第一篇??基礎篇

3.1安裝FPGA開發環境

3.1.1?安裝高云云源軟件

用戶可直接在高云官方網站的開發者專區下載最新版本的云源軟件GOWIN FPGA Designer，云源軟件有支持Windows和Linux兩種系統的版本。網站可下載教育版和全功能版，教育版不需要License即可使用，全功能版需在官網申請License方可使用。

申請License時需要填寫用戶電腦的MAC地址，即一個Licence只能用于一臺電腦使用。全功能版與教育版的主要區別在于支持的器件型號不同，教育版僅支持較小規模的器件，全功能版支持高云的所有PFGA器件。

雙擊高云云源軟件安裝程序，在打開的界面中依次單擊“Next”、“ＩAgree”按鍵，進入到軟件安裝組件選擇對話框，如圖3-1所示。

圖3-1 云源軟件安裝組件選擇界面

圖3-1中的組件主要包括Gowin開發環境和程序下載組件Gowin programmer，默認全選擇可，單擊“Next”進入安裝路徑設置對話框，如圖3-2所示。用戶可以選擇軟件安裝的路徑。

圖3-2 ?云源軟件安裝路徑設置界面

單擊“Install”即可開始軟件安裝。由于云源軟件的功能比較簡單，軟件安裝十分迅速。完成Gowin和Gowin programmer組件后，自動彈出USB轉JTAG驅動安裝界面，如圖3-3所示。

圖3-3 云源軟件USB轉JTAG驅動安裝界面

云源軟件集成了USB轉JTAG（邊界掃描）驅動，便于通過USB接口完成FPGA程序的下載功能，使用非常方便。

依次單擊“Next”，即可順利完成FTDI公司的USB轉串口芯片FT232HQ的驅動安裝。本書配套開發板CGD100上集成了由FT232HQ做轉接的USB轉JTAG下載的電路模塊。

3.1.2?安裝ModelSim軟件

Mentor公司的ModelSim是業界最優秀的HDL語言仿真軟件，它能提供友好的仿真環境，是業界唯一的單內核支持VHDL和Verilog HDL混合仿真的仿真器。ModelSim采用直接優化的編譯技術、單一內核仿真技術，編譯仿真速度快，編譯的代碼與平臺無關，便于保護IP核。個性化的圖形界面和用戶接口，為用戶加快調試進程提供了強有力的手段，是FPGA的首選仿真軟件。

ModelSim可以獨立完成HDL代碼的仿真測試。AMD、Intel這兩家公司的FPGA開發環境本身自帶了HDL仿真工具，同時也提供了與ModelSim軟件的功能接口，可以將ModelSim軟件嵌入到公司的FPGA開發環境中。

云源軟件本身沒有自帶的HDL仿真工具，也沒有提供ModelSim的功能接口，因此只能獨立運行ModelSim軟件完成HDL仿真。同時，ModelSim可以編譯高云FPGA的IP核，完成IP核的仿真庫編譯后，即可利用ModelSim完整仿真包含高云FPGA IP核的HDL文件，應用起來也十分方便。

接下來首先介紹ModelSim軟件安裝步驟。

雙擊ModelSim安裝程序文件后打開軟件安裝界面，單擊“Next”進入安裝路徑設置界面，設置好安裝路徑后依次單擊“Next”、“Agree”進入安裝界面，如圖3-4所示。

圖3-4 ?ModelSim安裝過程界面

在圖3-4所示的界面安裝完成后，彈出硬件安全密鑰驅動器（Hardware Security Key Driver）安裝界面，單擊“Yes”完成安裝即可，如圖3-5所示。硬件安全密鑰驅動器實際上是安裝ModelSim軟件的License文件的工具。

圖3-5 ?硬件安全密鑰驅動器安裝界面

如果HDL文件中不包括任何IP核，則可直接使用ModelSim進行仿真；如果HDL文件中包含了例化的IP核，由于ModelSim是第三方軟件，本身沒有集成高云FPGA的IP核信息，因此需要在ModelSim中完成高云FPGA的IP核編譯，才能進行仿真。

首先在ModelSim安裝目錄下新建“gowingw1n”文件夾，用于存放編譯后的小蜜蜂系列FPGA器件（本書配套開發板的FPGA芯片為小蜜蜂家族的GW1N-UV4LQ144）。

建好文件夾后，打開ModelSim軟件，依次單擊菜單“File→Change Directory...”打開修改目錄對話框，將當前目錄修改為新建的“gowingw1n”路徑。依次單擊“File→New→Library...”打開新建庫對話框，將庫名稱（Library Name）修改為prim_sim，如圖3-6所示。

圖3-6 新建IP仿真庫編譯界面

單擊“OK”完成仿真庫的建立。依次單擊“Compile→Compile”打開編譯源文件界面，在設置界面中選擇“Library”為“prim_sim”，將文件路徑設置為云源軟件安裝目錄下的“IDEsimlibgowinprim_sim.v”，單擊“Compile”即可完成高云小蜜蜂家族FPGA器件的IP庫編譯，如圖3-7所示。

圖3-7 編譯源文件設置界面

3.2?開發平臺CGD100簡介

CGD100是專為本書設計的一塊低成本入門級FPGA開發板。本書中的實例主要涉及到按鍵、LED燈、數碼管、蜂鳴器、串口通信接口，CGD100具備這些功能接口。書中絕大多數實例均可在該開發板上驗證。由于本書的實例較為簡單，對芯片的邏輯資源需求量較少，讀者也可以選購其他具備類似接口的FPGA開發板完成本書的實驗。

在其他開發板完成本書實驗時，只需修改工程中的目標FPGA器件型號，并根據開發板用戶手冊修改程序頂層端口信號對應的管腳約束即可。如果讀者采用其它公司的FPGA器件為開發平臺，對于涉及到IP核的程序實例時，需要在對應的開發環境中重新生成所需功能的IP核。

CGD100外觀尺寸為90?mm60?mm，精心設計的電路板結構緊湊、布局美觀且具備良好的工作穩定性。綜合考慮工程實例對邏輯資源的需求，以及產品價格等因素，CGD100開發板采用高云的小蜜蜂家族FPGA系列GW1N-UV4LQ144為主芯片。

芯片包含4608個4輸入LUT4、3456個觸發器（FF)、180kbit的塊狀存儲器（SSRAM）、256kbit的用戶閃存、16個18比特位寬的乘法器（Multiplier）、2個時鐘鎖相環（PLL）和125個用戶IO。

CGD100主要有以下特點及功能接口。

l?）?采用高云小蜜蜂家族FPGA系列的GW1N-UV4LQ144為主芯片，豐富的資源可勝任FPGA入門實例項目設計；

2）??256kbit的閃存資源，有足夠的空間存儲FPGA配置程序；

3）??集成了下載電路模塊，只需一根USB線即可完成FPGA程序下載及調試；

4）?50MHz外部晶振；

5）獨立的USB轉串口接口，便于完成串口通信等功能電路；

6）??4個共陰極8段數碼管，便于完成數字時鐘等功能電路；

7）??1個無源蜂鳴器，便于完成電子琴等功能電路；

8）?8個獨立按鍵；

9）??8個單色LED燈；

10）??4個三色LED燈（紅、黃、綠）；

l1）??4位拔碼開關；

l2）??80針擴展接口，擴展輸出獨立的FPGA用戶引腳。?





審核編輯：劉清
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