FPGA入门及Quartus II使用教程

FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在可编程阵列逻辑PAL(Programmable Array Logic)、门阵列逻辑GAL(Gate Array Logic)等可编程器件的基础上上进一步发展的产物。

可以这样讲，ASIC(Application Specific Integrated Circuit )内部的所有资源，是用积木堆积起来的小房子，可以是一个欧美风情的房子，还可以是一个北京四合院…….而FPGA内部就可以说是一个个小积木，也就是内部有大量的资源提供给我们，根据我们的需求进行内部的设计。并且可以通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

第一章 FPGA的基本开发流程

下面我们基于 Altera 公司的 QuantusII 软件来说明FPGA 的开发流程。 下图是一个典型的基于Quartus II的FPGA开发整体流程框图。

1、建立工程师每个开发过程的开始，Quartus II以工程为单位对设计过程进行管理。

2、建立顶层图。可以这样理解，顶层图是一个容器，将整个工程的各个模块包容在里边，编译的时候就将这些模块整合在一起。也可以理解为它是一个大元件，比如一个单片机，内部包含各个模块，编译的时候就是生成一个这样的大元件。

3、采用ALTERA公司提供的LPM功能模块。Quartus软件环境包含了大量的常用功能模块，比如计数器、累加器、比较器等等。

4、自己建立模块。由于有些设计中现有的模块功能不能满足具体设计的要求，那就只能自己设计。使用硬件描述语言，当然也可以用原理图的输入方法，可以独立的把它们当成一个工程来设计，并且生成一个模块符号(Symbol)，类似于那些LPM功能模块。这里可以理解为，如果我们需求的滤波器，没有现成的合适的，那我们可以通过LC自己来搭建一个滤波器。 5、 将顶层图的各个功能模块连线起来。这个过程类似电路图设计，把各个芯片连起来，组成电路系统。

6、系统的功能原理图至此已经基本出炉了，下一步就是选择芯片字载体，分配引脚，设置编译选项等等。

7、编译。这个过程类似软件开发里德编译，但是实际上这个过程比软件的编译复杂的多，因为它最终要实现硬件里边的物理结构，包含了优化逻辑的组合，综合逻辑以及布线等步骤。

8、编译后会生成2个文件，一个是*.sof文件，一个是*.pof文件，前者可以通过JTAG方式下载到FPGA内部，可以进行调试，但断电后数据丢失；后者通过AS或者PS方式下载到FPGA的配置芯片里边（EEPROM或者FLASH），重新上电后FPGA会通过配置将数据读出。

9、对于复杂的设计，工程编译好了，我们可以通过Quartus软件或者其他仿真软件来对设计进行反复仿真和验证，直到满足要求。（主要是时序仿真）。

第二章 基于Quartus II的实例

一、建立工程

首先，打开Quartus II软件。

接下来，建议一个新工程

第一行，是所建工程的路径，第二工程项目名称，第三项，是填好后，如下图

下边一直点击NEXT，直到出现以下界面

Family里边选择Sratix II，Available devices里边选择EP2S60F672C5(具体内容根据你所使用的芯片所决定)，接着点NEXT，不需要做任何修改了，一直点到Finish。到此为止，工程已经建立完成。需要建立一个Block Diagram/Schematic File，点击File->New出现如下图。