2.1.4Проектирование плис с помощью графического редактора сапр Quartus II Web Edition и библиотека элементов сапр
Графический редактор позволяет создать принципиальную схему узла, находящегося внутри ПЛИС. Принципиальная схема создается с использованием библиотечных элементов называемых символами (Symbol). Если проект сложный можно создать иерархическую схему. Из библиотечных элементов создаются узлы первого уровня иерархии, которые можно превращать в символы. Из полученных символов строятся узлы следующего уровня и т. д. до самого верхнего уровня. Для простого проекта достаточно соединить символы и ввести название входов и выходов (одновременно, это будут контакты микросхемы).
Библиотека САПР Quartus II Web Edition содержит стандартный набор элементов цифровой электроники: логические элементы, триггеры, функциональные элементы, память. Библиотека разделена на 3 раздела: примитивы, макрофункции и мегафункции.
К примитивам (primitives) относятся логические элементы и триггеры.
Макрофункции (others/maxplusII) – набор функциональных элементов, принятых для разработки цифровых устройств на микросхемах средней степени интеграции. Набор способствует преемственности в использовании устаревших, но отлаженных схемных решений. Недостатком набора является отсутствие параметров для настройки элементов на нужное количество разрядов.
Мегафункции (megafunctions) – набор функциональных элементов, предназначенных для проектирования цифровых устройств на ПЛИС. набор является оптимизированным для фирмы Altera и содержит все элементы цифровой электроники, причем параметризованные. Элементы легко подстраиваются под количество разрядов, количество вспомогательных сигналов и даже под количество функций.
После запуска Quartus II активизируется окно менеджера САПР и, по умолчанию, окно приглашение – Getting Started … . Выбирается либо создание нового проекта Create a New Project или открытие старого проекта Open Existing Project. Если окно приглашение не открыто, то же самое делается через меню File, но следует внимательно выбрать создание именно проекта New Project Wizard. Далее последовательно открываются окна настройки. В первом окне (page 1 of 5) вводится расположение проекта на диске. Пожалуйста, задайте англоязычное название папок (строка 1) (например, D:\MyPLIS) и проекта (строка 2) (например, Lab1). Нажмите Next. Окно page 2 of 5 пропустите (Next). В окне page 3 of 5 выберите семейство ПЛИС Cyclone III, все типы All и Auto device selected by the Fitter. Нажмите Finish. Проект создан и следует начать типовой процесс проектирования.
Графический редактор позволяет создать принципиальную схему узла, находящегося внутри ПЛИС. Принципиальная схема создается с использованием библиотечных элементов называемых символами (Symbol). Если проект сложный можно создать иерархическую схему. Из библиотечных элементов создаются узлы первого уровня иерархии, которые превращать в символы. Из полученных символов строятся узлы следующего уровня и т. д. до самого верхнего уровня. Для простого проекта достаточно соединить символы и ввести название входов и выходов (одновременно, это будут контакты микросхемы)
Откройте графический редактор, выбрав позицию меню File/New или кнопку чистого листа. В окне New выберите Block Diagram/Schematic File (Рис.4.13).
Откроется окно для принципиальной схемы. При освоении редактора полезно установить координатную сетку. Для этого выберите опцию меню View\Show Guidelines (после получения навыков работы сетка выключается по желанию).
Введите библиотечный символ, выбрав на панели инструментов слева кнопку меню Symbol Tool (третья сверху кнопка). Открывается окно Symbol. Внутри окна найдите поле Libraries. В этом поле выбираются следующие виды библиотек:
базовые примитивы пакета (папка primitives). Примитивы находятся на нижнем уровне иерархии и являются основой для построения символов следующего уровня и проектов;
непараметризованные модули (макрофункции), в том числе библиотека элементов средней степени интеграции (папка Others). Макрофункции имеют внутреннюю структуру (например, состоят из примитивов и связей между ними, или заданы текстом программы), но они не имеют параметров
параметризованные модули (мегафункции) (папка megafunctions). Мегафункции – это сложные символы с параметрами;
созданные пользователем модули (будут позднее расположены в рабочей папке проекта).
