第一篇??基礎(chǔ)篇

3.1安裝FPGA開發(fā)環(huán)境

3.1.1?安裝高云云源軟件

用戶可直接在高云官方網(wǎng)站的開發(fā)者專區(qū)下載最新版本的云源軟件GOWIN FPGA Designer，云源軟件有支持Windows和Linux兩種系統(tǒng)的版本。網(wǎng)站可下載教育版和全功能版，教育版不需要License即可使用，全功能版需在官網(wǎng)申請(qǐng)License方可使用。

申請(qǐng)License時(shí)需要填寫用戶電腦的MAC地址，即一個(gè)Licence只能用于一臺(tái)電腦使用。全功能版與教育版的主要區(qū)別在于支持的器件型號(hào)不同，教育版僅支持較小規(guī)模的器件，全功能版支持高云的所有PFGA器件。

雙擊高云云源軟件安裝程序，在打開的界面中依次單擊“Next”、“ＩAgree”按鍵，進(jìn)入到軟件安裝組件選擇對(duì)話框，如圖3-1所示。

圖3-1 云源軟件安裝組件選擇界面

圖3-1中的組件主要包括Gowin開發(fā)環(huán)境和程序下載組件Gowin programmer，默認(rèn)全選擇可，單擊“Next”進(jìn)入安裝路徑設(shè)置對(duì)話框，如圖3-2所示。用戶可以選擇軟件安裝的路徑。

圖3-2 ?云源軟件安裝路徑設(shè)置界面

單擊“Install”即可開始軟件安裝。由于云源軟件的功能比較簡(jiǎn)單，軟件安裝十分迅速。完成Gowin和Gowin programmer組件后，自動(dòng)彈出USB轉(zhuǎn)JTAG驅(qū)動(dòng)安裝界面，如圖3-3所示。

圖3-3 云源軟件USB轉(zhuǎn)JTAG驅(qū)動(dòng)安裝界面

云源軟件集成了USB轉(zhuǎn)JTAG（邊界掃描）驅(qū)動(dòng)，便于通過(guò)USB接口完成FPGA程序的下載功能，使用非常方便。

依次單擊“Next”，即可順利完成FTDI公司的USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T232HQ的驅(qū)動(dòng)安裝。本書配套開發(fā)板CGD100上集成了由FT232HQ做轉(zhuǎn)接的USB轉(zhuǎn)JTAG下載的電路模塊。

3.1.2?安裝ModelSim軟件

Mentor公司的ModelSim是業(yè)界最優(yōu)秀的HDL語(yǔ)言仿真軟件，它能提供友好的仿真環(huán)境，是業(yè)界唯一的單內(nèi)核支持VHDL和Verilog HDL混合仿真的仿真器。ModelSim采用直接優(yōu)化的編譯技術(shù)、單一內(nèi)核仿真技術(shù)，編譯仿真速度快，編譯的代碼與平臺(tái)無(wú)關(guān)，便于保護(hù)IP核。個(gè)性化的圖形界面和用戶接口，為用戶加快調(diào)試進(jìn)程提供了強(qiáng)有力的手段，是FPGA的首選仿真軟件。

ModelSim可以獨(dú)立完成HDL代碼的仿真測(cè)試。AMD、Intel這兩家公司的FPGA開發(fā)環(huán)境本身自帶了HDL仿真工具，同時(shí)也提供了與ModelSim軟件的功能接口，可以將ModelSim軟件嵌入到公司的FPGA開發(fā)環(huán)境中。

云源軟件本身沒(méi)有自帶的HDL仿真工具，也沒(méi)有提供ModelSim的功能接口，因此只能獨(dú)立運(yùn)行ModelSim軟件完成HDL仿真。同時(shí)，ModelSim可以編譯高云FPGA的IP核，完成IP核的仿真庫(kù)編譯后，即可利用ModelSim完整仿真包含高云FPGA IP核的HDL文件，應(yīng)用起來(lái)也十分方便。

接下來(lái)首先介紹ModelSim軟件安裝步驟。

雙擊ModelSim安裝程序文件后打開軟件安裝界面，單擊“Next”進(jìn)入安裝路徑設(shè)置界面，設(shè)置好安裝路徑后依次單擊“Next”、“Agree”進(jìn)入安裝界面，如圖3-4所示。

圖3-4 ?ModelSim安裝過(guò)程界面

在圖3-4所示的界面安裝完成后，彈出硬件安全密鑰驅(qū)動(dòng)器（Hardware Security Key Driver）安裝界面，單擊“Yes”完成安裝即可，如圖3-5所示。硬件安全密鑰驅(qū)動(dòng)器實(shí)際上是安裝ModelSim軟件的License文件的工具。

