FPGA 入门实战：基于 Quartus 的 LED 点亮工程

LED 功能框图

LED 波形图

记得做完以后保存到 doc 文件夹中。就此，我们的工程前提工作已经就绪，接下来就要新建工程，开始备菜了。

(2) 工程配置

接着，在 Quartus 中新建工程，工程要放到 quartus_prj 文件夹中：

对于以下页面，主要是将写好的代码文件和新建工程绑定在一起，Quartus 只有在列表里看到了这个文件，才会去读取它，生成对应的电路。不过我们还没有开始写代码，所以目前就不用添加代码文件了。

接下来是器件选择，这里做个解释：

1. Family 是器件族，就是说使用的哪类芯片，这个在 FPGA 板芯片上有介绍，这里使用的是 Cyclone IV E 系列芯片。
2. Package 是封装类型，这里选的是 Any QFP 封装。这时候就有读者要问了：'配置为什么和官方文档给的不一样呢'，其实这块板 CPU 型号是 EP4CE10E22C8N，我们来对这串数值进行拆解：
   • a) EP4CE 是产品系列，也就是上面 Family 中选择的芯片型号：Cyclone IV 系列 E 型。
   • b) 后面的 10 就是 10k 个逻辑单元。
   • c) 再后面的 E 就是 EQFP 类型封装，归类在 QFP 大类下，所以在 Package 中选择的是 Any QFP 封装。
   • d) 22 就对应着 Pin count 中的引脚数量，即 144 个。
   • e) C 对应着工作温度，0-85°，这个可做了解。
   • f) 8 则对应着速度等级，也就是 Speed grade 中的 8。
   • g) N 就是工艺标识，无铅工艺，这个也做简要了解。

相信看完这个，大家已经懂得怎么去读一个 FPGA 芯片型号了，同时在讲解的过程中，我们也把工程配置好了。对于下面的 Available devices，就不做详细解说了。要说的是，在新建工程中的配置一定要和 CPU 严格对应好，不然是很影响后面的编译结果的。

(3) 代码编写

看完食谱备好食材了之后，就要开始写代码。当然就是在 Notepad++ 中。此时，我们在 rtl 文件夹下新建一个名为 led.v 的文本文件，然后用 Notepad++ 打开。

回想一下第一步在工程准备中对 quartus_prj 文件夹的介绍：'quartus_prj 作为工程中枢.....向下访问 rtl 获取硬件代码'，也就是说，编写完代码以后，还要让 quartus_prj 这个文件夹访问提取使用才可以，那怎么才能实现这个流程呢？接下来就要回到 Quartus 软件，将编写的代码（led.v 文本文件）添加到工程中，这样 quartus_prj 就可以访问 rtl 获取硬件代码了，具体的步骤就不展示了，在相关文档中有详细介绍。至此，代码部分就完成了。

(4) 仿真验证

代码写好以后，就要对代码进行编译和仿真。这里不做步骤解释了，简要看一下这个任务栏（Task）是干啥的：

• Start Project：工程初始化，包含新建工程、选择芯片型号、添加源文件等等，可以从这里面新建工程、打开已有工程等等。
• Create Design：设计输入与文件管理的核心入口，可以从这里面新建代码文件、打开已有代码文件等。
• Assign Constraints：主要是导入约束文件、进行引脚分配等。
• Compile Design：负责代码语法检查 - 布局布线 - 生成下载文件 - 时序分析 - 下载到开发板，讲明白点就是做了一些我们'尝菜'的部分操作。
• Verify Design：则是整个工程的收尾操作，负责打包整个 led 工程，也就是归档，然后导出工程数据库。

说完了这些，来看看 RTL 视图，所谓 RTL 视图，就是将写的代码转换成硬件电路：

可以看出，这和我们在 Visio 软件中设计的 LED 电路是一样的，同时代码编译也是没有问题的。完成这一步之后，就要去做仿真测试了。那么有些读者就会问，明明 RTL 视图已经和我们的设计电路一样的，那为什么还要做仿真测试呢？其实 RTL 视图做的就是将代码综合成硬件电路，但是不知道电路输入和输出的状态，因此就要跑仿真，证明代码逻辑在实际运行中是正确的。

此处的仿真代码与文件添加就不再多述了，但是要在这里向大家解释一下输出网表的概念，因为在文档中频繁出现。所谓输出网表，说白了就是把代码翻译成 FPGA 能读懂的硬件电路而已，所以'输出网表的语言格式'就是 Verilog 语言咯，'输出网表的时间单位'就是做仿真时的时间单位。

仿真波形

在得到仿真波形以后，对比在 Visio 中绘制的波形图，是一模一样的。也就是说，RTL 视图和 ModelSim 的仿真，无论是硬件电路还是输入输出波形都与初始设计高度吻合，因此，'品尝'这一步已经做好了。

(5) 引脚分配

仿真这一步做的已经没有问题了，接着就要分配引脚了，就是具体看按键 SW1 和 LED1 具体分配在电路板上的哪些引脚。因为 EP4CE10E22C8N 型芯片是把 key_in 和 led_out 两个分配到 IOBANK_3 里面了，因此引脚配置如下：

key_in @ IOBANK_3 led_out @ IOBANK_3

最后提醒大家一下，尤其是在分配引脚时，一定一定要参考手册或者原理图来，不然轻则工程无法实现，重则芯片烧毁。至此，我们已经装盘了，后续的步骤参照官方文档来即可。