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「導讀」：本文旨在通過 LED 的 Demo，實現(xiàn)快速上手基于PGL22G的FPGA開發(fā)。

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一、創(chuàng)建工程

「STEP #1」

啟動 Pango Design Suite 2020.3 開發(fā)環(huán)境(在開始菜單中選擇 pango->Pango DesignSuite 2020.3>Pango Design Suite 。Pango Design Suite（簡稱 PDS）或者雙擊桌面的Pango Design Suite 2020.3 的圖標直接打開軟件。

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「STEP #2」

在 PDS 開發(fā)環(huán)境里雙擊 Create Project 或 File->New Project...這兩種方式都可，如下圖：

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「STEP #3」

彈出一個 PDS 的工程向導，點擊 Next 按鈕。

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「STEP #4」

在彈出的對話框中輸入工程名和工程存放的目錄，這里取一個 led_test 的工程名，點擊 Next；

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「STEP #5」

在下面的對話框中默認選擇 RTL Project, 因為我們這里使用 verilog 行為描述語言來編程，單擊 Next

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「STEP #6」

進入 Add Design Source Files 界面，這里先不添加任何設計文件。點擊 Next；

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「STEP #7」

這里問是否添加已有的 IP，保持默認不添加，單擊 Next；

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「STEP #8」

提示是否添加已有的約束文件，這里約束文件我們也沒有設計好，也不添加。

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「STEP #9」

在接下來的對話框選擇所用的 FPGA 器件，以及進行一些配置。開發(fā)板首先在 Family 欄里選擇 Logos，Device 中選擇 PGL22G，在 Package 欄選擇 BG324, Speed grade 欄選擇-6；綜合工具選擇 ADS；單擊 NEXT 進入下一界面：

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「STEP #10」

再次確認一下板子型號有沒有選對, 沒有問題再點擊“Finish”完成工程創(chuàng)建。

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「STEP #11」

工程創(chuàng)建后如下圖所示：

二、編寫流水燈的 verilog 代碼

「STEP #1」

雙擊 Sources 下的 Designs 圖標；

「STEP #2」

在 Add Design Source Files 界面中進行如下設置，點擊 OK；

「STEP #3」

可以看到已經(jīng)新建的 led_test.v 文件，點擊 OK 按鈕。

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向導會提示您定義 I/O 的端口，這里我們可以不定義，后面「自己在程序中編寫」就可以,單擊 OK 完成

這時在 Navigator 界面下的 Designs 里已經(jīng)有了一個 led_test.v 文件, 并且自動成為項目的「頂層」（Top）模塊了。

「STEP #4」

接下去我們來編寫 led_test.v 的程序，這里我們定義了一個 32 位的寄存器 timer，用于循環(huán)計數(shù) 0~199_999_999(4 秒鐘)。

• 當計數(shù)到 49_999_999(1 秒）的時候，熄滅第一個 LED 燈；
• 當計數(shù)到 99_999_999(2 秒）的時候，熄滅第二個 LED 燈；
• 當計數(shù)到 149_999_999(3 秒）的時候，熄滅第三個 LED 燈；
• 當計數(shù)到 199_999_999(4 秒）的時候，熄滅第四個 LED 燈，計數(shù)器再重新計數(shù)。

`timescale 1ns/1nsmodule led_test(               sys_clk,      // system clock 50Mhz on board  rst_n,          // reset ,low active              led             // LED,use for control the LED signal on board);            input         sys_clk;input         rst_n;output [3:0]  led;//define the time counterreg [31:0]   timer;                  reg [3:0]    led;always @(posedge sys_clk or negedge rst_n) begin  if (~rst_n)                               timer <= 32'd0;                     // when the reset signal valid,time counter clearing  else if (timer == 32'd199_999_999)    //4 seconds count(50M*4-1=199999999)    timer <= 32'd0;                       //count done,clearing the time counter  else    timer <= timer + 1'b1;            //timer counter = timer counter + 1endalways @(posedge sys_clk or negedge rst_n) begin  if (~rst_n)                          led <= 4'b0000;                  //when the reset signal active           else if (timer == 32'd49_999_999)    //time counter count to 1st sec,LED1 Extinguish     led <= 4'b0001;                   else if (timer == 32'd99_999_999)  begin  //time counter count to 2nd sec,LED2 Extinguish     led <= 4'b0010;                    end  else if (timer == 32'd149_999_999)   //time counter count to 3nd sec,LED3 Extinguish     led <= 4'b0100;                                            else if (timer == 32'd199_999_999)   //time counter count to 4nd sec,LED4 Extinguish     led <= 4'b1000;                         end    endmodule 

