Xilinx的FPGA开发工具——ISE开发流程（xilinx fpga开发）

在计算机桌面上双击ISE图标，便可以启动ISE软件的运行。整个界面采用标准Windows格式，共分8个部分：标题栏、菜单栏、工具栏、工程管理栏、源代码文件编辑区、过程管理区、信息显示区和状态栏。

图1 ISE 工具界面

具体菜单栏中的各项的具体功能可以阅读相关资料。下面具体介绍利用ISE软件开发FPGA的整个过程。

１、新工程建立

选择“File|New Projiect”选项，弹出新建工程的对话框，输入工程名，选择所存路径，至于顶层源文件类型默认为HDL，点击NEXT进入工程属性，选择器件类型、封装、速度、综合工具、仿真工具以及喜欢的硬件描述语言，详见下图设置。择好后点击OK进入下一页，可以选择新建源代码文件，也可直接跳过，进入下一页。如已有源代码文件，则可以添加到工程中；如没有，则单击“NEXT”进入最户一页，单击“OK”就建立一个完整的工程文件。

图2 新建工程

2、代码输入

1)在工程管理区点击鼠标右键，弹出菜单选择New Source，或者在Project栏目菜单中选择New Source，弹出界面；

图3 添加代码文件

2)输入文件名，选择源码类型，这里选择Verilog Module，单击NEXT进入端口定义对话框；

图4 创建代码文件

3)输入端口名，选择端口的方向属性、总线以及MSB、LSB等，也可以在代码中进行声明。单击NEXT进入下一个界面；

4)示例程序的verilog HDL程序：

图5 verilog 代码

5)单击“FINISH”，完成新源代码文件的建立。

当代码编辑完成后要存盘时，ISE12.2要检查代码的语法，如有错误，则存盘时在信息状态栏当中会给出出错信息。根据出错信息修改代码，直到没有语法错误为止。

3、进行仿真

ISE仿真有两种方法：一种是利用HDL Bencher的图形化波形编辑功能编写测试文件；另一种是利用HDL语言编写测试文件，这里介绍利用HDL语言来构建测试平台。

1)测试平台建立

a)在工程管理区点击鼠标右键，弹出菜单选择New Source，弹出界面；

b)输入文件名，选择Verilog Test Fixture，打钩add to project，单击NEXT；

图6 创建仿真文件

c)选择要仿真的文件，点击NEXT；

d)点击“FINISH”，就生成一个Verilog测试模块。

ISE能自动生成测试平台的完整构架，包括所需信号、端口声明以及模块调用的实现。所需要完成的工作就是initial….end模块中的“//Add stimulus here”后面添加测试向量生成代码。

这里给出示例测试代码，将其添加于//Add stimulus here处

#100;

SW = 7;

#100;

SW = 11;

#100;

SW = 13;

#100;

SW = 14;

2)测试平台建立后，在工程管理区将状态设置为“Simulation”；选择要仿真的文件名，过程管理区就会显示“Isim simlator”；

3)下拉“Isim simlator”，选择“Simulate Behavioral Model”，单击鼠标右键，现在“Process Properties”可修改仿真远行时间等。

4)修改后，直接双击“Isim simlator”中的“Simulate Behavioral Model”进行仿真。检查仿真结果是否达到预期设计目标。

图7 工程仿真时序

4、约束文件的编写

约束是FPGA开发中不可缺少的一部分。FPGA设计中有3类约束文件：用户设计文件（.UCF）、网表约束文件（.NCF）和物理约束文件（.PCF）。这里对我们开发FPGA过程常用的FPGA管脚约束文件进行描述。可以用文本编辑器和Xilinx约束文件编辑器进行编辑。

1)约束文件建立

a)在工程管理区点击鼠标右键，弹出菜单选择New Source，或者在Project栏目菜单中选择New Source，弹出界面；

图8 创建约束文件

b)输入文件名，选择Implemention Constraints File，点击NEXT；

c)如有多个文件，则选择相应文件，点击NEXT；

d)点击“FINISH”，完成约束文件的创建。

2)编辑约束文件

管脚约束文件的语法为：

NET “Signal_Port_Name” LOC=“Chip_Port”；

可用“#”或“/*……..*/”添加注释。需要注意的是UCF文件对字母的大小写敏感，信号名必须和设计中保持大小写一致。另外要搞清楚FPGA芯片管脚的编号方式，因不同类型的FPGA管脚编号可能是不同的，一旦选定了FPGA，知道其编号方式，就可在管脚约束文件引用。否则会出错的。

图9 管脚分配

5、综合

完成了输入、仿真以及管脚分配后，就可以进行综合和实现。

选择要综合的文件，在过程管理区中双击“Synthesis-XST”可以完成综合操作，综合可能有3种结果：

图10 生成bit流文件

a)综合后完全正确，则在“Synthesis-XST”前面有一个打钩的绿色小圆圈，且在信息显示区里显示process “Synthesis-XST”completed sucessfully。用鼠标右键点击“Synthesis-XST”选择“view Text Report”查看综合报告，了解FPGA资源使用情况等。

b)如有告警，则出现一个带感叹号的黄色小圆圈，在信息显示区的“warning”中可以看到相关信息；

c)如有出错，则出现一个带叉的红色小圆圈，在在信息显示区的“error”中可以看到相关的出错信息；

综合正确完成后，可以通过双击“View RTL Schematic”来查看RTL级构图，检查是否按照设计意图来实现电路。

另外需注意的，一般可使用XST属性的默认值来综合，但XST也提供丰富、灵活的属性配置，可鼠标用右键点击“Synthesis-XST”，选择“process properties”从三个方面来配置：synthesis option、HDL option 以及specific option，具体可参阅相关资料。

6、实现

将综合输出的逻辑网表翻译成所选器件的底层模块和硬件原语，将设计映射到器件结构上，进行布局布线，到达在选定器件上实现设计的目的。涉及三个步骤：翻译（Translate）逻辑网表、映射（Map）和布局布线（Place & Route）。

通过选择“Implement Design”便可以完成整个实现过程，实现后在“Implement Design”前面有一个打钩的绿色小圆圈，同时可在信息显示区中得到精确的资源占用情况。

7、编程文件产生

只需在过程管理区中双击“Generate Programming File”选项即可生成编程文件。完成后该选项前面会出现一个打钩的绿色小圆圈。所生成的编程文件放在ISE工程目录下，是一个扩展名为.bit的位流文件。

8、编程下载

在“Configure Target Device”选项下，选择“Manage Configuration Project(iMPACT)”，弹出iMPACT界面，用鼠标双击“Boundary Scan”，

图11 识别触发器件

然后选择“Initialize Chain”，如果FPGA配置电路JTAG测试正确，会将JTAG链上扫描到得所有芯片在iMPACT主界面上列出来。

图12 JTAG链正确

JTAG链检测正确后，在期望的FPGA芯片上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“Assign New Configuration File”，选择后缀为.bit的二进制比特流文件。选中下载文件后，单击“打开”按钮，在iMPACT的主界面会出现一个芯片模型以及位流文件的标志。在此标志上单击鼠标右键，在弹出的对话框中选择“Program”选项，单击“OK”，就可以对FPGA设备进行编程，编程配置成功后，弹出配置成功的界面“Programm Suceeded”。

图13 下载程序

到此为止实现了一个完整的FPGA设计流程，以上介绍的只是ISE软件中最基本的操作，更多的内容和操作通过阅读或在实践中来熟练。