FPGA設(shè)計(jì)流程與Vivado的基礎(chǔ)使用

這里我們以8-bit 的LFSR(線性反饋移位寄存器)做一個(gè)流水燈為例，介紹Vivado的基本使用。

Vivado的基本使用過(guò)程大致如下：

一. 選則器件建立工程（或者是打開之前的工程）

二. 添加電路設(shè)計(jì)描述Verilog文件

三. 查看Schematic。

四. 添加TB文件，做功能仿真。

五. 添加約束文件，Synthesis(綜合)。

六. Implementation(實(shí)現(xiàn))并生成Bit文件。

七. 生成bit文件，下載到板子上。

一 . 新建工程

1. 打開Vivado工具，點(diǎn)擊如下 Create Project 。

2. 點(diǎn)擊Next，出現(xiàn)如下圖所示界面，填入工程名字（Project name），以及選擇工程存放的目錄（Project location)。

選擇項(xiàng)Create project subdirectory就是在在你選擇的目錄下再生成一級(jí)與工程名字一樣的子目錄，工程將放在這個(gè)子目錄文件夾。

3. 選擇RTL Project，再點(diǎn)擊Next

4. 在這里你可以添加已有的Verilog設(shè)計(jì)文件（Add Files）,甚至是某個(gè)文件夾下的多個(gè)設(shè)計(jì)文件（Add Directories），或者新建Verilog文件（Create Files）。這里我們暫時(shí)不管，直接點(diǎn)擊Next。

5. 同樣的，這里你可以添加或者新建約束文件（XDC文件）。這里我們暫時(shí)也先不管，直接點(diǎn)擊Next。

6. 選擇器件（FPGA板子）。這一步很重要，你必須選擇你要使用的板子型號(hào)。它有一些篩選項(xiàng)。

Category: 下對(duì)應(yīng)的是工業(yè)應(yīng)用，普通應(yīng)用，軍工/高可靠性應(yīng)用

Family:下對(duì)應(yīng)的就是所有的Xlinx公司有的FPGA芯片型號(hào)。

同時(shí)，還可以根據(jù)封裝類型（Package），溫度(Temperature), 速度(Speed)等信息去選擇。這里我選好了我要用的板子。點(diǎn)擊Next。

7. 所有的工程信息展示入下。確認(rèn)沒問題，點(diǎn)擊Finish。如果覺得有問題可以點(diǎn)擊Back回退到上一步。

二. 添加電路描述Verilog文件

1. 在如下界面，點(diǎn)擊 Add->Source 。

2.在彈出的頁(yè)面選擇Add or create design source 并點(diǎn)擊Next。

3.再在接下來(lái)彈出的頁(yè)面點(diǎn)擊Create File。此時(shí)如下圖，在2位置敲入文件文件名字，這里可以取為，LSFR_8bits , 再點(diǎn)擊OK。

4. 點(diǎn)擊Finish后出現(xiàn)如下圖界面。這里你可以定義這個(gè)模塊的輸入輸出端口。這里我們先不定義，直接點(diǎn)擊OK。

5. 這就生成了一個(gè)Verilog設(shè)計(jì)文件，在如下界面可以找到。雙擊上圖文件，對(duì)Verilog文件進(jìn)行編輯。

6. 編輯完畢后，如下。點(diǎn)擊保存。

7. 由于我們開發(fā)板上的時(shí)鐘頻率為20M，用它來(lái)做流水燈，肉眼看不出效果，故需要再添加一個(gè)分頻模塊，以及一個(gè)頂層模塊。添加方式同上。最后的設(shè)計(jì)層次關(guān)系入下。

三. 查看Schematic

1. 在如下界面，找到RTL ANALYSIS欄。在RTL ANALYSIS欄下，有一個(gè)Open Elaborated Design。在Open Elaborated Design下點(diǎn)擊Schematic。

2. 點(diǎn)擊Schematic之后，一般要等一會(huì)，便會(huì)彈出相應(yīng)的Verilog文件描述的電路原理圖。如下圖。

3. 點(diǎn)擊clk_gen_inst原理圖上的+號(hào)，就可以展開其內(nèi)部電路。大家可以分析一下這個(gè)電路與你們的Verilog描述之間的關(guān)系。

4. 對(duì)于LSFR展開后電路如下。

5. 對(duì)于LSFR_8_reg[7:0] 這個(gè)8bit寄存器，如果想要看它內(nèi)部的連接，可以單擊選中它，再按下F4。其內(nèi)部原理圖就展現(xiàn)出來(lái)了。8個(gè)寄存器首尾相連，數(shù)據(jù)從第一個(gè)寄存器進(jìn)來(lái)，隨著節(jié)拍一拍一拍往后傳遞，這就是移位寄存器。

