Что такое Quartus II и для чего он используется. Какие возможности предоставляет эта САПР для проектирования цифровых устройств. Как установить и начать работу с Quartus II. Какие ключевые особенности делают Quartus II мощным инструментом разработчика.

Что представляет собой САПР Quartus II

Quartus II — это система автоматизированного проектирования (САПР) от компании Altera (теперь часть Intel), предназначенная для разработки цифровых устройств на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Эта мощная среда объединяет в себе инструменты для всех этапов проектирования — от создания схемы до программирования готового устройства.

Ключевые возможности Quartus II:

• Ввод проекта (схемотехнический и текстовый HDL-редакторы)
• Синтез цифровых схем
• Временной анализ и оптимизация быстродействия
• Размещение элементов на кристалле и трассировка соединений
• Функциональное моделирование и верификация
• Программирование и отладка ПЛИС

Почему Quartus II так популярен среди разработчиков? Эта САПР предоставляет полный набор инструментов в рамках единой среды, что значительно упрощает и ускоряет процесс проектирования. Кроме того, Quartus II тесно интегрирован с ПЛИС производства Altera/Intel, что позволяет максимально эффективно использовать ресурсы этих микросхем.

Установка и настройка Quartus II

Чтобы начать работу с Quartus II, необходимо выполнить следующие шаги по установке:

1. Зайдите на официальный сайт Intel и выберите подходящую версию Quartus II. Существуют бесплатная Lite Edition и платная Standard/Pro Edition с расширенными возможностями.
2. Скачайте установочный файл (около 6-8 ГБ). Рекомендуется выбрать полный пакет, включающий все компоненты.
3. Запустите установщик и следуйте инструкциям мастера установки. Выберите компоненты для установки в зависимости от ваших потребностей.
4. Укажите путь для установки. Важно: путь не должен содержать кириллицу и пробелы.
5. После завершения установки запустите Quartus II и активируйте лицензию, если используете платную версию.

Какие системные требования предъявляет Quartus II? Для комфортной работы рекомендуется:

• Процессор: многоядерный Intel/AMD от 2.6 ГГц
• Оперативная память: от 8 ГБ (рекомендуется 16-32 ГБ)
• Свободное место на диске: от 50 ГБ
• ОС: Windows 10 64-bit или Linux 64-bit

Ключевые инструменты Quartus II для проектирования

Quartus II предоставляет богатый набор инструментов для всех этапов разработки цифровых устройств. Рассмотрим наиболее важные из них:

Редакторы проекта

Как создать схему устройства в Quartus II? Для этого предусмотрено несколько вариантов:

• Графический редактор схем — позволяет рисовать принципиальные схемы, размещая и соединяя компоненты.
• Текстовые редакторы HDL — поддерживают ввод описаний на языках Verilog, VHDL и AHDL.
• Редактор временных диаграмм — для создания тестовых последовательностей.

Какой способ ввода проекта выбрать? Для простых устройств удобен графический редактор. Для сложных проектов рекомендуется использовать HDL-описания, как более гибкий и масштабируемый вариант.

Компилятор проекта

Компилятор выполняет синтез цифровой схемы, оптимизацию, размещение и трассировку. Основные этапы компиляции в Quartus II:

1. Анализ и синтез — преобразование исходного описания в список цепей.
2. Fitting — размещение логических элементов на кристалле ПЛИС.
3. Ассемблирование — генерация файлов для программирования.
4. Временной анализ — проверка выполнения временных ограничений.

Компилятор Quartus II использует передовые алгоритмы оптимизации, позволяющие достичь высокого быстродействия и эффективного использования ресурсов ПЛИС.

Отладка и верификация проектов в Quartus II

Корректность работы спроектированного устройства критически важна. Какие инструменты предлагает Quartus II для отладки и верификации?

