FPGA設計流程與Vivado的基礎使用

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

Vivado的基本使用過程大致如下：

一. 選則器件建立工程（或者是打開之前的工程）

二. 添加電路設計描述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(實現)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，點擊如下 Create Project 。

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

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

3. 選擇RTL Project，再點擊Next

4. 在這里你可以添加已有的Verilog設計文件（Add Files）,甚至是某個文件夾下的多個設計文件（Add Directories），或者新建Verilog文件（Create Files）。這里我們暫時不管，直接點擊Next。

5. 同樣的，這里你可以添加或者新建約束文件（XDC文件）。這里我們暫時也先不管，直接點擊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。它有一些篩選項。

Category: 下對應的是工業應用，普通應用，軍工/高可靠性應用

Family:下對應的就是所有的Xlinx公司有的FPGA芯片型號。

同時，還可以根據封裝類型（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。點擊Next。

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

二. 添加電路描述Verilog文件

1. 在如下界面，點擊 Add->Source 。

2.在彈出的頁面選擇Add or create design source 并點擊Next。

3.再在接下來彈出的頁面點擊Create File。此時如下圖，在2位置敲入文件文件名字，這里可以取為，LSFR_8bits , 再點擊OK。

4. 點擊Finish后出現如下圖界面。這里你可以定義這個模塊的輸入輸出端口。這里我們先不定義，直接點擊OK。

5. 這就生成了一個Verilog設計文件，在如下界面可以找到。雙擊上圖文件，對Verilog文件進行編輯。

6. 編輯完畢后，如下。點擊保存。

7. 由于我們開發板上的時鐘頻率為20M，用它來做流水燈，肉眼看不出效果，故需要再添加一個分頻模塊，以及一個頂層模塊。添加方式同上。最后的設計層次關系入下。

三. 查看Schematic

1. 在如下界面，找到RTL ANALYSIS欄。在RTL ANALYSIS欄下，有一個Open Elaborated Design。在Open Elaborated Design下點擊Schematic。

2. 點擊Schematic之后，一般要等一會，便會彈出相應的Verilog文件描述的電路原理圖。如下圖。

3. 點擊clk_gen_inst原理圖上的+號，就可以展開其內部電路。大家可以分析一下這個電路與你們的Verilog描述之間的關系。

4. 對于LSFR展開后電路如下。

5. 對于LSFR_8_reg[7:0] 這個8bit寄存器，如果想要看它內部的連接，可以單擊選中它，再按下F4。其內部原理圖就展現出來了。8個寄存器首尾相連，數據從第一個寄存器進來，隨著節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. 在左邊欄點擊 Add Sources。

2. 選擇 Add or Create simulation source , 點擊Next。

3. 點擊Create Files, 彈出2所示小框。選擇文件類型，這里我們選擇Verilog來寫TB。文件名字可以取為led_tb 。點擊OK。

4. 再點擊Finish，此時也會彈出定義端口的設置框，如下。這里不管，直接點擊OK。

5. 在simulation Sources找到led_tb.v文件，雙擊對其進行編輯。

6. 編輯完之后如下?？梢钥吹?，TB只是用來給我們的設計提供輸入信號（輸入激勵），然后再去通過波形等其它判斷方式，去查看輸出是否符合我們的設計功能要求。

7. 在下圖位置點擊 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表示跑仿真的時間為4，5里面的設置的值。在6里面可以選擇相應的模塊，同時7里面就可以看到這個模塊里面的所有內部信號，可以右擊某個信號再選擇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擊 Add Sources。在彈出的頁面選擇 Add or create constraints,再點擊Next。

2. 點擊Create Files,在彈出的小框2里填入文件名字。再點擊OK，繼續點擊Finish。

3. 在Source下找到新建的XDC文件。雙擊對其進行編輯。

4. 在XDC文件里面主要是對設計加入端口與時鐘約束，輸入輸出延時等其它約束。這里我們只加入端口約束。這里端口約束，既將設計的頂層模塊的輸入輸出端口與實際的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，點擊Reload。

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

7. 此時在右上方可以看到有Running synth_deign的提示。如果綜合完成則會提示，Synthsis Complete。并彈出如下框。當然這里可以選擇 Run Implementation。也可以選擇其它兩個。真正的設計當中，在這里我們一般不著急繼續Run Implementation。而是先看看綜合后的時序報告。當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. 在點擊了 Run Implementation之后，如果Implementation完成了，會彈出如下提示框。這里我們選擇Generate Bitstream，點擊OK。

3. bit文件生成成功，會彈出如下提示。這里我們先點擊Cancel。

七. 將生成的bit文件下載到板子上

1. 先將FPGA開發板上電，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。點擊Open Target -> auto connect 。

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

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

5. 右擊器件，選擇 Program Device

6. 如下圖，其自動選擇了本工程生成的bit文件。點擊 Program。

7. 等待一會，下載完畢，在板子上就可以看到效果了。