四. 添加TB文件，做功能仿真

1. 在左邊欄點(diǎn)擊 Add Sources。

2. 選擇 Add or Create simulation source , 點(diǎn)擊Next。

3. 點(diǎn)擊Create Files, 彈出2所示小框。選擇文件類型，這里我們選擇Verilog來(lái)寫TB。文件名字可以取為led_tb 。點(diǎn)擊OK。

4. 再點(diǎn)擊Finish，此時(shí)也會(huì)彈出定義端口的設(shè)置框，如下。這里不管，直接點(diǎn)擊OK。

5. 在simulation Sources找到led_tb.v文件，雙擊對(duì)其進(jìn)行編輯。

6. 編輯完之后如下?？梢钥吹剑琓B只是用來(lái)給我們的設(shè)計(jì)提供輸入信號(hào)（輸入激勵(lì)），然后再去通過(guò)波形等其它判斷方式，去查看輸出是否符合我們的設(shè)計(jì)功能要求。

7. 在下圖位置點(diǎn)擊 Run Simulation 。再選擇Run Behavioral Simulation(功能仿真)。

8. 如下圖所示，1按鈕表示從新開始仿真；2表示一直跑仿真；3表示跑仿真的時(shí)間為4，5里面的設(shè)置的值。在6里面可以選擇相應(yīng)的模塊，同時(shí)7里面就可以看到這個(gè)模塊里面的所有內(nèi)部信號(hào)，可以右擊某個(gè)信號(hào)再選擇Add to wave window，將其添加到右邊的波形顯示框顯示。

五. 添加約束文件并做Synthesis（綜合）

1. 如上添加其它文件一樣點(diǎn)擊 Add Sources。在彈出的頁(yè)面選擇 Add or create constraints,再點(diǎn)擊Next。

2. 點(diǎn)擊Create Files,在彈出的小框2里填入文件名字。再點(diǎn)擊OK，繼續(xù)點(diǎn)擊Finish。

3. 在Source下找到新建的XDC文件。雙擊對(duì)其進(jìn)行編輯。

4. 在XDC文件里面主要是對(duì)設(shè)計(jì)加入端口與時(shí)鐘約束，輸入輸出延時(shí)等其它約束。這里我們只加入端口約束。這里端口約束，既將設(shè)計(jì)的頂層模塊的輸入輸出端口與實(shí)際的FPGA芯片I/O端口互連。編輯完，保存。

5. 在上面彈出的Constraints更新了的提示，點(diǎn)擊Reload。

6. 更新完畢，在下圖位置找到Run Synthesis，點(diǎn)擊Run Synthesis。再在彈出的框里選擇OK。

7. 此時(shí)在右上方可以看到有Running synth_deign的提示。如果綜合完成則會(huì)提示，Synthsis Complete。并彈出如下框。當(dāng)然這里可以選擇 Run Implementation。也可以選擇其它兩個(gè)。真正的設(shè)計(jì)當(dāng)中，在這里我們一般不著急繼續(xù)Run Implementation。而是先看看綜合后的時(shí)序報(bào)告。當(dāng)然這里就不多做介紹了。

六. Run Implementation并生成Bit文件

1. 綜合完成后，就是Run Implementation。我們可以在綜合完之后彈出的框里直接選擇Run Implementation。也可以事后在如下圖位置找到 Run Implementation。

2. 在點(diǎn)擊了 Run Implementation之后，如果Implementation完成了，會(huì)彈出如下提示框。這里我們選擇Generate Bitstream，點(diǎn)擊OK。

3. bit文件生成成功，會(huì)彈出如下提示。這里我們先點(diǎn)擊Cancel。

七. 將生成的bit文件下載到板子上

1. 先將FPGA開發(fā)板上電，并將Xlinx FPGA下載器與電腦和板子連好。

2. 在如下位置找到 open Hardware Manager -> Open Target。點(diǎn)擊Open Target -> auto connect 。

3. 點(diǎn)擊 Open Target -> auto connect 等待一會(huì)，如果如下圖提示No target is open。右擊箭頭所指的localhost，再點(diǎn)擊 close server。

4. 將操作2再做一遍，如果成功連接上開發(fā)板，情況如下?？梢钥吹桨遄拥男吞?hào)。

5. 右擊器件，選擇 Program Device

6. 如下圖，其自動(dòng)選擇了本工程生成的bit文件。點(diǎn)擊 Program。

7. 等待一會(huì)，下載完畢，在板子上就可以看到效果了。