Quartus II Quick Start for beginners

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​

Soochan Kim

한경대학교 김수찬

목차

1. FPGA가 왜 필요한가?
2. PLD 설계 흐름
3. DE2 보드
4. Quartus II 사용법
1. 프로젝트 만들기
2. 컴파일
3. 시뮬레이션
4. 핀지정

Basics of Programmable Logic: FPGA Architecture

PLD & FPGA 이해

PLD 설계 흐름

한경대학교 김수찬

Typical CPLD CAD flow

한경대학교 김수찬

Typical CPLD CAD flow

한경대학교 김수찬

Quartus web edition 설치

• 프로그램 다운로드
• download center
• 9.1 : windows 10에서 시뮬레이션에 문제
• 13.0: DE2 board를 지원하는 최상위 버젼

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• DE2 보드 둘러보기
• DE1-SoC 보드 둘러보기

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1. Define the problem

• 전조등이 켜져 있으면서 운전석 문이 열렸거나, 또는 열쇠가 꽂힌 채로 문이 열려 있다면, 부저는 동작한다.

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2. Develop the equation

• 전조등(H)이 켜져 있으면서 운전석 문(D)이 열렸거나, 또는 열쇠(K)가 꽂힌 채로 문이 열려 있다면, 부저(B)는 동작한다.

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3. Enter the design into the PC by drawing a schematic�

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프로젝트 파일 만들기

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Page[1/5] - Directory, Name, Top Level Entity

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Page[2/5] – Add Files

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Page[3/5] – Family & Device settings

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DE2

EP2C35F672C6N

Page[4/5] – EDA Tool Settings

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Page[5/5] - Summary

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4a. Draw a schematic

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Create a new schematic

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Select symbol

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Enter the symbol

• And2
• Or2
• Input
• Output

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Draw wires

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Assign input/output

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Assign input/output

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Save a schematic

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4b. Design a circuit using VHDL code

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Write VHDL Code

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4c. Design a circuit using Verilog code

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Write Verilog Code

5. Synthesizing a circuit

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Start Compilation

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Start Compilation

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Start Compilation

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Start Compilation

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6. Simulating the designed circuit

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Create Vector Waveform file

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Save

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Save

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Save

앞 슬라이드에서 add file to current project를 체크하지 않으면 추후 시뮬레이션할 때 파일이 벗다고 나옵니다. 추가 방법은 다음과 같습니다.

오른쪽 그림의 ...을 클릭하여 추가하면 됩니다.

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Project >> Add/remove Files in Project...

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Insert Node or Bus

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Insert Node or Bus

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Insert Node or Bus

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Insert Node or Bus

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Insert Node or Bus

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Insert Node or Bus

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Set End time

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Set End time

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Update window size

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Generate input signals

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Generate input signals (clock)

한경대학교 김수찬

Generate input signals (clock)

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Generate functional simulation netlist

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Generate input signals (clock)

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Start Simulation

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Check the results

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Check the results (time delay)

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Change simulation setting

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Timing<->Functional

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Timing<->Functional

한경대학교 김수찬

Check the results (non delay)

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7. Assigning the circuit inputs and outputs to specific pins on the PLD

DE2 board(파일)가 필요

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Packing Outline

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From http://www.altera.com/literature/ds/672-FBGA_option3.pdf

Toggle switches

From DE2 Pin information(pdf, csv, QSF)

Debounced pushbuttons

Normally high

Pushbutton and Toggle switches

LEDR[0..17]

LEDG[0..7]

7 segments

7 segments

Clock

Assign the pins

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Assign the pins

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Assign the pins

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Assign the pins

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Pin Assignment

여러 가지가 있으니 이중 적합한 것으로 사용하세요.

1. 직접 지정
2. 엑셀이용 (copy & Paste)
3. Import 기능

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• Pin 지정 후 반드시 컴파일을 다시 해야 한다.

