Altera FPGA伴你玩转USB3.0与LVDS/电子设计与嵌入式开发实践丛书

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第3章 软件安装与配置 本章导读 本章将介绍FPGA开发所涉及的集成开发工具Quartus Ⅱ、仿真工具ModelSim、源码编辑器Notepad++的安装，Notepad++在Quartus Ⅱ中的关联设置，USBBlaster下载器、串口芯片的驱动安装以及USB 3.0控制器FX3芯片的SDK和驱动安装。 “工欲善其事，必先利其器。”FPGA开发所涉及的EDA工具的安装和使用比一般的软硬件开发要复杂和麻烦得多，为了帮助广大初学者少走弯路，笔者觉得有必要通过详细的介绍让大家快速完成这项艰巨任务。 因为使用的是Altera公司的器件，所以别无选择地锁定了Quartus Ⅱ这款Altera针对自身器件的集成开发工具。可以在Quartus Ⅱ上完成设计输入(主要是编写代码)、语法检查、时序约束、综合、映射(布局布线)、配置文件的下载操作以及板级在线调试。大家可能会发现少了仿真这一步。仿真确实是必需的，这是设计前期进行验证最有效的手段。在早期的Quartus Ⅱ上还能看到集成的仿真功能，可以用波形方式产生激励信号，只是功能过于单一，应付非常简单的设计仿真还可以，稍复杂点就力不从心了。因此，现在的Quartus Ⅱ上已经让这个“鸡肋”功能彻底消失了，取而代之的是与更专业的Mentor Graphics公司合作推出的ModelSimAltera版本仿真工具。 关于EDA工具的问题，使用Altera公司的器件，在设计规模不是很大、很复杂的情况下，推荐使用Quartus Ⅱ+ModelSimAltera或Quartus Ⅱ+ModelSim SE的搭配，可以完成大多数的工程。 3.1软件下载和许可证申请 Altera公司的官网也有工具可以直接下载，可以直接访问其软件下载支持网页。而对于这些工具的安装许可，大致可以有以下几种方式(可参考官方文档quartus_install.pdf)：  网络版本无须许可证，只是部分高级功能（如Quartus Ⅱ Web Edition和ModelSimAltera Starter Edition）受限。对于一般的初学者，这样的版本绝对够用。  订购版本的Quartus Ⅱ，可以提供30天的试用期限。企业用户通常会选择付费使用该版本。  国内的代理商艾瑞或骏龙，都能够提供60天的试用许可证，据说没有申请次数限制，只要每隔60天向其提交一次申请即可。这个申请的许可证适用于订购版本，且无任何功能限制。 许可证通常有两种，即固定的和浮动的，安装方式稍有差异。固定许可证是用户根据固定的计算机申请的，只能用于申请本地计算机。浮动许可证更实用一些，一些公司申请多个浮动许可证，然后局域网内所有的计算机都可以使用这个浮动许可证，只不过同时在线数受到许可证数量的限制。 本书使用Quartus Ⅱ 13.1，可以直接到Altera官方网站下载。 除了要下载Quartus Ⅱ以外，ModelSimAltera Edition和器件库也都需要下载。器件库一定要下载所使用的Cyclone Ⅳ系列，如果有其他需求，也可以下载并安装。 3.2Quartus Ⅱ与ModelSimAltera的安装 打开Quartus Ⅱ 13.1文件夹，双击QuartusSetup13.1.0.162.exe。然后继续单击“确定”按钮，直到出现如图3.1所示的器件选择界面，选中所有复选框，这样能够自动关联本地文件夹下所有的其他相关安装文件。这样就可以一次性地将本地文件夹下的所有配套软件都安装完毕。 图3.1器件选择界面 继续安装，根据不同的计算机配置情况，安装可能需要0.5~1h。安装完毕如图3.2所示，可以看到程序菜单中出现了Altera 13.1.0.162的目录，里面包括了Quartus Ⅱ、Nios Ⅱ EDS和ModelSim。 图3.2开始程序 3.3文本编辑器Notepad++安装 在后续实验中将会用到文本编辑器Notepad++。这个编辑器比Windows自带的txt文本编辑器好用，甚至在写代码时也建议使用Notepad++——用专业的工具做专业的事。 直接进入Notepad++文件夹，双击可执行文件notepad++.exe，如图3.3所示，语言选择Chinese(Simplified)，单击OK按钮。 图3.3语言安装选择 在如图3.4所示的安装向导界面中，单击“下一步”按钮。 在如图3.5所示的“许可证协议”界面中，单击“我接受”按钮。 进入如图3.6所示的“选择安装位置”界面。安装路径建议使用C盘的默认路径，软件所需空间仅为4.4MB，然后单击“下一步”按钮。 在如图3.7所示的选择组件界面中，默认设置，单击“安装”按钮。 安装完毕，如图3.8所示，单击“完成”按钮，弹出如图3.9所示的Notepad++工作界面。 