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新浪海风博客http://blog.sina.com.cn/dingyunfeng

 

    在了解了FPGA的基础知识和发展历史后接下来就要开始正式进入实践学习环节，对很多初学者而言，对于如何搭建FPGA的软硬件平台，FPGA的整个开发流程没有一个清晰的了解，对FPGA的学习很有一种狗咬刺猬无处下嘴的感觉，下面主要就是要详细介绍Xilinx平台的FPGA开发软硬件环境的搭建和开发操作流程

 

软件平台：ISE Design Suite 14.5

 

    这个软件可以从Xilinx官网http://china.xilinx.com/上获取。不过Xilinx的软件开发平台想来是更新极快的，基本上每个季度都会有更新的版本更新。想追都追不上，索性就以自己目前正在用的版本14.5为对象进行讲述。安装过程很简单这里就不再赘述了。License找度娘吧，其实网上license的发源地都是FPGA的销售代理商，算是公开的秘密吧。

 

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ISE 14.5的工作界面

 

硬件平台：Avnet Spartan6 LX150T 开发板 + Xilinx USB 下载线

 

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第一步：新建工程

 

【1】开始 -> Xilinx Design Tools -> ISE Design Suite 14.5 -> Project Navigator打开ISE软件

【2】在ISE软件中找到 File -> New Project

 

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按照要求填写：

Name:                填写工程名，注意必须字幕开头，不能有空格，空格可以用 “_” 代替。 

Location：

Working Directory：    设置工作目录，路径一致。

Description:          添加一些工程说明，简要介绍工程的一些信息，可填可不填。

Top-level source type: 设置工程顶层文件的类型，这里只介绍verilog HDL语言开发的流程，所以选择HDL。

 

【3】设定所使用的Xilinx FPGA器件型号和参数，以及编译软件的工作参数。

 

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根据开发板的规格书选择正确的FPGA型号和性能参数

Evaluation Development Board:

    这个是专门留给Xilinx官方开发板使用的，ISE会有针对性的提供一些实验工程
Product Category：

    默认即可

Family/Device/Package/Speed：

    需要选择正确的型号和参数，比如现在的型号是 XC6SLX150T-3FGG676 那么设定的参数如上图所示。

Simulator:

    设定仿真工具，ISim是Xilinx ISE自带的免费仿真工具，和ModelSim是一个类型的软件，如果需要使用其他仿真工具，需要在仿真之前就在这里设定好。这里选择默认ISE自带的仿真工具。

 

其他选项无需关心，默认即可。然后一路next直到工程新建完成。

 

第二步：编写代码

 

【1】Verilog HDL代码的保存文件扩展名是“v”，编写代码之前要先新建一个空白的v文件，鼠标移动到Hierarchy工作区的任意空白处单击右键，在出现的下拉菜单中选择New Source   

 

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【2】在接下里弹出的对话框中选择Verilog Module，其他选择的含义这里暂且不解释，在后续的笔记中再行阐述。

File name：填入要建立的文件名，FPGA代码的顶层文件我们通常会和工程名保持一致，并且在后面添加top字样以突出该文件在整个工程中处于顶层的位置。

Location: 保持默认即可。

add to project勾选后可以在新文件建立后就自动添加进工程里，不需要另行手动添加。

 

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【3】NEXT后，下一个对话框是为了方便编写代码的作用，可以在此直接设定该模块的输入输出信号。

    以一个流水灯为例，需要一个rst复位，clk驱动时钟，都是单线输入信号,那么在Port Name中填写rst和clk，并且在Direction中选择input，Bus不勾选因为是单线信号，MSB和LSB也就无从谈起。led则是8位的输出信号线，所以设置成output类型的同时还要勾选Bus，并在MSB填7以及LSB填写0。

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【4】一路next之后得到一个叫“Led_flowing_demo_top.v”的文件，ISE自动打开并处于可编辑状态。

 

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【5】对这个文件进行编辑，编写一个流水灯代码。这里只讲FPGA开发流程，verilog代码的一些编写语法以及代码风格方面的问题这里就不做讨论了。

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第三步：IO映射约束

 