Pin Assignment

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Assignment Editor

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Pin Planner

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(1) Use Excel file

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(2) Import Assignment

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(2) Import Assignment

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(2) Import Assignment

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DE2 Board USB Driver 설치

DE2 보드에 설계한 회로도를 다운로드 하기 위해서 필요함

Installation and USB-Blaster Driver

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1. DE2 보드를 USB 케이블로 컴퓨터와 연결한 다음,
2. 제어판(Ctrl+Break)에서 등록되지 않은 장치를 확인해 봄

Installation and USB-Blaster Driver

한경대학교 김수찬

Installation and USB-Blaster Driver

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각자 설치한 기본 폴더 아래의 다음과 같은 하위 폴더에 있다.

..\quartus\drivers\usb-blaster-ii

Installation and USB-Blaster Driver

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9. Programming and configuring the PDL chip

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Run Programmer

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Setup Hardware

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Download the program into PLD

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Download the program into PLD

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Full adder 만들기

Project 파일 만들기

Project 파일 만들기

• Project가 저장될 폴더를 지정
• Project 이름 지정 – 일반적으로 Top-entity 이름으로 한다.
• 그래서 Project 이름을 입력하면 아래 top entity 이름도 동일한 이름으로 자동 입력된다.

Fulladder

Fulladder

Project 파일 만들기

• 추가할 파일이 있다면 여기서 추가
• 프로젝트 생성 후에도 필요할 경우 파일을 추가할 수 있기 때문에 여기서 굳이 안 해도 된다.

Project 파일 만들기

• DE2 보드의 경우
• Device는 Cyclone II EP2C35F672C6로 지정
• 이를 잘못 지정하게 되면 추후 pin assign할 때 에러가 날 수 있다.

Project 파일 만들기

• Project에서 설정된 값들은 필요할 경우 언제든 변경이 가능하다.

Draw a Full Adder Schematic

Binary Adder (Half adder)

Binary Adder (Half adder)

Binary Adder (Full adder)

Binary Adder (Full adder)

Make a schematic file

• File >> New
• Block Diagram/Schematic File을 선택

​

Make a schematic file

Full Adder Schematic

Compile

Simulation

File > new > Vector Waveform File

우 클릭 > insert > insert Node or Bus

Simulation

Node Finder 클릭

Pins : unassigned 선택 후

List 클릭

Simulation

List가 나오면 >> 클릭 >ok

End time 설정

Simulation

End time 설정 > 확인

입력변수 값 설정(시계모양아이콘)

Simulation

A, B, C_in 입력 값 설정

Simulation

입력변수들 설정 후

View > Fit In Windows 를 누르면

64us의 그래프가 한 화면에 들어오게된다

Ctrl + w, Ctrl+휠

Simulation 전 저장을 하되 앞에 만들었던 schematic 파일이름과 동일하게 저장 하도록 한다.

저장 후 simulation 버튼클릭

Simulation - functional

​

바로 Simulation이 된다면 타이밍도를 분석해보고, 아래와 같은 에러가 발생 하는 경우는 다음 순서를 따라 해보도록 한다..

Processing > generate functional simulation netlist

“Functional Simul

ation Netlist Generation was successful” 이라는 창이 뜰 것이다.

Simulation - functional

Assignments > EDA Tool Settings..

Simulator settings 선택 후

Simulation mode를 functional 바꾼다

Simulation - functional

Simulator input에 simulation 파일을 추가한 후 확인 버튼을 누른 후 simulation 버튼을 누른다.

Full Adder simulation 결과

실제 Pin 지정하기

• 메뉴에서 Assigments >> Assigments Editor
• Category 를 pin으로 설정 후
• 그림에 표시된 아이콘 클릭을 하면
• Input 과 output pin정보가 나타남.

실제 Pin 지정하기

• Location 에서 핀 선택 (이때 핀 정보는 설정에서 어떤 Device를 선택하였느냐에 따라 다를 수 있다)
• Pin 정보는 DE2 user manual 혹은 DE2 Board Pin 참조

​

실제 Pin 지정하기

Pin 정보가 추가되면 schematic에서도 보여진다.