圖3-5 ?硬件安全密鑰驅(qū)動(dòng)器安裝界面

如果HDL文件中不包括任何IP核，則可直接使用ModelSim進(jìn)行仿真；如果HDL文件中包含了例化的IP核，由于ModelSim是第三方軟件，本身沒(méi)有集成高云FPGA的IP核信息，因此需要在ModelSim中完成高云FPGA的IP核編譯，才能進(jìn)行仿真。

首先在ModelSim安裝目錄下新建“gowingw1n”文件夾，用于存放編譯后的小蜜蜂系列FPGA器件（本書配套開發(fā)板的FPGA芯片為小蜜蜂家族的GW1N-UV4LQ144）。

建好文件夾后，打開ModelSim軟件，依次單擊菜單“File→Change Directory...”打開修改目錄對(duì)話框，將當(dāng)前目錄修改為新建的“gowingw1n”路徑。依次單擊“File→New→Library...”打開新建庫(kù)對(duì)話框，將庫(kù)名稱（Library Name）修改為prim_sim，如圖3-6所示。

圖3-6 新建IP仿真庫(kù)編譯界面

單擊“OK”完成仿真庫(kù)的建立。依次單擊“Compile→Compile”打開編譯源文件界面，在設(shè)置界面中選擇“Library”為“prim_sim”，將文件路徑設(shè)置為云源軟件安裝目錄下的“IDEsimlibgowinprim_sim.v”，單擊“Compile”即可完成高云小蜜蜂家族FPGA器件的IP庫(kù)編譯，如圖3-7所示。

圖3-7 編譯源文件設(shè)置界面

3.2?開發(fā)平臺(tái)CGD100簡(jiǎn)介

CGD100是專為本書設(shè)計(jì)的一塊低成本入門級(jí)FPGA開發(fā)板。本書中的實(shí)例主要涉及到按鍵、LED燈、數(shù)碼管、蜂鳴器、串口通信接口，CGD100具備這些功能接口。書中絕大多數(shù)實(shí)例均可在該開發(fā)板上驗(yàn)證。由于本書的實(shí)例較為簡(jiǎn)單，對(duì)芯片的邏輯資源需求量較少，讀者也可以選購(gòu)其他具備類似接口的FPGA開發(fā)板完成本書的實(shí)驗(yàn)。

在其他開發(fā)板完成本書實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需修改工程中的目標(biāo)FPGA器件型號(hào)，并根據(jù)開發(fā)板用戶手冊(cè)修改程序頂層端口信號(hào)對(duì)應(yīng)的管腳約束即可。如果讀者采用其它公司的FPGA器件為開發(fā)平臺(tái)，對(duì)于涉及到IP核的程序?qū)嵗龝r(shí)，需要在對(duì)應(yīng)的開發(fā)環(huán)境中重新生成所需功能的IP核。

CGD100外觀尺寸為90?mm60?mm，精心設(shè)計(jì)的電路板結(jié)構(gòu)緊湊、布局美觀且具備良好的工作穩(wěn)定性。綜合考慮工程實(shí)例對(duì)邏輯資源的需求，以及產(chǎn)品價(jià)格等因素，CGD100開發(fā)板采用高云的小蜜蜂家族FPGA系列GW1N-UV4LQ144為主芯片。

芯片包含4608個(gè)4輸入LUT4、3456個(gè)觸發(fā)器（FF)、180kbit的塊狀存儲(chǔ)器（SSRAM）、256kbit的用戶閃存、16個(gè)18比特位寬的乘法器（Multiplier）、2個(gè)時(shí)鐘鎖相環(huán)（PLL）和125個(gè)用戶IO。

CGD100主要有以下特點(diǎn)及功能接口。

l?）?采用高云小蜜蜂家族FPGA系列的GW1N-UV4LQ144為主芯片，豐富的資源可勝任FPGA入門實(shí)例項(xiàng)目設(shè)計(jì)；

2）??256kbit的閃存資源，有足夠的空間存儲(chǔ)FPGA配置程序；

3）??集成了下載電路模塊，只需一根USB線即可完成FPGA程序下載及調(diào)試；

4）?50MHz外部晶振；

5）獨(dú)立的USB轉(zhuǎn)串口接口，便于完成串口通信等功能電路；

6）??4個(gè)共陰極8段數(shù)碼管，便于完成數(shù)字時(shí)鐘等功能電路；

7）??1個(gè)無(wú)源蜂鳴器，便于完成電子琴等功能電路；

8）?8個(gè)獨(dú)立按鍵；

9）??8個(gè)單色LED燈；

10）??4個(gè)三色LED燈（紅、黃、綠）；

l1）??4位拔碼開關(guān)；

l2）??80針擴(kuò)展接口，擴(kuò)展輸出獨(dú)立的FPGA用戶引腳。?





審核編輯：劉清
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