FPGA設(shè)計開發(fā)軟件ISE使用技巧之：ISE軟件的設(shè)計流程

6.3??ISE軟件的設(shè)計流程

Xilinx公司的ISE軟件是一套用以開發(fā)Xilinx公司的FPGA&CPLD的集成開發(fā)軟件，它提供給用戶一個從設(shè)計輸入到綜合、布線、仿真、下載的全套解決方案，并很方便地同其他EDA工具接口。

其中，原理圖輸入用的是第三方軟件ECS；狀態(tài)圖輸入用的是StateCAD；HDL綜合可以使用Xilinx公司開發(fā)的XST、Synopsys公司開發(fā)的FPGA?Express和Synplicity公司的Synplify/Synplify?Pro等；測試激勵可以是圖形化的HDL?Bencher，也可以由用戶提供測試代碼；通過ModelSim?XE（Xilinx?Edition）或ModelSim?SE進行仿真。

Xilinx為ModelSim預(yù)留了接口，可以直接在ISE環(huán)境中打開，使用非常方便。并且ModelSim支持綜合前、后仿真，以及時序仿真，功能很強大。

除了上述軟件以外，也可以使用其他公司的相關(guān)EDA軟件產(chǎn)品。

本節(jié)將對ISE的軟件設(shè)計流程做一個全面的介紹。一般來說完整的ISE軟件設(shè)計流程包括：電路設(shè)計與輸入、功能仿真、綜合、綜合后仿真、實現(xiàn)、布局布線后仿真與驗證以及下載調(diào)試等主要步驟，如圖6.6所示。

具體講解如下。

1．設(shè)置工作環(huán)境

這一步并不是總是需要。通常用在第一次使用ISE或需要對某些項目進行修改時，一般有以下幾項需要設(shè)置：這些設(shè)置主要是在“Edit”/“Preferences”下完成的，如圖6.7所示。

圖6.6??ISE下FPGA設(shè)計流程圖

圖6.7??“Preferences”對話框

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在ISE?General中主要有下面幾個選項可以進行設(shè)置。

（1）常用的。這主要是設(shè)置項目管理器中文件的顯示方式、字體、窗口的顯示方式等，一般用默認(rèn)值就行。

（2）圖形編輯器（Schematic?Editor）。這里可設(shè)置跳格鍵（Tab）的字符個數(shù)、編輯器的字體等，另外除了直接用ISE提供的HDL編輯器外，也可以采用第三編輯器，如gvim就是一款非常優(yōu)秀的代碼編輯器，有興趣的讀者可以在網(wǎng)上查閱相關(guān)資料。

（3）流程設(shè)置。

（4）工具設(shè)置。主要設(shè)置仿真器ModelSim、HDL測試臺生成工具HDL?Bencher、狀態(tài)圖輸入工具State?CAD的工作目錄。其實要設(shè)置的就是ModelSim的工作目錄，因為后兩項通常在安裝完后ISE已經(jīng)設(shè)好了。

2．新建工程

這一步和其他的軟件開發(fā)一樣，ISE要求在對文件進行綜合或布線之前必須要有一個存在的工程，在新建工程時，需要設(shè)置以下幾點。

（1）工程名，最好用英文不要有漢字，因為ISE下有些工具對于含有漢字的文件目錄支持的不是很好。

（2）工程所在目錄。ISE所產(chǎn)生的輸出文件將全部放在該目錄下，但對源文件的目錄沒有要求。

（3）器件家族。即設(shè)計中所采用的FPGA是Xilinx的哪一大類。

（4）器件型號。具體大類下的哪一種器件，此外還要設(shè)置封裝和速度等級等，這些信息都可以從芯片上提供的信息直接得到。

（5）綜合軟件。由于ISE預(yù)置了4種可選的綜合器接口（XST為Xilinx自己開發(fā)，F(xiàn)PGA?Express是Synopsys公司的OEM版，在安裝ISE時就已經(jīng)裝好了。而Synplify/Synplify?Pro則需要另外購買并安裝），所以必須選擇一種作為該工程的綜合器。4種綜合器全部支持Verilog和VHDL。但有一點必須注意：如果設(shè)計中用到原理圖，則只能選擇XST或FPGA?Express作綜合器，因為Synplify?Pro不支持原理圖方式。

3．添加設(shè)計源文件

如果已有源文件，直接加入即可，否則可采用原理圖方式或?qū)慔DL代碼方式新建文件再加入。ISE下支持多種新建資源類型，包括：User?Document（工程說明文件）、VHDL?module（VHDL源代碼文件）、VHDL?Library（VHDL庫）、VHDL?Package（VHDL包）、VHDL?Test?Bench（VHDL測試激勵）、Verilog?Module（Verilog源代碼文件）、Corgen?Generator（IP核生成工具）、Schematic（原理圖）、Test?Bench?Waveform（測試激勵波形）、BMM文件（塊RAM映射文件）、State?Diagram（狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）、UCF（用戶約束文件）等。每種類型的資源在ISE都有對應(yīng)的處理工具。

4．寫測試文件

這一步可以利用HDL?Bencher工具自動產(chǎn)生。測試臺的主要功能是給被測實體加上輸入激勵，再比較其輸出是否與期望值一致，并給出一些提示信息。但推薦大家自己寫測試代碼，通過寫代碼的測試靈活性更強，而且對于比較復(fù)雜的設(shè)計，有時在仿真時還需要讀取文件數(shù)據(jù)，或?qū)⒆罱K的仿真結(jié)果寫進文件或打印，這在HDL?Bencher下是很難完成的。

5．功能仿真?

