FPGA设计之自动化

概述

所谓自动化设计，就是在逻辑设计流程中，有些过程需要反复进行，比如编译、仿真和工程调试等等,可以通过一定的方式使得这些流程可以自动运行，而不必每次都需要人工手动去启动。参考介绍了如何自动化建立Quartus II工程，参考翻译了参考的内容，这里对这些热心人表示感谢。

Quartus II工程自动化

在参考中介绍了ALTERA的FPGA开发时利用TCL建立、编译QuartusII 工程等内容。除了参考中提到的两种“执行”TCL文件的方法，这里我提出一种相对“自动化”的方式，其实流程都是一样的只是加了“自动化”这个噱头而已。

参考提到一个工具，即QuartusII TCL Shell，这是一个TCL编译执行工具入口，虽然有了一系列TCL命令，但是还是必须手动打开这个shell才能执行TCL文件。以前在使用ModelSim进行自动化仿真（下一节介绍）时候用到过一个DOS系统工具，即Batch（批处理），了解DOS系统的应该知道什么批处理。如参考一样建立一个TCL文件，再创建一个Batch文件就可以实现所谓的“自动化”了。

图1：自动化创建QuarutsII工程

图1-a是准备阶段，目录下只有Batch、TCL以及存储源文件的src目录。这时候只要双击执行Batch文件就会在此自动创建一个工程，如图1-b所示。TCL文件的内容和参考里的一样，这里需要特别说明的是TCL里的内容其实就是我们平时按常规创建工程时写入qsf文件里的各项命令，此时打开图1-b的qsf文件发现大部分内容和TCL文件里一样。所以这里有个很好的办法帮助大家弄清楚应该在TCL文件里加入哪些内容，直接从以前的qsf文件拷贝即可，唯一不同就是TCL文件开头需要加入TCL包以及其它的TCL命令，这些在参考有详细说明。

至于Batch文件的内容，其实就是图1-b下方cmd里的那条指令，即“quartus_sh -t QII_Auto.tcl”。

图1显示的只是创建工程，修改TCL文件，加入工程编译，然后双击batch文件，那么创建、编译一条龙自动化了，如图2所示。比较图2和图1-b的区别，发现多了不少文件，最重要的是sof和pof文件产生了。所以当工程需要转移的时候只需要转移图1-a中的文件即可完整转移整个工程，而不需要备份其它文件，可以大大节约空间。

图2：自动化创建编译QuartusII工程

这里需要提醒的是，上述操作是在quartus_sh下进行的，在参考有提到，ALTERA的有关“timing”包的指令只能在quartus_tan下执行，同样，在后面一节中笔者会介绍有关Debug（其实应该是和JTAG有关）的一些指令必须在quartus_stp下执行。

ModelSim自动化仿真

我有一篇文章《ModelSim应用提高》里其实涉及到这方面内容，即此文中的“批处理仿真流程”一节。基本流程和上一节Quartus工程自动化一样，不过我认为ModelSim的自动化更值得推广，因为FPGA设计过程比较复杂，许多东西需要调整，比如约束、设置甚至于源文件的修改等等，除非用于工程移植，个人建议FPGA的设计不要使用自动化，但是可以利用TCL文件对工程进行配置，这样有利于工程的管理。而ModelSim仿真不同，仿真过程相对简单，除了源文件修改以外其它设置、流程基本一样，这样有利于重复使用。所以不同的仿真只是修改TCL文件即可，Batch之后就可以在波形窗口下看仿真结果了。

调试自动化

Debug引入Virtual JTAG可以大大加速调试进程。在笔者一系列介绍Virtual JTAG的文章中有详细的介绍，这里需要提到的是VJ调试的时候同样可以利用Batch（批处理）方式来大大方便调试。

图3：Virtual JTAG工具

如图2所示，TCL文件用于设计Virtual JTAG调试工具，而Batch文件用于自动化调用此工具，可以看到，Batch里只有一个指令，即“quartus_stp -t vjgui_sep.tcl”。注意调试的指令必须在quartus_stp下得到执行，这个命令不在参考那节，在SignalTapII里有介绍。

分析及结论

本文介绍了在ALTERA的FPGA设计过程中可以自动化的流程，回顾文章中的三个部分，如果先进行仿真，然后开始创建Quarutus工程，最好到调试下载，几乎涵盖了FPGA设计的所有过程。所谓自动化，就是引入Batch来批处理TCL命令，另外Batch的时候注意Quartus不同的TCL命令需要在不同的平台下执行。最后需要提醒的是如果计算机的环境变量“path”设置不当会导致batch失败，这时候需要检查电脑的环境变量，并进行修改，参考《为了使用BATCH自动化设置的PATH变量》。

这里还需要指出另外一点来说明自动化为什么很重要，有很大一部分人的设计环境可能不是Window，而是Linux或者UNIX系统（ALTERA的Quartus II有支持这两种系统的版本），那么这些内容就很有帮助了。

参考

Quartus II手册，《TCL Scripting》

http://blog.csdn.net/fzxy002763/article/details/7215695

http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_2118343.HTM