頂層模塊編寫幾個注意事項：

• ①、在定義寄存器時，如果「寄存器在 always 塊里使用必須定義為 reg 類型」；
• ②、如果「僅是用于連線或是直接賦值需定義為 wire 類型」；
• ③、wire 類型只能在 assign 中「連續(xù)賦值」，即：assign 語句中的賦值目標變量（位于左側），「必須是 wire 型的」。
• ③、「輸入信號的類型不能定義為 reg 型」

三、添加 UCE 約束

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PDS開發(fā)中的約束文件默認是.fdc格式

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User Constraint Editor(Timing and Logic)簡稱 UCE，主要是完成「管腳的約束,時鐘的約束,以及組的約束」。這里我們需要對 led_test.v 程序中的「輸入輸出端口分配到 FPGA 的真實管腳」上。

「STEP #1」

點擊菜單欄“Tools”下的"User Constraint Editor";

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「STEP #2」

在彈出的界面中單擊 Device;

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「STEP #3」

在 Device 中單擊 I/O，可看到工程中用到的 IO 端口；

「STEP #4」

按如下方式分配管腳，LOC 就是「與硬件中 FPGA 相對應的管腳」，VCCIO 是 「FPGA 的 IO 的電壓標準」，與硬件對應，其它在這里保持默認即可；

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「STEP #5」

單擊保存后會彈對話框，在這里選擇默認；

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四、 生成位流文件

「雙擊」 Generate Bitstream，然后軟件會按照 Synthesize-> Device Map-> Place & Route-> Generate Bitstream 來產(chǎn)生位流文件。

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如果工程在生成位流文件過程中沒有錯誤，則會出現(xiàn)下圖中每一步都正確的“√”，否則就會在 Messages 欄中顯示 errors 的錯誤。

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位流文件生成完成后，我們可以在 Report Summary 頁面的到了 FPGA 「資源」的使用情況。

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此外還可以通過下圖操作查看 RTL 視圖；

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五、下載和調試

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直接下載到FPGA的程序文件格式為：.sbit，該種方式掉電「會丟失」！ 間接下載到FLASH的程序文件格式為：.sfc，該種方式掉電「不會丟失」！

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在上面生成了位流文件(.sbit)后，我們可以把 sbit 文件下載到 FPGA 芯片中，看一下 LED實際運行的效果。下載和調試之前先連接硬件，把 JTAG 下載器和開發(fā)板連接，然后開發(fā)板上電（下圖為開發(fā)板的硬件連接圖）。

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「STEP #1」

單擊界面中的“Configuration”按鈕，作用一是下載程序到 FPGA 中運行；二是固化程序到 flash 中。

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「STEP #2」

在彈出的界面中的「單擊」“Boundary Scan”，然后「在右側空白區(qū)單擊右鍵選擇」“Scan Device”；

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「STEP #3」

在掃描到 JTAG 設備后會彈出如下對話框，并按如下加載.sbit 文件即可;

「STEP #4」

然后可以看到「左側顯示了要加載的文件」，「選中右側綠色的方塊」，「右擊會彈出下拉菜單」并選擇"Program..."，下載完成后在板上可以在開發(fā)板上看到 LED 流水燈的效果。注意：「這種方式程序是在 FPGA 運行，掉電后會消失」。

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六、FLASH 程序固化

可能已經(jīng)有朋友發(fā)現(xiàn)下載.sbit 文件到 FPGA 后，開發(fā)板重新上電后配置程序已經(jīng)丟失，還需要 JTAG 下載。這豈不麻煩！好吧，這一節(jié)我們來介紹「如何把配置程序固化到開發(fā)板上的 FLASH中」，這樣不用擔心掉電后程序丟失了。

在我們的開發(fā)板上有一個 8Pin 的 128Mbit 的 FLASH, 用于存儲配置程序。我們「不能直接把sbit 文件下載到這個 FLASH 中」，「只能下載 sfc 文件到 flash 中」。下面為大家介紹 FLASH 程序的固化的流程。

「STEP #1」

首先，需要 sbit 文件轉換成能下載的 flash 的 sfc 文件。在完成上節(jié)下載和調試后，「選擇菜單」"Operations"下"Convert File"進行文件轉換。

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然后彈出如下界面，這里要根據(jù)硬件的 flash 型號來選擇 flash 的廠家和設備型號，開發(fā)板用到的是 WINBOND 的 W25Q128Q。Flash Read Mode 選擇 SPI X4 然后選擇要轉換的 sbit 文件，點擊 OK 即可轉換；

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轉換完成后顯示如下界面，單擊 OK；

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「STEP #2」

選中右側綠色的方塊，右擊會彈出下拉菜單并選擇"Scan outer Flash"。

選擇已生成的 sfc 文件，單擊 Open；

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可以看到界面中有了 flash 器件，選中“Outer Flash”綠色方塊并「右擊選擇菜單」中“Program...”