利用ModelSim來檢查電路仿真結(jié)果是否正確。如果編譯有錯，則先將錯誤更改。如此反復(fù)直到仿真正確為止。這只是用于檢查代碼有無錯誤，ModelSim最主要的作用在于通過仿真觀察波形來驗證設(shè)計的功能是否正確，這部分工作對于一個設(shè)計來說是非常重要的，因為如果前期的功能仿真做的不到位，會直接影響到最終電路功能的實現(xiàn)，必須在確保功能仿真沒有問題的前提下，再進行下面的步驟。

6．綜合?

通過這一步將設(shè)計轉(zhuǎn)換成具體的電路圖。如果設(shè)計有錯，有可能綜合通不過。這就要求用戶必須按照可綜合代碼的風(fēng)格來設(shè)計。另外，綜合有很多屬性是可以設(shè)置的，如果對設(shè)計中的某些項目（如速度）有要求的話需要預(yù)先設(shè)置好。在ISE的高級版本中，XST已經(jīng)支持Veilog和VHDL混合語言代碼輸入，XST的輸出文件是NGC網(wǎng)表。

7．綜合后仿真

綜合實現(xiàn)后要進行綜合后仿真，檢驗綜合后功能是否符合設(shè)計要求，如果不符合要求要判斷是否是原理圖設(shè)計的問題，進一步對代碼進行優(yōu)化，直到符合設(shè)計要求為止。

8．設(shè)計用戶約束文件

用戶約束文件主要包括時序約束文件和管腳約束文件，時序約束可以在ISE自帶的Constraints?Editor下完成，管腳約束是在PACE（約束編輯器）下完成的。約束設(shè)計完畢生成UCF文件。

9．實現(xiàn)

所謂實現(xiàn)（Implement）是將綜合輸出的邏輯網(wǎng)表翻譯成所選器件的底層模塊與硬件原語，將設(shè)計映射到器件結(jié)構(gòu)上，進行布局布線，達到在選定器件上實現(xiàn)設(shè)計的目的。實現(xiàn)主要分為3個步驟：翻譯（Translate）邏輯網(wǎng)表、映射（Map）到器件單元與布局布線（Place&Route）。

10．布局布線后仿真

所謂布局布線仿真，是將Xilinx布線所產(chǎn)生的延遲加反標(biāo)到電路后進行仿真。如果采用ModelSim仿真，在ISE下提供了4個仿真級別：Simulate?Behavioral?Model（行為仿真）、Simulate?Post-Translate?Verilog?Model（翻譯后仿真）、Simulate?Post-Map?Verilog?Model（映射后仿真）、Simulate?Post-Place&Route?Verilog?Model（布局布線后仿真）。

布局布線后生成的仿真時延文件包含的時延信息最全，不僅包含門延時，還包括實際布線延時，所以布線后仿真最準(zhǔn)確，能較好地反映芯片的實際工作情況。

11．下載

把Xilinx布線后產(chǎn)生的結(jié)果轉(zhuǎn)換成配置文件后置入FPGA中。下載成功后就可以測試實際電路了。如果需要脫機配置，則必須將配置文件寫入外置存儲器中。下載時需要將器件用JTAG線與PC機連接完成下載。

其實上面的10個步驟并不是一定要按部就班，這取決于設(shè)計者的熟練程度和設(shè)計水平。例如測試臺的編寫、前仿真、后仿真并不是必須的。但為了保證設(shè)計的正確性和節(jié)約查錯所耗的時間，推薦設(shè)計者一步一步操作，這樣能夠及時發(fā)現(xiàn)錯誤及時更正。

ISE軟件一個特點就是具有良好的開發(fā)界面，新建一個工程后，在“Processes?for?Source”對話框中即羅列出了ISE下FPGA設(shè)計流程中的各個環(huán)節(jié)，如圖6.8所示，讀者可將圖中標(biāo)注的內(nèi)容與上面介紹的FPGA的設(shè)計流程中的各個步驟相對應(yīng)，可以看出，界面上列出了設(shè)計流程的各個步驟，設(shè)計時只需要按照順序依次實現(xiàn)就可以了，操作很簡便。

圖6.8??設(shè)計流程在ISE界面下的體現(xiàn)

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由于ISE提供的集成開發(fā)環(huán)境非常好用，故推薦從ISE中來啟動其他程序，當(dāng)然也可以在各自的軟件環(huán)境中完成上述步驟。

例如在Synplify中建工程、輸入文件和綜合，在ModelSim中新建工程并做仿真，用Xilinx的Design?Manager（這個程序在ISE中是找不到的，因為ISE是通過命令行方式調(diào)用該程序使其在后臺運行，但可以在安裝目錄下找到它），再運行JTAG編程器下載。

本節(jié)對ISE的FPGA設(shè)計流程做了一個簡單的介紹，讀者可對照2.6節(jié)加深對這一流程的理解。