FPGA設計開發軟件Quartus II的使用技巧之： 典型實例-SignalTap II功能演示

5.10典型實例9：SignalTapII功能演示

5.10.1實例的內容及目標

1．實例的主要內容

本節旨在通過給定的工程實例——“正弦波發生器”來熟悉AlteraQuartusII高級調試功能SignalTapII和IntentMemoryContentEditor的使用方法。同時使用基于AlteraFPGA的開發板將該實例進行下載驗證，完成工程設計的硬件實現。在本節中，將主要講解下面知識點。

·QuartusII原理圖輸入方式。

·QuartusII約束設計。

·QuartusII工程編譯。

·QuartusII硬件下載。

·SignalTapII在線調試。

·IntentMemoryContentEditor在線修改片上ROM數據。

通過這些知識點，按照實例的流程，讀者可以迅速地掌握使用QuartusII軟件高級調試技巧。

2．實例目標

通過詳細的流程講解，讀者應達到下面的目標。

·熟悉QuartusII原理圖設計方法。

·熟悉SignalTapII在線調試方法。

·熟悉IntentMemoryContentEditor在線修改片上ROM數據的方法。

5.10.2實例詳解

本實例將使用圖解的方式將整個流程一步一步展現給讀者，使讀者能夠輕松掌握開發的流程。

5.10.2.1工程系統框圖

本實例使用QuartusII自帶的宏模塊（MegaWizardPlug-inManager）來設計邏輯功能，并使用嵌入式硬件邏輯分析儀觀察結果。

正弦函數發生器的原理比較簡單，硬件實現也比較簡單：首先設計一個ROM用來存放正弦函數的幅度數據；用一個計數器來指定ROM地址（也就是相位）的增加，輸出相應的幅度值。這樣在連續的時間內顯示的就是一個完整的正弦波形。

系統的電路圖如圖5.40所示。

圖5.40系統電路圖

div模塊是分頻模塊，可以用前面設計過的分頻器的程序生成模塊（symbol），也可以使用Altera的計數器宏模塊來生成分頻器。

5.10.2.2添加分頻器模塊

1．將分頻文件添加到工程

將分頻器模塊div.v加入到工程中，在工程中打開分頻器模塊div.v（分頻器程序由讀者完成），如圖5.41所示。

2．產生.bsf文件

選擇“File”/“Create/Update”/“CreateSymbolFilesforCurrentFile”選項。軟件會自動分析div.v程序的語法錯誤，如圖5.42所示。

圖5.41分頻器VerilogHDL文件

圖5.42生成模塊菜單

3．修改程序語法錯誤

如果出錯則修改錯誤，直到沒有錯誤為止。此時軟件會自動生成div.bsf文件，此文件為原理圖中的模塊圖形。

4．在原理圖中加入分頻器模塊div.bsf

在原理圖文件中單擊“”按鈕，就可以加入剛剛建立的模塊，如圖5.43所示。

圖5.43在原理圖中添加分頻器模塊

5.10.2.3添加QuartusII系統自帶宏模塊

ROM和計數器都可以通過QuartusII自帶的宏模塊生成。

1．建立ROM初始化文件

在菜單中選擇新建文件，在“OtherFiles”中選擇“MemoryInitializationFile”選項，如圖5.44所示。

填入如圖5.45所示的正弦波幅度數據。當然也可以用MATLAB、C++或Excel的函數生成數據。保存文件，命名sin.mif。

圖5.44新建ROM初始化文件圖5.45輸入正弦波幅度數據

2．添加自帶宏模塊

在“Tools”菜單中選擇“MegaWizardPlug-PnManager”選項，出現如圖5.46所示的對話框，選擇新建宏模塊單擊“Next”按鈕。

圖5.46引用自帶宏對話框

圖5.47左側是QuartusII自帶的免費的宏模型，可以看到Quartus提供了很多免費的IP核。

其中ROM在storage目錄中，計數器counter在arithmetic目錄中。

3．添加ROM

在storage中選擇ROM，并在右側的選項欄中選擇Cyclone系列芯片，outputfile類型選擇VerilogHDL，并在下方選擇ROM文件的生成地址及名稱，如圖5.48所示。

圖5.47選擇系統自帶宏模塊

圖5.48選擇ROM宏模塊

單擊“Next”按鈕，設定ROM基本參數，包括ROM的位寬q、地址位寬（存儲深度）和時鐘。一般ROM的時鐘選為單時鐘控制Singleclock，如圖5.49所示。

單擊“Next”按鈕，設定ROM其他參數，設定輸出寄存器、時鐘使能端和異步清零。如果選中“qoutputport”，則會在輸出端加一級寄存器，如圖5.50所示。

單擊“Next”按鈕，接下來在對話框中填入ROM初始化文件，并選中“allowin-systemmemory”選項，并選擇名稱為“NONE”，如圖5.51所示。

圖5.49rom宏模塊基本參數設置

圖5.50設置ROM宏模塊其他參數

圖5.51設置ROM宏模塊初始化文件

單擊“Next”按鈕，完成設置，向導生成的文件如圖5.52所示。

圖5.52設置ROM宏模塊完成

4．添加計數器

引入計數器作為ROM的地址，當計數器地址遞增時，相應的ROM的地址遞增（正弦波的相位增加）。同樣的在“MegaWizardPlug-InManager”中選擇arithmetic數學庫中的“LPMCOUNTER”宏模塊，添加計數器，如圖5.53所示。