Функциональное моделирование

Симулятор ModelSim-Altera позволяет выполнить функциональное моделирование проекта на различных уровнях:

• На уровне RTL — проверка корректности HDL-описания.
• На уровне вентилей — после этапа синтеза.
• На уровне размещения и трассировки — с учетом задержек в ПЛИС.

Как провести моделирование? Создайте тестбенч, задайте входные воздействия и проанализируйте отклик схемы с помощью временных диаграмм.

Встроенный логический анализатор SignalTap II

SignalTap II — мощный инструмент для отладки проекта непосредственно в целевой ПЛИС. Его ключевые возможности:

• Захват и анализ внутренних сигналов ПЛИС в реальном времени.
• Установка триггеров для начала захвата по заданным условиям.
• Буферизация данных во встроенной памяти ПЛИС.
• Передача данных на ПК для анализа через JTAG-интерфейс.

SignalTap II позволяет отлаживать сложные проекты, когда внешний логический анализатор неприменим из-за ограниченного доступа к внутренним сигналам ПЛИС.

Программирование и конфигурирование ПЛИС

После успешной компиляции проекта необходимо запрограммировать целевую ПЛИС. Как это сделать с помощью Quartus II?

Программатор Quartus II поддерживает различные способы конфигурирования ПЛИС:

• JTAG — через специальный загрузочный кабель.
• Active Serial — через внешнюю загрузочную микросхему флеш-памяти.
• Passive Serial — с помощью внешнего контроллера.
• Fast Passive Parallel — высокоскоростной параллельный интерфейс.

Какой способ выбрать? JTAG удобен при отладке, а для серийных устройств чаще используется загрузка из внешней флеш-памяти.

Quartus II также позволяет создавать файлы прошивок для загрузочных ПЗУ и программаторов микросхем памяти.

Оптимизация проектов в Quartus II

Quartus II предоставляет широкие возможности для оптимизации проектов по различным критериям. Какие инструменты доступны разработчику?

Временной анализ и оптимизация быстродействия

TimeQuest Timing Analyzer позволяет выполнить детальный статический временной анализ проекта. Его ключевые возможности:

• Анализ задержек распространения сигналов.
• Проверка выполнения ограничений на задержки и частоты тактовых сигналов.
• Выявление критических путей в схеме.
• Рекомендации по оптимизации временных характеристик.

Как улучшить быстродействие схемы? Анализируйте отчеты TimeQuest, выявляйте узкие места и применяйте соответствующие техники оптимизации — например, конвейеризацию или перераспределение логики.

Оптимизация энергопотребления

PowerPlay Power Analyzer помогает оценить и минимизировать энергопотребление проекта. С его помощью можно:

• Оценить потребляемую мощность на основе активности схемы.
• Выявить компоненты с наибольшим энергопотреблением.
• Применить техники снижения динамической и статической мощности.

Какие методы позволяют снизить энергопотребление? Отключение неиспользуемых блоков, снижение тактовой частоты, использование режимов пониженного энергопотребления.

Управление сложными проектами в Quartus II

При разработке крупных проектов важно эффективно организовать рабочий процесс. Какие инструменты предлагает Quartus II для управления сложностью?

Иерархическое проектирование

Quartus II поддерживает модульный подход к разработке, позволяя разбить сложный проект на функциональные блоки. Преимущества такого подхода:

• Упрощение разработки за счет декомпозиции.
• Возможность независимой отладки и верификации модулей.
• Повторное использование готовых блоков.
• Распараллеливание работы между членами команды.

Как организовать иерархический проект? Создайте отдельные файлы для каждого модуля, а затем объедините их в проекте верхнего уровня.

Технология инкрементной компиляции

Инкрементная компиляция позволяет значительно сократить время сборки больших проектов. Ее основные особенности:

• Перекомпиляция только измененных частей проекта.
• Сохранение результатов размещения и трассировки для неизменных блоков.
• Возможность замены отдельных модулей без перекомпиляции всего проекта.