图3.4安装向导界面 图3.5“许可证协议”界面 图3.6选择安装位置 图3.7安装组件选择 图3.8安装完成 图3.9Notepad++工作界面 3.4QuartusⅡ中使用Notepad++的关联设置 很多QuartusⅡ版本中自带的文本编辑器出现了对中文注释支持不好的情况，并且在代码编辑过程中不如一些专业的代码编辑器好用，因此建议使用Notepad++这类的代码编辑器。这里以Notepad++为例来看看在Quartus Ⅱ中如何设置，实现在Quartus Ⅱ中双击代码文本直接调用Notepad++进行编辑。 打开Quartus Ⅱ 13.1，然后在Quartus Ⅱ的菜单中选择Tools→Options，如图3.10所示。 图3.10打开Tools→Options菜单 如图3.11所示，在左边的Category下选择General→IP Settings→Preferred Text Editor。在右侧的Text Editor下拉列表中选择Notepad++。在Commandline中选择定位到notepad++.exe所在的路径。不同操作系统Notepad++所在路径可能会不同，用户可先到自己计算机的C盘里面找一个路径，复制地址栏的地址即可。图3.12是笔者C盘下的安装文件夹。 图3.11Notepad++路径设置 图3.12Notepad++所在文件夹 3.5USBBlaster的驱动安装 3.5.1Windows XP系统的USBBlaster安装 通过USB电缆将USBBlaster与计算机相连，同时可以打开计算机的“设备管理器”。此时，如图3.13所示，“设备管理器”中的“其他设备”→USBBlaster前面有叹号，说明驱动还未安装好。 图3.13设备管理器 系统一般会自动弹出“找到新的硬件向导”对话框，如图3.14所示，选中“从列表或指定位置安装”单选按钮，然后单击“下一步”按钮。 图3.14从列表或指定位置安装驱动 若是没有自动弹出如图3.14所示的“找到新的硬件向导”对话框，则在“设备管理器”中“其他设备”的USBBlaster上右击，选择“更新驱动程序”选项。 如图3.15所示，单击“浏览”按钮，找到Quartus Ⅱ安装目录下的“…＼quartus＼drivers＼usbblaster”文件夹，单击“下一步”按钮。 图3.15设置驱动路径 弹出如图3.16所示的对话框，单击Continue Anyway按钮。 图3.16驱动安装提示 驱动安装完毕，如图3.17所示。在“设备管理器”的“通用串行总线控制器”下出现了Altera USBBlaster选项，并且它前面没有叹号，说明设备已经安装成功。 图3.17识别新硬件 打开Quartus Ⅱ，选择Tools→Programmer菜单命令，在打开的窗口中单击Hardware Setup按钮，在弹出的对话框中选择USBBlaster，如图3.18所示。 图3.18在Quaruts Ⅱ的Programmer下识别USBBlaster下载器 3.5.2在Windows 7系统安装USBBlaster 通过USB电缆将USBBlaster与计算机相连，如图3.19所示。此时，系统提示“未能成功安装设备驱动程序”。 图3.19识别新硬件 打开“设备管理器”，如图3.20所示，找到“其他设备”→USBBlaster，发现前面有叹号，说明驱动还未安装好。右击USBBlaster，在弹出的快捷菜单中选择“更新驱动程序软件”选项。 图3.20更新驱动 如图3.21所示，选择“浏览计算机以查找驱动程序软件”。 在如图3.22所示的对话框中,单击“浏览”按钮，找到Quartus Ⅱ安装目录下的“…＼QUARTUS＼DRIVERS＼USBBLASTER”文件夹，选中“包括子文件夹”复选框，单击“下一步”按钮。 弹出如图3.23所示的对话框中，单击“安装”按钮。 驱动安装完毕，如图3.24所示。此时，如图3.25所示，在“设备管理器”→“通用串行总线控制器”下出现了Altera USBBlaster的选项，并且它前面没有叹号，说明设备已经安装成功。 打开Quartus Ⅱ，选择Tools→Programmer菜单命令，在弹出的对话框中单击Hardware Setup按钮，在弹出的对话框中选择USBBlaster，如图3.18所示。 图3.21“浏览计算机以查找驱动程序软件”选项 图3.22设置驱动所在路径 图3.23驱动安装提示 图3.24驱动安装完成 图3.25设备管理器识别硬件 3.5.3在Windows 8系统安装USBBlaster 在Windows 8系统安装USB Blaster驱动时，可能会弹出如图3.26所示的提示对话框。这是系统强制认证硬件数字签名的问题，需要关掉此项功能。方法如下： 图3.26识别新硬件提示 方法1： (1) 使用快捷键Win+R打开运行命令。 (2) 输入“shutdown.exe /r /o /f /t 00”命令。 (3) 单击OK按钮重启后进入操作界面。 (4) 在操作界面中选择“疑难解答”→“高级选项”→“Windows开机设置”。 (5) 接着单击“重启”按钮，系统重启后进入“高级选项”界面。 (6) 选择“禁用强制驱动程序”。 (7) 然后安装驱动即可。 