮结束配置。图1.7器件配置窗口图1.8选择EPCS16作为配置器件（3）如果DE2电源已经打开，则关闭。（4）将SW19置于PROG位置。（5）重新打开DE2电源。（6）在QuartusII中用Tools→Programmer菜单或快捷工具条中的工具按钮重新打开FPGA实验指导书-10-配置窗口，在Mode下拉框中选择ActiveSerialProgramming，则会弹出窗口，提示是否清除现有器件，选择“是”清除当前器件。（7）单击AddFile…按钮，添加编译生成的.pof文件。此时Device项列出的是EPCS16。（8）选中Program/Configure选项，更新后的编程窗口如图1.9所示。（9）单击Start按钮，开始编程。编程结束后，关闭电源，将SW19重新置于RUN位置，再次上电，看到开机所出现的现象。如果QuartusII提示错误，则检查电源、连接电缆及SW19的位置是否正确。图1.9更新后的编程窗口注意：当第一次打开从其他地方复制过来的QuartusII工程文件时，打开Programming窗口，需要首先删除原有的SOF/POF文件，因为这些文件可能与当前的路径不同。具体操作是选中SOF/POF文件，然后点击Delete按钮。在退出QuartusII时，若保存QuartusII配置，则会保存当前SOF/POF文件路径。在添加一个新文件后，记得选中Program/Configure选项。FPGA实验指导书-11-实验报告须知为规范教学行为，强化良好习惯和科学实验技能的养成，对实验报告的内容和要求具体如下：一、实验内容二、实验目的三、实验器材（设备名称、型号、规格等）四、实验方法、步骤五、实验结果分析