圖5.53新建計數器模塊參數

本實例中用的ROM寬度為8，深度為64，也就是數據寬度是8位，可以存64個數據。ROM有64個地址，因此計數器的位寬要定義為6位，如圖5.54所示。

圖5.54設置計數器宏模塊參數

一直單擊“Next”按鈕，使用系統默認設置，直到生成如圖5.55所示的文件輸出。

圖5.55完成計數器宏模塊設置

5.10.2.4添加端口

要添加輸入輸出端口，選擇按鈕，打開如圖5.56所示的對話框，然后選擇需要增加的端口形式。

圖5.56加入輸入輸出端口

添加后雙擊端口，給端口命名，總線型端口要命名name[N..0]的格式，如圖5.57所示。

圖5.57完成工程原理圖輸入

5.10.2.5編譯工程

按照2.5節進行語法分析，指定FPGA設備，指定管腳，整體編譯程序。在本實例中只需要對主時鐘管腳進行分配，即pin_153。

5.10.2.6使用SignalTapII觀察波形

1．建立SignalTapII文件

在菜單中選擇“Tools”/“SignalTapIILogicAnalyzer”選項，打開如圖5.58所示界面。

圖5.58新建SignalTapII文件

作如圖5.59所示的設置。

圖5.59SignalTapII文件設置

SignalTapII基本設置需注意以下問題。

（1）分頻時鐘作為采樣信號，不要放到被觀察的信號中。

（2）采樣信號不宜用作主時鐘，可以用作分頻后的時鐘，采樣條件可用Centertriggerposition。

下載程序，就可以看仿真的波形了。

2．設置SignalTapII高級觸發條件

在如圖5-58所示的添加觀察信號區域窗口中，將TriggerLevels選項改為Advanced，將Basic改為Advanced，則會彈出高級觸發設置頁面，如圖5.60和圖5.61所示。

圖5.60打開SignalTapII文件高級觸發設置

圖5.61SignalTapII文件高級觸發設置

本例中設置為當地址信號address＝0時開始觸發。從“nodelist”中拖入address信號，在“ObjectLibrary”/“ComparisonOperator”中加入equality，最后加入“InputObjects”/“BusValue”。得到如圖5.62所示的觸發條件。

圖5.62SignalTapII高級觸發設置結果

3．運行SignalTapII并觀察波形

首先整體編譯工程，在菜單欄中單擊按鈕，開始編譯。之后使用JTAG模式將程序下載到FPGA中運行。打開SignalTapII文件，選擇如圖5.63所示的下載電纜。

在InstanceManager中單擊按鈕進行一次觸發，將會得到如圖5.64所示的波形。

圖5.64觀察采樣數據數字顯示波形

因為開發板硬件沒有AD/DA功能，要想看模擬信號的輸出也可以用邏輯分析儀來完成。在信號名（比如q信號）上單擊右鍵，選擇“BusDisplayFormat”/“UnsignedLineChart”選項，如圖5.65所示。

圖5.65觀察采樣數據模擬顯示波形 圖5.66觀察采樣數據模擬顯示波形結果圖

此時，就可以顯示如圖5.66所示的模擬波形了。

5.10.2.7使用在線ROM編輯器

嵌入式存儲數據編輯器是通過JTAG下載電纜來觀看FPGA中ROM加載的數據的，不僅能觀看，還能在線修改數據，無需重新編譯與下載。

1．打開ROM編輯器

選擇“Tools”/“InsystemMemoryContentEditor”選項，打開如圖5.67所示的rom編輯器。

圖5.67打開在線ROM編輯器窗口

2．選擇下載電纜

使用打印口LPT1下載電纜，如圖5.68所示。

圖5.68設置下載電纜

3．選擇ROM標號

點擊設置ROM參數時指定的none的文件，將出現FPGA運行之中的ROM的數據，如圖5.69所示。

圖5.69選擇ROM標號

4．讀取ROM數據

右鍵單擊“NONE”，選擇“ReadDatafromSystemMemory”選項，就可以得到ROM中的數據了，如圖5.70所示。

圖5.70讀取ROM數據

5．修改ROM數據

通過編輯器，可以修改ROM中的數據。例如可以把數據中的幾個數改成0，然后單擊“write”，再回到邏輯分析儀中觀察波形，就可以發現其中的變化，如圖5.71所示。

圖5.71修改后ROM數據顯示

5.10.3小結

上述訓練流程就是一個完整的QuartusII硬件調試流程。雖然此訓練實現的功能比較簡單，但對于初學者來說，是一個不錯的入門訓練。其主要目的是讓初學者對的設計有一個初步的了解。通過該訓練來熟悉QuartusII的高級調試技巧，為今后的學習打下基礎。