fpga入门详细示例，基于Altera DE2-115 开发板

### FPGA入门详细示例：基于Altera DE2-115 开发板 #### 引言 本教程旨在为读者提供全面的信息，帮助理解和掌握如何创建一个现场可编程门阵列（FPGA）的设计，并在Altera DE2-115开发板上运行。FPGA是一种高度可编程的集成电路，被广泛应用于各种电子系统设计中，因其灵活性和可重构性而备受青睐。本教程通过一系列详细的步骤指导，使初学者能够顺利地完成从设计到硬件验证的整个流程。 #### 设计流程概览 FPGA的设计流程大致可以分为以下几个主要步骤：设计输入、编译、仿真、编程以及硬件验证。其中，设计输入阶段可以通过原理图或硬件描述语言（如Verilog HDL或VHDL）来实现，接下来是编译、仿真、编程到目标FPGA，最后进行硬件验证。 - **设计输入**：此步骤中，设计者可以通过原理图输入或使用硬件描述语言（如Verilog HDL或VHDL）来描述电路逻辑。 - **编译**：在此阶段，将使用FPGA供应商提供的软件工具对设计进行综合与布局布线处理，以生成可以在FPGA上运行的位流文件。 - **仿真**：仿真是在编程之前对设计进行功能验证的过程，包括功能仿真和时序仿真，以确保设计满足功能需求并且时序正确。 - **编程**：将经过编译和验证的设计下载到目标FPGA芯片上。 - **硬件验证**：在实际硬件平台上验证设计的功能性和性能。 #### 准备工作 在开始设计前，你需要准备以下工具和材料： - Altera DE2-115 开发板：一款基于Altera Cyclone II EP2C35F672C6 FPGA的开发板，内置多种外设接口，非常适合于教学和开发用途。 - Quartus II软件：Altera公司提供的FPGA设计工具套件，用于设计输入、综合、布局布线、编程等操作。 - Verilog HDL或VHDL代码：用于描述数字电路逻辑的语言。 #### 教程内容概述 本教程将分为五个章节详细介绍： 1. **设计流程介绍**：阐述FPGA设计的一般流程及其重要性。 2. **设备配置**：如何在Quartus II软件中指定所使用的FPGA型号。 3. **设计输入**：包括添加PLL（锁相环）、多路复用器以及分配管脚等操作。 4. **编译与验证设计**：介绍如何在Quartus II中编译设计以及下载程序到FPGA。 5. **DE2-115系统构建**：讲解如何使用DE2-115开发板上的系统构建工具进行高级配置。 #### 第一章：设计流程 - **设计流程**：本节介绍FPGA设计的基本步骤，从设计输入到硬件验证的整个过程。 - **开始前的准备**：列出进行设计所需的软件和硬件资源，并简述每个工具的作用。 - **学习目标**：明确本教程的目标，包括理解FPGA设计流程、掌握基本的设计输入方法等。 #### 第二章：设备配置 - **设备指定**：指导用户如何在Quartus II软件中选择正确的FPGA型号。 - **设计文件管理**：介绍如何组织和管理设计文件，以确保设计的整洁和易于维护。 #### 第三章：设计输入 - **PLL Megafunction**：介绍PLL Megafunction的添加方法及用途，PLL常用于时钟信号的生成与调整。 - **多路复用器**：解释如何添加多路复用器模块，用于选择多个输入中的一个作为输出。 - **分配管脚**：说明如何将设计中的信号与开发板上的物理引脚对应起来。 - **创建默认TimeQuest SDC文件**：介绍如何创建SDC文件以规定时序约束，这对于确保设计满足时序要求至关重要。 #### 第四章：编译与验证设计 - **编译设计**：详细讲解如何使用Quartus II工具进行编译操作。 - **编程FPGA设备**：指导用户如何将编译后的比特流文件下载到FPGA芯片中。 - **硬件验证**：介绍几种常用的硬件验证方法，确保设计能够在实际硬件环境中正常工作。 #### 第五章：DE2-115系统构建 - **系统构建工具**：介绍DE2-115开发板附带的系统构建工具，帮助用户进行更复杂的系统级配置。 #### 结语 本教程不仅提供了关于FPGA设计的基础知识，还通过实例展示了如何在Altera DE2-115开发板上实现具体的设计。通过遵循本教程的指导，初学者可以快速上手并掌握FPGA设计的关键技术点。此外，虽然本教程没有覆盖仿真这一重要环节，但在实际项目中，了解并掌握仿真技术对于保证设计质量至关重要。希望读者能够在此基础上进一步深入学习，探索更多FPGA设计的可能性。