Design PLDs Applications using Quartus and Verilog HDL

此文章內容節錄自本人筆記「使用Quartus與Verilog HDL設計FPGA應用_第二章_安裝Quartus Prime與Questa.docx」

在進入正題以前，假如讀者還沒有CPLD/FPGA實驗板，建議可以購買Intel原廠的EK-10CL025U256評估板較為省事。該實驗板搭載Cyclone 10 LP系列的FPGA，除了擁有25k數量的邏輯單元（logic element, LE）外，還內建FPGA Download Cable II與支援使用Arduino周邊擴展板等功能。關於購買行情的部份，從Digikey、貿澤（Mouser）等網站所得到的公開報價得知折合台幣大約3100元（截稿前的資訊），而淘寶上其它採用10CL025的實驗板約略為前者半價，皆可在台灣輕鬆網購到家。

圖1、Cyclone 10 LP FPGA Evaluation Kit Board資料片段（來自intel.com）

圖2、Cyclone 10 LP FPGA Evaluation Kit Board的外觀（來自digikey.ch）

目前Quartus Prime仍支援MAX II的CPLD，假如讀者仍在摸索興趣或預算緊張，可以選購類似下方圖3的EPM240含下載器的組合先做實驗，預算抓在台幣500元以內，但吾人認為容量過小。

EPM7128容量128 Macrocell （吾人2008年學生時期實習課所用型號，MAX 7000系列在1992年發售）

EPM3064容量64 Macrocell （台灣數位乙級2011年命題選用型號，MAX 3000A系列1999年發售）

EPM240容量 240 LE（等校192 Macrocell；Quartus Prime現仍支援，MAX II系列在2004年發售）

10CL025 容量 24624 LE （吾人推薦的型號，Cyclone 10 LP 系列在2017年發售）

圖3、MAX II CPLD學習板含USB Blaster的網購頁面（來自fruugoschweiz.com）

本教學採用Quartus Prime Lite Edition 22.1.2進行FPGA的程式編寫，並配合使用Questa Intel Starter FPGA Editon 2021.04進行模擬，但由於安裝檔所自帶的腳本有Bug且在Windows 11的環境下缺少必要的動態連結檔（dll檔），導致安裝完以後無法從Quartus中呼叫Questa進行聯合模擬。所幸最後採用我家女王所建議的方法進行除錯，最後才克服剩餘困難（將在後續章節提及）。

另一部分，讀者可能會關注不同版本的Quartus Prime對於各系列晶片所支援的情況，相關資訊請參考下方圖3。注意！Edition與Version的中文意思都被稱作版本，但這裡並非意指版本（號）。根據吾人閱讀各版本號Quartus的版本公告（release notes）所得出的結論，開頭EP1C, EP2C, EPM3, EPM7的晶片只被支援到Quartus II 13.0sp1，開頭EP3C的晶片也只被支援到Quartus II 13.1。

圖4、各版Quartus Prime所支持的系列列表（來自intel.com）

為了取得Quartus Prime Lite Edition 22.1.2，我們可以在Intel的官方網站中的FPGA Software Download Center找到下載頁面（載點可能會隨時間失效）。

https://www.intel.com/content/www/us/en/software-kit/785052/intel-quartus-prime-standard-edition-design-software-version-22-1-2-for-windows.html

圖5、Quartus Prime Lite Edition 22.1.2載點畫面（來自intel.com）

使用滑鼠將畫面網下捲動就會看到藍色下載按鈕（Download）

圖6、Quartus Prime Lite Edition 22.1.2載點畫面按鈕位置（來自intel.com）

完成下載後會得到一個Quartus-lite-22.1std.2.922-windows.tar的壓縮檔。當使用RAR或7zip軟體將其解壓縮後，所產生的同名資料夾內會有三個檔案。此時請找到並執行setup.bat。

圖7、解壓縮後所建立的Quartus-lite-22.1std.2.922-windows資料夾內容

圖8、啟動setup.bat後的畫面

看到此視窗以後請按下一步（Next）

圖9、安裝程式的起始畫面

閱讀完License Agreement以後，如果接受其內容，請先點選I accept the agreement後，再按下一步（Next）。

圖10、安裝程式的License Agreement畫面

選擇安裝路徑以後，按下一步（Next）。

圖11、安裝程式的安裝路徑設置畫面

請在需要的項目打勾後，按下一步（Next）。通常吾人僅會先勾選必要項目，讀者可依自己偏好選擇。

圖12、安裝程式的安裝項目設置畫面

到達概要（Summary）頁面以後，點選下一步（Next）進行安裝。

圖13、安裝程式的安裝前概要畫面

依選用的項目不同，安裝時間也會不同，請讀者耐心等候。

圖14、安裝程式安裝中的畫面

到達此畫面以後，按下結束（Finish）以完成安裝。假如讀者是購買Intel原廠的EK-10CL025U256評估板，會自帶FPGA Download Cable II（USB Blaster II）。

圖15、安裝程式的完成安裝的畫面

假如前面有勾選Luanch USB Blaster II Driver instaltion，則會跳出圖15的視窗。此時請按下一步繼續。

圖16、裝置驅動程式安裝精靈的起始畫面

完成驅動程式安裝以後，按下完成結束此安裝精靈。

圖17、裝置驅動程式安裝精靈的完成畫面

最後，如果看到以下主畫面，則代表Quartus Prime與Questa Starter都順利完成安裝流程，但Questa仍需要進行一些處理與設定才能使用聯合模擬的功能。

圖18、Quartus Prime Lite Edition 22.1.2的軟體主畫面

完成上述流程以後，第二章的重點就暫告一段落，請各位讀者先關閉Quartus。

剩餘的篇幅，吾人想補充一下關於CPLD/FPGA下載器的一些資訊。自從Altera被Intel收購以後，Altera USB-Blaster Download Cable就被稱為Intel FPGA Download Cable，讀者要意識到這兩個名詞是指同一個東西，有利於閱讀部份混用名詞的官方文件。儘管USB-Blaster與USB-Blaster II的介面資料速率差異甚大，但對於小型CPLD/FPGA來說感受並不是特別明顯，不過不管哪個版本，原廠下載器的售價都不低，通常6000元台幣起跳，吾人猜想這有可能是驗證成本所反映出來的結果。