Download to DE 2 Board

• 메뉴에서 Tools >> Programmer
• 파일이 있는 것을 확인하고
• Start 버튼 클릭
• 다운로드가 완료된 후, 스위치와 LED로 동작여부 확인

내 용

• Create Symbol
• Making 4bits Full Adder
• 4bits Full Adder using Bus
• Use 7 Segments

Create Symbol

• Symbol로 하고자 하는 schematic을 작성
• VHDL source code도 가능
• 컴파일 후 에러가 없으면
• File > Create/update > Create Symbol files for current File

Create Symbol

• Symbol 파일 저장
• 확장자는 bsf (block symbol file)

Use Symbol

• 새 Block Diagram파일을 만든다
• Symbol 삽입
• Project 폴더내 생성된 Symbol이 보임
• 생성된 Symbol은 bsf와 source schematic or code가 있어야 함.

​

4bits Full Adder - Schematic

4bits Full Adder - Schematic

• Top entity 지정하기
• 여러 schematic이 있을 경우 이 중 최상위 entity (schematic)를 지정

4bits Full Adder - Schematic

General

Main이 될 파일 선택 후 확인

4bits Full Adder - Simulation

• Schematic을 컴파일한다
• 새로운 Waveform File을 만든다.

​

4bits Full Adder - Simulation

• Name 영역에 double click 하거나
• Hot menu를 사용하여 node 삽입 dialog box를 연다.

4bits Full Adder - Simulation

Unassigned > list > “>>” > ok

4bits Full Adder - Simulation

End Time 설정

4bits Full Adder - Simulation

Start time ~End time 한 화면에 보기

Overview write clock 아이콘으로 입력 값을 넣는다.

4bits Full Adder - Simulation

모든 클럭을 넣고 저장한 후

Start simulation 아이콘 클릭

Main waveform file 지정하기

4bits Full Adder - Simulation

Main waveform file 지정하기

Simulation 하고자 하는 파일을 열고 simulation 하도록 한다

4bits Full Adder - Simulation

• 정상적인 동작 특성을 확인할 수 있다.
• 그러나, 각 비트마다 값이 보여지기 때문에 결과가 정확한가를 한눈에 확인하기는 쉽지않다.
• Bus를 이용하여 이 문제를 해결해 보자.

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4bits Full Adder using Bus

• 툴바에서 가는 node wire대신 bus wire를 선택 선택
• 버스 이름은 name[(n-1)..0] 형식으로 작성

Ex) A[3..0]은 �A[0] - LSB�A[1]�A[2]

A[3] - MSB

4bits Full Adder using Bus

4bits Full Adder using Bus

• Bus에서 나온 하나의 node wire가 어떤 것인지 “속성＂의 이름으로 지정한다.

​

4bits Full Adder using Bus

4bits Full Adder using Bus

4bits Full Adder using Bus

• Bus와 연결된 모든 node wire를 명확하게 지정하고, compile한다.
• 다시 simulation을 위해 waveform file에서 node finder를 이용하여 노드를 살펴보면 버스가 나타난다.

4bits Full Adder using Bus

4bits Full Adder using Bus

Simulation 후 A,B,SUM 각각의 값을 쉽게 볼 수 있어 분석이 편해 진다.

Pin Assigned

Pin Assigned

Quartus II 확장자 의미

• BDF - Block Diagram File
• BSF - Block Symbol File
• VWF - Vector Waveform file
• QPF - Quartus Project File
• QSF - Quartus Setting File

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​

10. Example

• 7Segment decoder (7447)
• 1 bit Full adder
• Parallel Adder with Accumulator
• Ripple counter
• 1Hz Clock 만들기

한경대학교 김수찬

Pin assign example (SW-LEDR)

Pin assign example (BCD7SEG)

Pin assign example (BCD7SEG)

Pin assign example (BCD7SEG)

SN54/74LS47

Inverter

3bits ripple up counter

3bits ripple up counter

3bits ripple down counter

3bits ripple down counter

참고자료

1. Make a symbol
2. Quartus II의 간단한 사용법 (pdf)
3. DE2 board
4. Quartus II 사용법 2
5. VHDL Tutorial: Learn by Example