方法2： (1) 选择“设置”→“更改电脑设置”。 (2) 单击最后一个“更新和回复”，再单击“恢复”。 (3) 在右边选择“高级启动”下的“重新启动”。 (4) 出现几个选项，选择“疑难解答”。 (5) 单击“高级”，启动“设置”，重启。 (6) 重启之后，弹出安全模式等列表。 (7) 选择倒数第三个选项“禁用强制驱动程序签名”，对应哪个数字就按哪个数字。 (8) 重启，驱动即成功安装。 之后，按照Windows 7驱动安装的方法安装即可。 3.6串口芯片驱动安装 3.6.1驱动安装 下载UART驱动，或者到Prolific官方网站下载最新的驱动，双击PL2303_Prolific_DriverInstaller_v1.8.0.exe进行安装，单击“下一步”按钮，直到“完成”即可。 3.6.2设备识别 将HSC开发板连接到计算机(通过USB TypeB线)，给电路板供电。打开计算机端的设备管理器，如图3.27所示，在“端口”下面多了Prolific USBtoSerial Comm Port(COM13)一项，不同的计算机上COM端口号可能不一样，但是一定都会有Prolific USBtoSerial Comm Port，这说明HSC开发板上的串口已经被识别到了。 图3.27PL2303驱动安装成功 3.7USB 3.0控制器FX3的SDK安装 如图3.28所示，可以直接访问Cypress官方网站，下载FX3的SDK。链接如下： http://china.cypress.com/documentation/softwareanddrivers/ezusbfx3softwaredevelopmentkit。 图3.28Cypress官方网站下载SDK 双击下载好的FX3 DVK文件夹下的FX3 DVK Setup_revSS.exe图标。 如图3.29所示，单击Next按钮进行安装，安装文件所在文件夹建议使用默认的C盘路径，不要更改。 图3.29FX3 SDK安装路径设置界面 如图3.30和图3.31所示，弹出安装界面，都使用默认配置，然后单击Next按钮。 如图3.32~图3.35所示，连续4次选择“I accept...”选项，然后单击Next按钮。 如图3.36所示，开始安装了。 如图3.37所示，FX3 SDK安装完成。 图3.30FX3 SDK产品安装概述 图3.31FX3 SDK安装包选择 图3.32FX3 SDK安装license确认页面1 图3.33FX3 SDK安装license确认页面2 图3.34FX3 SDK安装license确认页面3 图3.35FX3 SDK安装license确认页面4 图3.36FX3 SDK安装页面 图3.37FX3 SDK安装完成页面 3.8USB 3.0控制器FX3的驱动安装 1. PC与开发板的USB 3.0连接 如图3.38所示，HSC开发板上的P5是USB 3.0 MicroB连接器，用USB线将其和PC连接好，给HSC开发板供12V电源。 图3.38PC与开发板的USB 3.0连接示意图 2. PC与USB连接 对于PC到底是USB 2.0接口还是USB 3.0接口，简单做一些常识普及。如图3.39所示，这里有3个USB接口，蓝色的那个就是USB 3.0接口，而另外两个是普通的USB 2.0接口。 图3.39USB 2.0和USB 3.0接口区别 也有一些PC的USB 3.0接口不使用蓝色标记，而是和USB 2.0一样的黑色标记，此时大家注意到如图3.40所示的USB 3.0图标在旁边就可以确认它也支持USB 3.0了。 如图3.41所示，对于USB线缆，如果插头为蓝色的，就支持USB 3.0。如果是白色的，那么就是普通的USB 2.0线缆。 图3.40USB 3.0接口标识 图3.41USB 2.0与USB 3.0的连接器区别 3. USB 3.0控制器FX3驱动安装 插入USB口，上电后如图3.42所示，出现新的设备WestBridge。右击该设备，选择“更新驱动程序软件”或相关选项。 图3.42设备管理器的未识别设备 此时，将查找驱动的路径定位到以下文件夹（以实际的SDK安装路径为准）： C:\\Program Files (x86)\\Cypress\\EZUSB FX3 SDK\\1.3\\driver\\bin\\win7\\x64。 注意： WIN7系统选择win7文件夹，WIN8和WIN10系统选择win8文件夹。 安装好FX3的驱动后，界面如图3.43所示。 图3.43USB 3.0驱动安装成功 （1）《Altera FPGA伴你玩转USB3.0与LVDS》基于Altera Cyclone Ⅳ FPGA+USB 3.0+LVDS的硬件开发平台，提供有丰富的例程讲解：从基础的FPGA入门实例到基于FPGA的UART、DDR3、USB 3.0、LVDS传输实例。（2）《Altera FPGA伴你玩转USB3.0与LVDS》提供一站式入门学习方案：板级设计、软件工具和相关驱动安装、丰富的例程讲解，让读者快速掌握FPGA各种片内资源的应用以及接口时序的设计。