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Xilinx FPGA的Vivado开发流程

Xilinx FPGA 的 Vivado 开发流程主要包括以下步骤:

  1. 创建工程
    • 启动 Vivado 软件:双击 Vivado 图标打开软件。
    • 新建工程向导:在 Quick Start 中选择 Create Project,打开新建工程向导。
    • 设置工程信息
      • 工程名称:为工程起一个有意义的名字,便于识别和管理。
      • 工程路径:选择一个无中文路径的存放位置。如果指定路径位置没有对应的工程文件夹,可以勾选软件的自动新建文件夹选项。
      • 工程类型:一般选择 RTL Project(寄存器传输级项目),如果有其他特殊需求也可以选择相应的工程类型。如果该选项下有是否创建源文件的选择,可根据实际情况决定是否在此处新建源文件,也可以后续再添加。
    • 选择芯片型号:在搜索框中输入目标 FPGA 芯片的型号,从下拉列表中选择对应的芯片。
    • 工程信息确认:最后一步是工程的信息展示,确认无误后点击 Finish 完成工程创建。
  2. 添加设计文件
    • 新建源文件:在源文件窗口点击 “+” 号,选择添加或者新建源文件选项。点击 Next 后,点击 Create File,输入文件名并确认,即可创建一个新的源文件。在创建源文件时,可以提前填入端口信息,选择好端口方向以及位宽,软件会帮写好代码的端口定义部分,如果不需要也可以直接点击 OK。
    • 编写代码:双击打开新建的源文件,使用 Verilog 或 VHDL 等硬件描述语言编写 FPGA 的逻辑功能代码。
  3. 添加约束文件
    • 新建约束文件:与新建源文件类似,在源文件窗口点击 “+” 号,选择添加或者新建管脚约束文件选项。
    • 编写约束:使用 Xilinx 约束语言(XDC)编写约束文件,描述 FPGA 器件的引脚分配、时钟频率、时序要求等约束条件。例如,使用set_property命令来设置引脚的属性,如set_property -dict {PACKAGE_PIN <引脚编号> IOSTANDARD <电压标准>} [get_ports <端口名称>]
  4. 综合(Synthesis)
    • 运行综合:在 Vivado 的工具栏中找到 “Run Synthesis” 按钮并点击,或者在 Tcl Console 中输入相关的综合命令来启动综合过程。综合过程会将设计文件中的高级描述转换为低级门级描述,并对逻辑电路进行优化,以减小 FPGA 资源的使用。综合完成后,可以查看综合报告,了解资源使用情况、逻辑级数等信息。
  5. 实现(Implementation)
    • 布局布线:在综合完成后,点击 “Run Implementation” 按钮开始布局布线。这一步骤将综合后的逻辑网表映射到目标 FPGA 设备上,确定各个逻辑单元在 FPGA 芯片上的物理位置,并进行连线。
    • 查看实现报告:实现完成后,可以查看实现报告,了解布局布线后的资源使用情况、时序是否满足要求等信息。如果时序不满足要求,可能需要返回前面的步骤进行代码优化或约束调整。
  6. 生成位文件(Generate Bitstream)
    • 生成位流:在实现完成且确认无误后,点击 “Generate Bitstream” 按钮生成位流文件。位流文件描述了 FPGA 器件中的逻辑配置和连接信息,是下载到 FPGA 芯片中的最终文件。
    • 检查位文件生成情况:生成位文件的过程可能需要一些时间,完成后可以在 Vivado 的报告窗口中查看位文件的生成情况和相关信息。
  7. 下载和调试4:
    • 连接硬件:将 FPGA 开发板通过 USB 或其他接口连接到计算机,并确保开发板的电源正常。
    • 打开硬件管理器:在 Vivado 中打开 Hardware Manager,它会自动检测到连接的 FPGA 开发板。
    • 下载位文件:在 Hardware Manager 中选择要下载的位文件,然后点击 “Program Device” 按钮将位流文件下载到 FPGA 芯片中。下载完成后,FPGA 芯片将按照设计的逻辑功能运行。如果需要进行调试,可以使用 Vivado 中的调试工具,如 ILA(Integrated Logic Analyzer)来观察信号的变化。

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