完美使用Quartus II 13.1進行FPGA開發

一、Quartus II的基本介紹

Quartus II是一種FPGA開發工具，可以讓開發者在一種綜合流程中整合所有設計和驗證步驟。使用Quartus II時，開發者可以從原始設計概念到最終的被編程FPGA的綜合和驗證都在同一個軟體環境中進行。Quartus II系統允許您在一個單一的應用程序中完成從原型設計到生產的所有硬體開發步驟。

要使用Quartus II進行FPGA開發，需要先安裝Quartus II並安裝與目標FPGA晶元相關的FPGA設計套件（例如，Altera、Xilinx等）。

二、Quartus II的設計流程

在使用Quartus II進行FPGA開發時，以下是常見的設計流程：

1、設計輸入
您可以使用Quartus II中的IP（Intellectual Property）庫或自定義硬體設計。IP庫是一組預先構建好的硬體組件（例如，寄存器、計數器、加法器、乘法器等），旨在加速硬體開發過程。自定義硬體設計需要使用HDL（硬體描述語言）。

2、模擬
您可以使用Quartus II中的ModelSim模擬器進行模擬。在模擬期間，您可以模擬設計的輸入和輸出，並驗證其功能和功能。

3、綜合
一旦設計被檢查無誤並通過了模擬，就可以使用Quartus II的綜合工具將HDL代碼轉換為邏輯門級描述。它使用與目標FPGA晶元相關的庫來生成邏輯網表。

4、實現
在實現階段，Quartus II將邏輯網表映射到目標FPGA晶元上，並將其轉換為實際的電路元件。這個過程被稱為布局和布線。

5、後續操作
一旦FPGA晶元被編程，您可以使用Quartus II中的SignalTap II工具來監視設計內部的信號，並在設計中加入跟蹤器。此外，還可以使用Quartus II中的時間分析工具來進行定時分析。

三、基本示例：實現一個簡單的計數器

接下來，我們將演示如何使用Quartus II 13.1實現一個簡單的計數器，以展示Quartus II的基本功能。

    library ieee;
    use ieee.std_logic_1164.all;

    entity counter is
        port (
            clk       :  in std_logic;    --時鐘信號
            rst_n      :  in std_logic;   --同步重置信號
            enable_n  :   in std_logic;   --計數器啟用位，低電平有效
            count     :  out std_logic_vector(7 downto 0) --計數器，8位無符號數
        );
    end counter;

    architecture behave of counter is
        signal count_temp: unsigned(7 downto 0);  --中間寄存器
     
    begin
        process(clk, rst_n)
        begin
            if (rst_n = '0') then  
                --同步複位，計數器歸零
                count_temp  '0');
            elsif (clk'event and clk = '1') then
                --上升沿時計數器累加，如果不啟用或已經滿了則不累加
                if (enable_n = '0') then
                    count_temp <= count_temp + 1;
                end if;
            end if;
        end process;
        count <= std_logic_vector(count_temp);
    end behave;

四、小結

使用Quartus II 13.1進行FPGA開發是一項非常有價值的技能。Quartus II擁有一整套工具和流程，可用於將概念設計轉換為在FPGA晶元上運行的物理電路。在您掌握Quartus II的基本工具和設計流程後，您將可以使用Quartus II的強大功能輕鬆開發出FPGA應用程序。