FPGA開發(fā)流程概述

開始學(xué)習(xí)FPGA，想盡快上手FPGA開發(fā)，那么先來(lái)了解一下FPGA的開發(fā)流程。

1、需求分析到模塊劃分

需求說(shuō)明文檔；器件選擇（邏輯資源、功耗、IO數(shù)量、封裝等等）；配置電路考慮；開發(fā)工具選擇；電路板的可拓展性考慮；在線調(diào)試和板級(jí)調(diào)試考慮；分模塊設(shè)計(jì)。

2、設(shè)計(jì)輸入到綜合優(yōu)化

設(shè)計(jì)輸入：原理圖、Verilog、VHDL

綜合：指的是將較高層次的電路描述轉(zhuǎn)化成較為低層的電路描述。就是將設(shè)計(jì)代碼轉(zhuǎn)成底層的與門、非門、RAM、觸發(fā)器等基本邏輯單元相互連接而成的網(wǎng)表，綜合工具使用Synplicity的Synplify，也可使用器件廠商提供的開發(fā)工具進(jìn)行實(shí)現(xiàn)（實(shí)現(xiàn)指的是：翻譯、映射、布局布線）。

代碼設(shè)計(jì)完成后，最好先使用開發(fā)工具進(jìn)行語(yǔ)法檢測(cè)，之后進(jìn)行功能仿真，此處仿真不涉及時(shí)序上的延時(shí)。仿真工具首推ModelTech公司的ModelSim，也可以用ISE的Quartus 2進(jìn)行簡(jiǎn)單仿真。

3、實(shí)現(xiàn)到時(shí)序收斂

實(shí)現(xiàn)：

翻譯---將綜合后的結(jié)果轉(zhuǎn)化成所選器件的底層模塊和硬件原語(yǔ)；

映射---將翻譯的結(jié)果映射到具體器件上；

布局布線---根據(jù)用戶的設(shè)計(jì)約束，進(jìn)行布局布線，完成FPGA內(nèi)部邏輯的連接；

時(shí)序收斂：（設(shè)計(jì)關(guān)鍵，必須滿足時(shí)序收斂）

工具的最紅布局布線滿足設(shè)計(jì)者輸入的時(shí)序約束要求。

4、仿真到板級(jí)調(diào)試

仿真和板級(jí)調(diào)試用于主要的驗(yàn)證。FPGA的板級(jí)調(diào)試一個(gè)很大的問(wèn)題在于同步觀察接口信號(hào)數(shù)量受限，很難觀測(cè)內(nèi)部信號(hào)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，假若純板級(jí)調(diào)試，就消耗太大的人力物力了。

FPGA仿真很重要，但是和其他軟件開發(fā)中的仿真概念不大一樣。時(shí)序電路，邏輯的每一步變化都是由時(shí)終沿來(lái)觸發(fā)的，調(diào)試時(shí)控制時(shí)鐘頻率顯然不能達(dá)到單步的效果。

開發(fā)團(tuán)隊(duì)一般不會(huì)嚴(yán)格地執(zhí)行所有的三次仿真，一般做行為仿真和時(shí)序仿真，當(dāng)我們熟練的可以編寫可綜合的代碼，我們只需要進(jìn)行功能仿真，時(shí)序仿真也一般不做，我們會(huì)花時(shí)間去做深入細(xì)致的時(shí)序約束，通過(guò)時(shí)序報(bào)告分析解決時(shí)序問(wèn)題。

關(guān)于FPGA的調(diào)試有很多種方法，借助示波器和邏輯分析儀的調(diào)試方法最常用。如ISE的Chipscope、Quartus 2、SignalTap 2。練習(xí)的時(shí)候可以使用Quartus 2 。

關(guān)于Quaryus 2的開發(fā)流程，在該軟件的help---PDF_Tutorials---Verilog HDL users：

Quartus 2的工程建立、使用、編譯，在此就不一一贅述，但是要明白Task窗口的編譯步驟：

Compile Design ---- 使用說(shuō)明

Analysis & Synthesis ---- 分析綜合

Fitter（Place & Route） ---- 適配（布局布線）

Assembler（Generate programming files）---- 產(chǎn)生相應(yīng)的編程下載配置的文件，一般是 bit數(shù)據(jù)流，sof/pof格式

TimeQuest Timing Analysis ---- 時(shí)序分析

EDA Netlist Writer ---- 給 Quartus 2 支持的第三方提供網(wǎng)表

Program Derice （Open Programmer） ---- 配置