    在编写完程序代码，还需要添加一个IO映射，将这个工程中最顶层文件的IO映射到FPGA的物理IO上去。还是像第二步【1】描述的那样新建New Source，然后在弹出的对话框中选择Implementation Constraints File。文件名没有强制规定，但一般和顶层文件名保持一致，方便辨识。

 

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    完成后就可以在新建立的UCF空白约束文件中用约束语句进行IO映射。
    还有一种方式是图形化的IO映射方式，就是先在Hierarchy窗口中选中顶层文件led_flowing_demo_top，然后正下方的Design窗口会出现一系列的信息，选择User Constraints -> I/O Pin Planning(PlanAhead)-Pro-Synthesis并双击，就可以打开PlanAhead的图形化映射界面，这里就不进行详述了。

 

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根据开发板提供的已经编写好的IO映射约束文件，查找到相关的条目并添加到现在工程中空白的UCF文件中。

 

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在编辑完UCF文件后就可以进行第三步编译了。

第三步：编译代码

 

先在Hierarchy窗口中选中顶层文件led_flowing_demo_top，然后正下方的Design窗口会出现一系列的信息，选择双击Generate Programming File

 

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ISE开始自动编译工程。

只要编译过程不出现错误，在等待一定的时间后，编译工作结束，工程目录下就会得到一个以顶层文件名字命名的bit文件，这个文件就是编译的最终目标文件。

 

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在复杂工程中，一般都会有一堆的警告，绿色的钩，可能会被一堆的三角黄色感叹号代替，只要编译过程不出错，就能得到最终的bit文件。

 

第四步：烧写FPGA

 

FPGA烧写分两种，一种是直接通过JTAG烧写到FPGA里，这样速度快，但掉电就丢失，每次上电都需要重新烧写，一般用于调试。另一种是将bit文件转成mcs文件，再通过JTAG烧写到FPGA片外FLASH中，这样FPGA每次上电都会从这个片外FLASH中自动重新加载。

 

第一种烧写FPGA，掉电即失：

【1】如上图所示，双击Configure Target Device以启动iMPACT工具软件。

会弹出一个命令行窗口，以及iMPACT软件界面，命令行窗口不用理它，但也不要关掉。iMPACT启动后会弹出几个对话框，直接取消掉，然后出现以下界面：

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【2】选择双击Boundary Scan，并在右边出现的空白栏中右键单击出现一个下拉菜单，然后选择Initialize Chain，初始化USB下载线，前提是下载线已经准备就绪并已经连接到FPGA的JTAG口上。

 

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然后USB下载线就能扫描识别到JTAG接口上挂着的FPGA芯片

 

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这个开发板的JTAG总线上挂了3个芯片，分别是两颗FLASH，以及我们的主角FPGA。选中FPGA芯片就是最右边的这个双击。在弹出的对话框就是让你选择你要烧入的bit文件。选择完后，会弹出一个对话框让你选择烧入FLASH的文件，这里押后在说，选择否。烧写文件就准备就绪了。

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然后右键单击FPGA，选择Program，这时又会跳出一个对话框要你选择要烧写的器件，只要选中FPGA就OK了。
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然后开始烧写

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等执行完了，刚才编译的bit文件就被下载到FPGA里了。

 

 

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注意：以下内容因为没搞明白FLASH该如何下载，所以就以自己工作时用的板子为例。以后搞明白了再行个更新。

 

第二种烧写FLASH：

【1】首先要用bit文件生成一个FLASH烧写文件MCS

在iMPACT Flows对话框中选择Create PROM File(PROM File Formatter)并双击

 

【2】在弹出的对话框中选择正确的FLASH类型和容量，并填写好文件名，并重新设定好存放路径，并点击OK。

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【3】在紧接着弹出的bit选择对话框中选择刚才的bit文件，并在随后弹出的一些确认对话框选择否或者取消。

 

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并右键单击空白处选择Generate File，软件就生成出对应的mcs文件了。

 

【4】再点击Boundary Scan，回到之前下载FPGA的页面中，FPGA上方有个SPI/BPI的标志，双击它，在弹出的对话框中选中刚才生成的mcs文件。然后在弹出的选择对话框中选中对应的Nor Flash然后确定，在紧接着弹出的对话框选择OK就开始烧写了。

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以上就是Xilinx FPGA的最基本开发流程。