原创 FPGA学习手记（一） FPGA入门及建立FPGA开发环境

FPGA学习手记（一） FPGA入门及建立FPGA开发环境

一直没有勇气涉足FPGA领域，虽说在学院限选课里也学过大规模可编程逻辑器件，接触过Quartus II和VerilogHDL，但毕竟大学课程都是些理论与皮毛，大可不必当真。此后将目光投向ARM，并一直在学习或参与基于各种MCU的设计，学习CPLD/FPGA的设想就一直仅作为设想而搁置一旁。

后来临末之时，突然又起了兴趣。这一方面是将来必然要涉及更高速度的电路和数据处理，也因为手头还算宽裕。索性就淘宝了一款阿杜觊觎已久的FPGA核心板（后来大呼上当 >_<），开始试足于FPGA的深水中，但求小心徐行，不要被淹屎才好。

作手记，已备重拾只用。

欲善其事，先利其器。这个道理大家都懂，一套完整好用的开发工具是必须的。本人使用的是EP2C5T144核心板+专业版USB Blaster下载线（我不是卖板子的，品牌隐去），板上只有一片FPGA和配置芯片EPCS4。受了阿杜的蛊惑，买的仓促，后来才注意没有外部RAM（没法做大量数据的处理了），既然已经买了，暂且用着。另外自己焊了一块MCU入门外设板，包括LED、按键、AD、蜂鸣器和简易RS232串口。如下：

丑了点，不过很好用。 关键是可以省钱 ^_^，无论核心板还是外设板都能够重复利用，总觉得买个功能简陋的外设板不划算，如果没有条件自己搭设的童鞋可以买一块带外设的开发板，当然要买就买个齐全一些的，只有些小灯数码管EEPROM什么的就算了吧。

HDL语言采用VerilogHDL，听老师说如果不做系统级设计Verilog和VHDL是差不多的，而VHDL或稍逊色一些。开发环境Quartus II 9.1，Altera路线，要走Xilinx路线的可绕道。

如果作为入门，可以选一本书或者看视频（比如特权同学的）。看视频当然更易于入门，不过稍显繁琐了，书本一般比较简要，急性子的人可以通过视频快速上手以后，转而通过专业书学习。不过不管再怎么学，不动手做些东西是不行的，做个小项目或者DIY可以使你摆脱四脚书橱的命运。好了，不说废话了……

EP2C5T144的最小系统包括电源稳压、配置芯片、晶振、JTAG/ASP接口和I/O接口等。上原理图：EP2C5Core.pdf

运行Quartus II，通过New Project Wizard  建立工程，设置工程路径、名称以及顶层实例的名称。这里都是HelloFPGA。

之后添加文件，如果有已完成的文件，可以添加尽力啊，这里将在稍后新建文件，直接跳过。

选择芯片，这里是Cyclone II系列的EP2C5T144C8。Cyclone是Altera的低成本产品系列，更高性能的可以选择Stratix系列。

设置其他工具接口，根据已安装的第三方工具设置，如仿真工具中常用的ModelSim，此处不进行仿真，Next跳过，建立工程。

工程建好后，通过File -> New新建Verilog文件，保存为HelloFPGA.v

这里写一个按键控制小灯的程序，实现按下按键点亮板载LED。用过MCU的童鞋都知道按键是需要消抖的，FPGA的按键消抖常采用边缘检测+延时的方法，这里只是演示……代码如下：

module HelloFPGA(Key, LED);

input Key;

output LED;

wire LED=~Key;

endmodule

其中module HelloFPGA(Key, LED); 声明了名为HelloFPGA的模块和端口（注意后面的分号），建议模块名称与文件名相同。Key和LED分别定义为输入和输出信号，在不声明的情况下，信号默认为wire型。

wire LED=~Key; 一句相当于：

   wire LED;

assign LED=~Key;

由于核心板上LED高电平点亮，因而对按键输入信号取反。然后按  进行分析、综合。完成后会提示错误和警告数。

再点击  分配引脚，FPGA可以灵活分配引脚，极大地方便了PCB布线和后续设计。这里根据原理图上LED的位置和按键插线位置设置引脚，以及电平标准。

完成配置后，点击  编译工程，这样就生成了可以下载到FPGA和配置芯片的文件。在编译之前，还需要进行一些设置，在Settings中选择Device，再选择Device and Pin Options。

在中将不用的管脚设置为三态输入：

在配置选项卡里选择配置芯片，超出配置芯片容量的代码会得到提示。

点击进行下载，请确保正确安装了下载线驱动。点击Hardware Setup配置下载线，选择识别到的USB-Blaster，如果没有识别，请检查硬件连接和驱动。

JTAG模式可下载到FPGA中，掉电后会丢失，AS方式可下载到EPCS4配置芯片里（非易失），再次上电时配置芯片会对FPGA进行配置。通过Add File打开HelloFPGA.sof文件，选择Program/Configure，按Start下载。

结果如下，未按按键时小灯熄灭。

点亮！

如果采用AS方式，载入HelloFPGA.pof文件，设置如下：

断电后拔掉下载线，重新上电，没有产生想要的效果，可以更改这里的设置，就是前面配置EPCS芯片的地方。貌似是个BUG呀 >_<。