Как применять инкрементную компиляцию? Разделите проект на партиции, определите границы между ними и используйте опцию инкрементной компиляции при настройке проекта.

Интеграция Quartus II с другими САПР

Хотя Quartus II предоставляет полный набор инструментов для разработки, часто возникает необходимость интеграции с другими САПР. Какие возможности доступны в этом направлении?

Quartus II поддерживает широкий спектр форматов обмена данными:

• EDIF — для обмена списками цепей с другими САПР.
• Verilog и VHDL — стандартные языки описания аппаратуры.
• SDC — формат задания временных ограничений.
• VQM — оптимизированное представление проекта.

Кроме того, Quartus II предоставляет API для интеграции с пользовательскими инструментами и скриптами. Это позволяет автоматизировать рутинные операции и встроить Quartus II в существующий процесс разработки.

Как организовать взаимодействие Quartus II с другими САПР? Используйте стандартные форматы файлов, настройте экспорт/импорт данных между системами, примените скрипты для автоматизации.

Как установить среду разработки Quartus II

Начинающим часто непросто бывает разобраться с процессом установки среды разработки Quartus II для программируемых логических интегральных схем, или

ПЛИС, фирмы Altera. Это руководство поможет сделать первый шаг в освоении такого непростого, но интересного дела, как разработка для ПЛИС.

1Выбор версииQuartus II

Для начала нужно выбрать подходящую версию среды разработки Quartus II. Выбор зависит от того, какую именно ПЛИС вы будете использовать в своей работе: устаревшие ПЛИС не поддерживаются в самых последних выпусках Квартуса. Заходим на официальный сайт фирмы Altera и внизу страницы в разделе «Software Selector» смотрим, какая версия Quartus поддерживает вашу конкретную модель ПЛИС

.

Выбираем подходящую версию Quartus II

2Выбор версии Quartus IIпо устройству

Переключаясь между вкладками, можно выбирать по версии (Select by Version) Quartus, можно по устройству (Select by Device), т.е. по семейству ПЛИС, которое вы планируете использовать в своей работе. Когда выбрали подходящую версию, нажимаем на ссылку с названием версии.

Нужно помнить, что «Subscription Edition» – это платная версия. Мы должны скачать бесплатную версию Quartus II – «Web Edition». Выбираем версию Quartus II в зависимости от семейства ПЛИС, которое будем использовать

3Выбор компонентовQuartus II

Нас переводят на страницу с выбором операционной системы и компонентов Quartus II. Можно выбрать нужные компоненты по отдельности, скачать как DVD или как пакет. Проще всего зайти на ссылку «Combined Files» и скачать нужный архив с поддержкой всех требуемых устройств, кликнув по иконке с картинкой загрузки.

Выбор компонентов Quartus II

4Регистрацияна сайте Altera

Для продолжения нам предложат зарегистрироваться на сайте Altera. Регистрируемся. Процедура стандартная. Начинается загрузка, ждём ей окончания. Время загрузки зависит от скорости вашего интернет-соединения. Объём скачиваемых данных примерно 3-4 Гб

Регистрация на официальном сайте Altera

5Установка среды разработкиQuartus II

Когда всё загрузилось, запускаем файл QuartusSetupWeb.exe. Выбираем место расположения Quartus II.

В пути к директории установки Quartus II не должно быть кириллицы и пробелов (например, «Мои документы» – плохое место для установки Квартуса), иначе в будущем это может вызвать проблемы при работе с ПЛИС. Хороший вариант пути для установки C:/Altera/.

Далее выбираем компоненты для установки. В зависимости от параметров вашего компьютера, процесс установки может занять до часа. Дожидаемся окончания процесса установки среды разработки Quartus II на компьютер.

Установка среды разработки Quartus II

6Окончание установкиQuartus ii

Всё, среда разработки Quartus II установлена! Запускаем её по ярлыку на рабочем столе или в меню «Пуск».