彈出正在編程的進度界面，flash 編程完成后進度界面自動消失。

至此，SPI FLASH 燒寫完畢，led_test 程序已經(jīng)固化到 SPI FLASH 中了。我們來驗證一下，關電重新啟動開發(fā)板，等待一會兒你就可以看到開發(fā)板上的 LED 燈已經(jīng)在做跑馬運動了。

七、仿真驗證

接下來我們不妨小試牛刀，讓仿真工具 modelsim 來輸出波形驗證流水燈程序設計結果和我們的預想是否一致。具體步驟如下：

「STEP #1」 添加激勵測試文件，點擊 Project 下的 Add Source；

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「STEP #2」

點擊 Add or create simulation sources 并"Next";

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「STEP #3」

在彈出的對話框中輸入激勵文件的名字，這里我們輸入名為 vtf_led_test,其它按下圖設置；

「STEP #4」

點擊 OK 按鈕返回。

「STEP #5」

這里我們先不添加 IO Ports，點擊 OK。

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「STEP #6」

在 Simulation 目錄下多了一個剛才添加的 vtf_led_test 文件。雙擊打開這個文件，可以看到里面只有 module 名的定義，其它都沒有。

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「STEP #7」

接下去我們需要編寫這個 vtf_led_test.v 文件的內容。首先定義輸入和輸出信號，然后需要實例化 led_test 模塊，讓 led_test 程序作為本測試程序的一部分。再添加復位和時鐘的激勵。完成后的 vtf_led_test.v 文件如下：

`timescale 1ns / 1ns//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// Module Name: vtf_led_test//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////module vtf_led_test;// Inputsreg sys_clk;reg  rst_n;// Outputswire [3:0] led;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)led_test uut ( .sys_clk(sys_clk),    .rst_n(rst_n),  .led(led));initial begin // Initialize Inputs sys_clk = 0; rst_n = 0; // Wait 100 ns for global reset to finish #1000;   rst_n = 1;         // Add stimulus here #20000;  //  $stop; endalways #10 sys_clk = ~ sys_clk;   //20ns   endmodule

仿真模塊編寫流程：

• ①、首先定義輸入和輸出信號；
• ②、然后實例化模塊；
• ③、最后添加復位和時鐘的激勵。

仿真模塊編寫幾個注意事項：

• ①、模塊中的input信號在仿真代碼中定義為reg類型；
• ②、模塊中的output信號在仿真代碼中定義為wire類型！

「STEP #8」

編寫好后保存，vtf_led_test.v 「自動成了這個仿真的頂層」了，它下面是設計文件 led_test.v；

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「STEP #9」

接下來設置 PDS 的仿真配置，在軟件菜單 Project->Project Setting，然后在彈出的界面中進行如下設置，注意仿真庫的路徑在《00.Pango Design Suite 2020.3 安裝》教程中已介紹。設置好后單擊 OK。

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「STEP #10」

右擊仿真文件并在下拉菜單中選擇 Run Behavioral Simulation。這里我們做一下「行為級的仿真」就可以了。

如果沒有錯誤，PDS 會調用 Modelsim 仿真軟件開始工作了

「STEP #11」

在彈出仿真界面后如下圖，界面是仿真軟件自動運行到仿真設置的 50ms 的波形。

由于 LED[3：0]在程序中設計的狀態(tài)變化時間長，而仿真又比較耗時，在這里觀測 timer[31:0]計數(shù)器變化。把它放到 Wave 中觀察(「點擊界面中的 uut， 再右擊右側 timer, 在彈出的下拉菜單里選擇 Add Wave」)。

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添加后 timer 顯示在 Wave 的波形界面上，如下圖所示。

點擊 Restart 按鈕復位一下，再點擊 Run All 按鈕。（需要耐心！！！），可以看到仿真波形與設計相符。

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我們可以看到 led 的信號會逐一變 1，說明 LED1~LED4 燈逐個熄滅。

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補充：「仿真自帶例程」幾點注意：

• ①、路徑名稱「不能含有中文或空格」
• ②、「需要重新編譯仿真庫」，具體操作如下：
  • 打開 Tools -> Compile Simulation Libraries，分別：
    • 設置 Compiled Library Location 為：D:/modeltech64_10.1c/pango_sim_libraries；
    • 設置 Simulator Executable Path 為：D:/modeltech64_10.1c/win64，然后點擊Compile（大概需要2min）

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這里為止，我們的第一個項目就圓滿完成了，相信您也掌握了 PDS 的 FPGA 開發(fā)的整個流程，再也不是那個 FPGA 的門外漢了吧！