FPGA設(shè)計開發(fā)軟件Quartus II的使用技巧之： 約束及配置工程

5.7 約束及配置工程

設(shè)計好工程文件后，首先要進行工程的約束。約束主要包括器件選擇、管腳分配及時序約束等。時序約束屬于較為高級的應(yīng)用，通過時序約束可以使工程設(shè)計文件的綜合更加優(yōu)化。下面對這幾種約束方式進行介紹。

5.7.1 器件選擇

選擇“Assignments”菜單中的“Device”選項，如圖5.29所示。

圖5.29 選擇器件

在打開的器件設(shè)置對話框中，選用cyclone系列ep1c12Q240c8（或ep1c6Q240c8）型號FPGA，速度等級為8，如圖5.30所示。

圖5.30 器件選擇設(shè)置對話框

除了選擇器件的型號外，還要注意要選擇“Device Pin Options…”選項，打開器件配置對話框。在“General”選項卡中設(shè)置配置的方式（AS模式或JTAG模式），并選擇配置器件，如EPCS4，如圖5.31所示。

在“Unused Pins”選項卡中可以設(shè)置未使用管腳的工作狀態(tài)，如設(shè)置成輸入三態(tài)，如圖5.32所示。

圖5.31 設(shè)置配置模式 圖5.32 未使用管腳設(shè)置

5.7.2 管腳分配

選擇器件后，就可以為設(shè)計文件進行管腳分配了。選擇“Assignments”菜單中的“Pins”選項，打開管腳分配器，如圖5.33所示。

圖5.33 管腳分配器

已經(jīng)編譯過的所有輸入輸出信號都會自動顯示在分配列表中，無需手動添加。按照用戶的設(shè)計需求進行管腳定義，然后再編譯整個工程文件，即可進行下載。

5.7.3 時序約束

分配管腳后，在執(zhí)行完全編譯（Full Compilation）之前，可以利用“Assignments Editor”和“Settings”菜單的“Timing Requirements Options”對系統(tǒng)信號的時序特性進行設(shè)置，也可以使用“Timing wizard”向?qū)碓O(shè)置時序約束條件。

設(shè)置時需約束后，經(jīng)過完全編譯，Timing Analyzer即可對設(shè)計自動進行時序分析。也可以在完全編譯期間進行時序分析，或在初始編譯后單獨進行時序分析。然后使用報告窗口、時序逼近布局圖和list_path_tcl命令查看時序結(jié)果。

時序約束要求允許為整個工程、特定設(shè)計實體或個別實體、節(jié)點引腳等設(shè)置所需的速度性能。如果未指定時序約束條件，Timing Analyzer將使用默認設(shè)置運行分析。

一般的時序約束包括最大頻率、建立時間、保持時間、時鐘至輸出延時、引腳至引腳延時以及最低時序要求等。還可以對多個時鐘域、路徑切割選項和默認外部延時等進行設(shè)置。下面是幾種常見約束的定義。

· fmax（最大頻率）：在不違反內(nèi)部建立時間（tsu）和保持時間（th）要求下可以達到的最大時鐘頻率。

· tsu（時鐘建立時間）：在觸發(fā)寄存器計時的時鐘信號已經(jīng)在時鐘引腳確立之前，經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入或使能端輸入而進入寄存器的數(shù)據(jù)必須在輸入引腳處出現(xiàn)的時間長度。

· th（時鐘保持時間）：在觸發(fā)寄存器時鐘信號已經(jīng)在時鐘引腳確立之后，經(jīng)由數(shù)據(jù)輸入或使能端輸入而進入寄存器的數(shù)據(jù)必須在輸入引腳處保持的時間長度。

· tco（時鐘至輸出延時）：時鐘信號在觸發(fā)寄存器的輸入引腳上發(fā)生轉(zhuǎn)換之后，再由寄存器饋送信號的輸出引腳上取得的有效輸出所需的時間。

· tpd（引腳至引腳延時）：指定可接受的最少的引腳至引腳延時，引腳處信號通過組合邏輯進行傳輸并出現(xiàn)在外部輸出引腳上所需的時間。

運行時序分析或者完整編譯之后，在“Processing”菜單中選擇“Compilation Report”選項，在彈出的報告欄中選擇“Timing Analyzer”即可產(chǎn)看分析結(jié)果。

5.7.4 配置工程

下面來介紹最常用的兩種FPGA配置模式。

1．JTAG模式

JTAG模式直接將邏輯下載至FPGA。這種模式下載速度快，但掉電即失，適合進行電路調(diào)試時使用，下載文件類型為sof文件。

首先確認電纜已連接到主機與FPGA實驗平臺的JTAG插座上，選擇“Tools”菜單的Programmer下載器，如圖5.34所示。

圖5.34 選擇下載器

打開如圖5.35所示的下載器后，通過“Hardware Setup”按鈕選擇下載電纜（如USB、LPT、ByteBlasterII等）。然后選擇JTAG下載模式，并把“Program/Configure”勾上，即可進行下載。

圖5.35 下載器對話框

2．AS（Active Serial）模式

AS模式將邏輯下載至配置芯片上（如EPCS4）。這種模式下載速度相對較慢，但掉電不失，適合調(diào)試結(jié)束后固化最后版本邏輯時使用，下載文件類型為pof文件。

首先確認電纜已連接至AS插座上。選擇“Tools”菜單的Programmer下載器，同樣選擇電纜后，選用AS下載方式，再將“Program/Configure”勾上，即可下載，如圖5.36所示。

圖5.36 AS下載模式