Tutoriel du logiciel Quartus II dAltera

Pr : Rachid EL ALAMI

2013/2014

Tutoriel Quartus dAletra

Lenvironnement de dveloppement permettant de programmer les composants reconfigurables

dAltera se nomme Quartus. Il permet de raliser lintgralit des tapes permettant de configu-rer un composant programmable. Ce tutoriel est crit pour la version 10.0 de Quartus avec laquelle fonctionne la carte de dveloppement DE2-70.

1 Crer un projet 1.1 Cration dun dossier Windows spcifique votre projet

Pour chacun des projets ou des versions de projets sur lesquelles vous allez travailler, il est trs fortement conseill de crer un dossier Windows spcifique, dans lequel seront sauvegards le projet et les diffrents fichiers crs. On veillera donc changer de dossier ds quon change de projet ou de version de projet.

1.2 Lancer le logiciel Quartus Lancez le logiciel Quartus II 10.0 Subscription Edition :

1.3 Crer un projet sous Quartus avec lassistant de cration Quartus fonctionnant par projet il est nces- saire de commencer par crer un projet

chaque dbut de conception. Cliquer sur File puis New Project Wizard, la fentre suivante souvre :

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Entrer ensuite dans le Project Wizard le nom choisi pour votre projet :

Cliquer 2 fois sur

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Choisir le FPGA prsent sur votre carte en slectionnant : La famille de FPGA : Cyclone II Le modle : EP2C70F896C6

Cliquer 2 fois sur puis sur . Le projet est cr. Pour fermer un projet ouvert, cliquer sur File puis Close project ; on ne peut ouvrir quun seul projet

la fois. Pour ouvrir un projet, cliquer sur File puis Open Project et choisir le projet que vous voulez ouvrir.

2 Crer le ou les fichiers dcrivant votre projet Un projet est gnralement constitu de plusieurs fichiers dcrivant chacun une ou plusieurs fonc-

tions numriques. Parmi les possibilits proposes par Quartus pour crer des fichiers, nous allons en voir deux :

1. Cration sous forme schmatique : on parle alors de Block Diagramm/Schematic File (extension .bdf des fichiers), traite au paragraphe 2.1.

2. Cration sous forme textuelle en utilisant un langage de programmation de circuits : Langage VHDL (extension .vhd) ou bien langage Verilog (extension .v, langage non enseign lIOgs), voir le paragraphe 2.2.

2.1 Cration de fichier sous forme schmatique

File>New (ou Ctrl N ) ou icne , puis slectionner le type de fichier : Block Diagram/Schematic file

Dans le fentre qui souvre, slectionner

lou- til de slection de composants puis, dans la fentre Symbol, pour accder par exemple, une porte ET 2 entres, il faut descendre ensuite dans le menu de slec- tion de composants en choisissant : C:/altera/quartus/librairies/primitives/logic.

Slectionner le composant, puis cliquer sur Ok.

On bascule alors sur le schma ; chaque clic souris dessine une nouvelle porte ; on sort de ce mode par la touche Echap (ou Esc).

Pour tracer des connexions, on slectionne loutil (Orthogonal Node Tool ), et on re- lie les 2 terminaisons concernes entre elles :

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ll faut maintenant dessiner les entres/sorties de la fonction logique (les in ou les out de la description VHDL). Pour cela slectionner nouveau loutil puis, dans la fentre Symbol, choisir le chemin C :/altera/quartus/librairies/primitives/pin et choisir input pour les entres ou output pour les sorties. Reprendre les mmes op- rations que pour les portes pour la fin de ce schma. On obtient alors :

2.2 Cration de fichier sous forme de fichier VHDL File>New (ou Ctrl N) ou icne , puis slectionner le type de fichier : VHDL File. Tapez le code VHDL dans la zone du code. Pour associer les Entres /sorties de votre code VHDL des broches physiques du composant,

le plus simple est de crer un schma bloc associ votre code VHDL (voir paragraphe 3) ce niveau,

soit vous souhaitez utiliser cette fonction dans dautres fichiers (voir la commande component en VHDL, et la notion dinstanciation), dans ce cas lire le paragraphe 3.

soit vous voulez relier votre fonction numrique des broches physiques de la carte DE2-70. Cest lobjet de la suite de ce paragraphe.

Afin d e f aire c orrespondre les entres/sorties avec les signaux de la maquette il faut c hoisir leur nom se sorte quils correspondent des broches physiques de la carte. Pour cela, il existe un fichier descriptif de la carte, DE2Manual. Ce fichier dcrit les 622 broches du composant (do son nom) et nous permet de slectionner facilement les broches de la carte. Indique les noms des broches et leur correspondance sur la maquette DE2.

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Cliquer sur le menu Assignments puis choisir Pin Planner :

Dans lexemple de ladditionneur 4 bits, pour relier le bit a(3) linterupteur 3, on double-clique sur

le pin name du connecteur dInput, puis dans la fentre apparaissant on renseigne le nom en indiquant la valeur de pin correspont linterupteur 3, dans ce cas cest PIN_A27, Puis on valide. Et ainsi de suite pour toutes les entres et sorties du circuits.

La conception de votre 1er circuit sous forme code VHDL se termine ici. Reste compiler le projet puis le tlcharger sur la carte. Vous pouvez donc, pour ce 1er circuit, passer directement au paragraphe 5.

3 Schma associ une fonction Quartus proposant une interface graphique, il est utile de pouvoir associer nimporte quelle fonction

un schma ; cela sapplique indiffremment aux fonctions dcrites sous forme de schma, ou sous forme de code VHDL. On peut ensuite associer entre elles les nouvelles fonctions dcrites sous formes de schmas, et ainsi de suite. On voit donc apparatre la notion de conception hirarchique.