Окончание установки Quartus ii

Обратите внимание

ПЛИС чувствительны к статическому электричеству, так что применяйте соответствующие меры предосторожности.

soltau.ru

Изучение САПР Intel Quartus Prime

Компания Intel, с тех пор как в 2016 году приобрела компанию Altera, является мировым лидером в производстве FPGA. Среда САПР для программирования микросхем FPGA называется Intel Quartus Prime. Эта САПР позволяет проектировать логику работы микросхем схемотехнически и на языках программирования AHDL, VHDL, Verilog и других. Среда программирования Intel Quartus Prime так же позволяет производить симуляцию проектов, загружать скомпилированный образ FPGA в микросхему, вести внутрисхемную отладку проектов и многое другое.

Альтера и потом уже Интел, на протяжении многих лет совершенствовала среду Quartus. Предыдущая версия этой программы ранее называлась Altera Quartus II.

Существуют бесплатные, но вполне функциональные версии САПР Quartus II Web Edition или последняя Quartus Prime Lite. Есть и платные подписки. Однако, даже для профессиональной работы зачастую хватает бесплатных версий квартуса.

Несомненно отличия между Quartus II и Quartus Prime есть. В первую очередь нужно обратить внимание, что для разных серий ПЛИС может потребоваться разная САПР. Ниже представлена таблицы, которая показывает, какие серии ПЛИС мы используем в своих платах серий Марсоход, Марсоход2 и Марсоход3 и какие САПР следует выбирать.

	Quartus Prime
Cyclone III Марсоход2	Cyclone IV Марсоход2bis	Cyclone IV Марсоход2RPI	MAX II Марсоход	MAX 10 Марсоход3, Марсоход3bis
Quartus II v13.1

Чтобы Вам было легче осваивать программу Intel Quartus Prime мы подготовили несколько пошаговых инструкций.

Ниже представлены немного устаревшие инструкции по Altera Quartus II.

Вот они:

Следующие статьи помогут Вам разобраться со схемотехническим описанием проектов в среде Altera Quartus II:

Кроме этого мы подготовили краткое описание языка проектирования цифровой логики Verilog.

Его можно скачать здесь:

 

marsohod.org

Система проектирования Quartus II

Средство разработки Quartus II — это следующий шаг в проектировании устройств с высокой степенью интеграции, включая разработку законченных систем на одном программируемом кристалле (System-on-a-programmable-chip (SOPC)).

Программное обеспечение Quartus II предоставляет полный цикл для создания высокопроизводительных систем на кристалле. Quartus II объединяет в себе проектирование, синтез, размещение элементов, трассировку соединений и верификацию, связь с системами проектирования других производителей.

Разработка систем на кристалле требует от разработчиков эффективной командной работы. Изменения в одной части проекта должно иметь минимальное влияние на других членов команды. Программное обеспечение Quartus II — это наиболее комплексная среда для разработки систем на кристалле SOPC, доступная в настоящее время. Quartus II включает в себя блочный метод разработки LogicLock.

LogicLock

LogicLock — это новая блочная методология проектирования, доступная исключительно в программном обеспечении Quartus II. Quartus II совместно с LogicLock — единственное программное обеспечение для разработки устройств на основе программируемой логики, которое включает в себя блочную методологию проектирования как стандартную функцию. Это помогает увеличить эффективность работы разработчиков, снизить время проектирования и верификации. LogicLock позволяет проектировать и проверять каждый модуль отдельно. Разработчики могут объединять готовые модули в проект верхнего уровня, сохраняя производительность каждого модуля в процессе объединения. LogikLock снижает время разработки и верификации, поскольку каждый модуль оптимизируется только один раз.

NativeLink

NativeLink — позволяет осуществлять связь между средством разработки Quartus II и программным обеспечением других производителей. NativeLink позволяет средствам синтеза сторонних производителей преобразовывать свои примитивы напрямую в примитивы устройств Altera. Прямое преобразование сокращает время компиляции и освобождает от использования дополнительных библиотек трансляций преобразований, которые могут ограничить производительность, достигнутую средствами проектирования сторонних производителей. Процесс разработки NativeLink позволяет разработчикам использовать Quartus II для размещения элементов, а средства проектирования других производителей — для оптимизации стратегий синтеза.