Выберите primitives и в папке logic выберите символ and2 двойным щелчком мыши (логический элемент «И» с двумя входами). Символ появится на рабочем поле редактора. Подобным образом вводится любой символ. Введите символы input («вход») и output («выход») из этой же библиотеки, папка pin. Сделайте копию символа input через контекстное меню (мышь указывает на символ).
Измените имя «входов» и «выходов» (двойной щелчок по надписи PIN_NAME).
Рис. 4.13 Окно New
В результате получите схему, изображенную на рис. 4.14.
Рис. 4.14 Принципиальная схема проекта
Обратите внимание на надпись VCC символа «вход». Он означает, что по умолчанию во время моделирования на данном входе будет установлена логическая «1» (VCC – вывод питания микросхемы). Можно изменить эту установку вводом надписи GND вместо VCC (GND – земля, т.е. логический «0»).
Схема простейшего устройства готова. Необходимо присвоить ей имя. Для этого через меню File/Save as… Имя файла автоматически называется по имени проекта (так и следует оставить).
Компиляция проекта осуществляется через меню Processing/Start compilation. При успешной компиляции в окне компилятора будет 0 ошибок (errors).
Моделирование узла заключается, главным образом, в построении временных диаграмм. Для построения диаграмм необходимо подготовить заготовку с помощью векторного анализатора. Для этого выберите меню File/New/Vector Waveform File. Появится окно временного анализатора. Через контекстное меню в поле построения диаграмм вызовите окно назначения анализируемых цепей Insert/Insert node or bus. Нажмите кнопку Node Finder в поле Filters установите Pins: all. Затем нажмите кнопку List. Слева появятся входы/выходы проекта. Переведите их в поле справа кнопкой >> и нажмите кнопку OK. Потом снова OK. Диаграммы анализатора будут обозначены. Введите тестовые сигналы. Для этого выделите «вход» и нажмите кнопку «Overwrite Clock» (кнопка с часами) на левой боковой панели инструментов. Нажмите OK. .Второй «вход» задайте также, но период сигнала Period задайте 20 нс, что в 2 раза больше предложенного. Нажмите OK. Сохраните заготовку, нажав на кнопку Save (с дискеткой) и присвойте файлу предложенное имя проекта. Кроме кнопки «Overwrite Clock» на левой панели инструментов можно воспользоваться другими кнопками. При этом полезно освоить инструмент привязки курсора мыши к сетке View/Snap to Grid:
увеличения и уменьшения временного масштаба;
установка 1 или 0 на входе. Если выделить всю временную диаграмму, то уровень сигнала будет постоянным. Но можно формировать сигнал «мышкой» выделяя часть временной оси и нажимая на соответствующую кнопку «1» или «0»;
установка неопределенного состояния X или высокоимпедансного состояния Z;
инверсия сигнала INV;
установка сигнала для входа типа «шина». Позволяет задать начальное число формируемое двоичными разрядами линий «шины», а также приращение – число (Increment By), на которое происходит увеличение при переходе к следующему интервалу времени длительностью Count Every;
установка сигнала для входа типа «шина». Позволяет задать число формируемое двоичными разрядами линий «шины».
Построение временных диаграмм выходов схемы осуществляется запуском Симулятора через меню Processing/Start simulation, т.е. запускается моделирование. После моделирования нужно перейти к временному анализатору (можно нажать кнопку Open и ответить Да ) (рис. 4.15). Получившаяся диаграмма соответствует логике работы элемента «И», но симулятор, кроме того, учитывает задержку, вносимую элементами ПЛИС.
Рис. 4.15 Временные диаграммы при входах лог. Элемента «И» in2 и clk и
выходе out1.
Внутренняя архитектура ПЛИС может быть просмотрена через меню Tools/Chip Planner.
Выбор Asignments/Pin Planner позволяет увидеть топологический вид микросхемы с информацией о номере вывода в соответствии со схемой.
После всех видов анализа проект уже сохранен на диск и размещается в одной папке.
После выхода из САПР Quartus II важен процесс возвращения к ранее созданному проекту. Для этого нужно выбрать File/Open Project/имя_проекта или выбрать проект из списка последних открывавшихся проектов.