3.1 Cration de schma associ une fonction sous forme de fichier VHDL

Ouvrir le fichier (schma ou code VHDL) Slectionner Create/Update > Create Symbol File for current File, voir la figure ci-contre (nb : pour pouvoir crer un schma associ un fichier, le fi- chier doit avoir t sauvegard) Sauvegarder le schma (fichier .bdf) ainsi cr dans le dossier du projet en lui donnant un nom explicite diffrent du nom du fichier VHDL ainsi que de celui de lentit (entity ).

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3.2 Utilisation du schma associ une fonction

Crer un nouveau fichier Block Dia- gramm/Schematic (ou ouvrir un fichier existant)

Slectionner loutil Symbol Tool Ouvrir le dossier Project et slectionner le

com- posant par son nom

Se servir ensuite de ce composant comme

dun composant standard dans des Block Diagramm/Schematic de plus haut niveau.

On peut par exemple associer les broches

physiques de la carte au Entres/sorties dun code crit en VHDL.

Ne pas oublier de dsigner le fichier

"schma" (.bdf) comme tant le fichier de plus haut niveau. Pour cela, slectionner dans le Project Navigator le fichier de plus haut niveau ; faire un clic droit et choisir Set as Top-Level Entity comme sur la figure ci-contre.

4 Travailler avec plusieurs fichiers Cette partie ne concerne pas vos tous premiers dveloppements.

4.1 Travail avec plusieurs fichiers Pour le dveloppement dun projet, on est trs rapidement amen avoir plusieurs fichiers. Quartus

nous permet dutiliser des fichiers de tous types (graphiques ou textuels). Pour les associer entre eux, le plus simple est dassocier chaque fichier textuel un schma puis dassocier les schmas entre eux, et enfin de nommer les entres-physiques sur le schma global avec les noms adquats. Le mode opratoire est donc :

1. Crer les diffrents fichiers 2. Associer chaque fichier un schma 3. Associer les schmas entre eux 4. Dsigner le fichier de plus haut niveau (Set as Top-Level Entity )

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4.2 Ajouter ou liminer des fichiers du projet

Pour ajouter (ou dailleurs liminer) des fichiers au projet, on slectionne Project > Add/Remove Files in Project puis on choisit les divers fichiers inclure.

Pour liminer des fichiers du projet, on

peut aussi aller dans la fentre de Project Naviga- tor, slectionner le fichier, puis Remove File from Project.

A noter quun fichier limin du projet nest nullement effac de lordinateur et quon pourra le rinclure dans ce projet ou dans un autre ultrieurement.

5 Compiler le projet La compilation va gnrer la configuration du composant programmable qui permettra la ralisation

concrte du projet. Pour cela : slectionner licne idoine (la flche violette) dans le menu

ou dans la barre de menu, choisir Processing > Start Compiation, ou encore en tapant Ctrl L. On peut ne pas lire le rapport de compilation dans la fentre de Messages (en bas de la fentre

Quartus) lors des premires programmations. Si la compilation nest pas couronne de succs, il va falloir trouver et corriger les erreurs dans les fichiers sources. Sinon, on peut passer la programmation du composant, paragraphe 6.

Remarques sur la fentre de messages et celle de Flow Summary : de faon gnrale, un grand nombre dinformations vous sont donnes sur le bon (ou mauvais droulement de la compilation), mais dans un 1er temps leur lecture nest pas indispensable. Vous y verrez un nombre important de warnings : ils ne sont pas forcment critiques. Enfin la fentre de Flow Summary vous donne un rsum sur les ressources occupes par votre fonction sur votre composant.

6 Configurer le composant Pour configurer le composant afin dobtenir le fonctionnement dcrit par le projet, il faut impra-

tivement : que la maquette DE2-70 soit relie lordinateur par cble USB, quelle soit sous tension (bouton rouge), que le commutateur RUN / PROG soit positionn sur RUN. Il est de plus prfrable davoir test la validit de la chane de dveloppement ainsi que celle de

la connexion USB, laide du programme de test fourni, DEO Control Panel ou par la programma- tion de la carte laide dun programme dj ralis et prsent sur DE0 pour TPELEC\New Files, de0_debounce_cnt.

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Pour configurer le composant de la maquette DE2-70 : slectionner licne de programmation,

ou bien Slectionner Tools > Programmer La fentre de "programmation" souvre alors.

Cliquer sur Hardware Setup Puis dans la nouvelle fentre slectionner

USB-Blaster la place de No Hardware dans le menu Currently Selected Harware.

Fermer cette fentre

Enfin, cliquer sur pour lancer la configuration du circuit de la maquette DE2-70.

Il faut vrifier que la case Program/configure est bien coche.

7 Tester le fonctionnement du composant configur Pour valider la conception, il faut tester le comportement lectronique et le comparer au cahier

des charges. En cas de fonctionnement non-conforme, il faudra (srement) revenir la conception des fonctions du projet.

Pour telecharger le programme sur la carte FPGA, on clique sur le bouton Start.

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1 Crer un projet1.1 Cration dun dossier Windows spcifique votre projet1.2 Lancer le logiciel Quartus1.3 Crer un projet sous Quartus avec lassistant de cration

2 Crer le ou les fichiers dcrivant votre projet2.1 Cration de fichier sous forme schmatique2.2 Cration de fichier sous forme de fichier VHDL

3 Schma associ une fonction3.1 Cration de schma associ une fonction sous forme de fichier VHDL3.2 Utilisation du schma associ une fonction

4 Travailler avec plusieurs fichiers4.1 Travail avec plusieurs fichiers4.2 Ajouter ou liminer des fichiers du projet ou encore en tapant Ctrl L. La fentre de "programmation" souvre alors.