PowerFit 

Технология размещения элементов и трассировки соединений PowerFit в программном обеспечении Quartus II использует временные параметры, заданные разработчиком, для оптимального составления схемы и размещения логических элементов. Интеллектуальный алгоритм трассировки по временным параметрам в программном обеспечении Quartus II уделяет первостепенное внимание соединениям, критичным к временным параметрам. Критичные к временным параметрам соединения оптимизируются в первую очередь, для уменьшения задержек и достижения максимальной производительности (fMAX). Дальнейшее улучшение параметра fMAX достигается использованием новейшей архитектуры, такой как в семействе устройств Stratix. Эта передовая технология размещения элементов и трассировки соединений помогает пользователям программного обеспечения Quartus II достичь максимальной производительности, и обладает самым малым временем компиляции проекта среди подобных средств разработки.

Верификация

Проверка или верификация проекта может оказаться самой продолжительной стадией в процессе разработки высокопроизводительных систем на кристалле (SOPC). Однако, используя Quartus II, возможно сократить время верификации, поскольку это программное обеспечение обладает набором собственных средств верификации, интегрированных с последними средствами верификации сторонних фирм.

Анализ

Altera разработала два метода, для того, чтобы помочь разработчикам проанализировать состояние внутренних точек и входов/выходов устройства. Это отладочное средство SignalProbe и логический анализатор SignalTap. Технологии SignalTap и SignalProbe могут работать совместно со средствами синтеза сторонних производителей и не требуют внесения изменений в исходный HDL файл проекта.

SignalProbe

Доступная в последних версиях программного обеспечения Quartus II технология аппаратной отладки SignalProbe позволяет пользователям последовательно соединять внутренние точки устройства со свободными зарезервированными выводами для анализа с помощью осциллографа или логического анализатора. При использовании технологии SignalProbe сохраняются все временные параметры и межсоединения устройства.

SignalTap  

Для многих разработчиков, которые используют корпуса BGA с большим количеством входов/выходов, верификация системного уровня занимает очень много времени и иногда сильно затруднена. Логический анализатор SignalTap производит верификацию, с помощью интеграции функциональности логического анализатора в программном обеспечении. SignalTap позволяет разработчикам собрать данные с любых внутренних точек и входов/выходов устройства в режиме реального времени при работе системы. Quartus II вставляет в проект мегафункцию, содержащую логический анализатор. Данные собираются и сохраняются в блоках встроенной памяти устройства и направляются в программное обеспечение Quartus II через загрузочный кабель. Разработчики также могут подать внутренние сигналы на выводы устройства для дальнейшего мониторинга. Логический анализатор SignalTap позволяет существенно снизить время верификации, что позволяет в более короткие сроки выпускать новые продукты.

PowerGauge 

Программное обеспечение Quartus II включает технологию PowerGauge — первое интегрированное средство анализа энергопотребления. Средство анализа PowerGauge использует файлы, созданные в процессе моделирования для того, чтобы связать оценку потребления энергии с заданными параметрами устройства. Используя симулятор Quartus II или симуляторы сторонних производителей, интегрированный анализатор энергопотребления позволяет потребителям Altera установить и оптимизировать потребление энергии на более ранней стадии процесса разработки.

Поддержка 

Информация о поддержке семейств ПЛИС Altera в ПО Quartus II представлена в таблице 1.

Версии Quartus II Web Edition и Subscription Edition находятся на диске ALTERA, который можно заказать на сайте компании Гамма.

На сайте Altera доступен on-line курс Using the Quartus II Software: An Introduction.

Новая версия ПО Quartus II v8.0

Назад

icgamma.ru