文章目錄

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  • • 1. 創建工程目錄
    • 2. 新建ISE工程
    • 3. 新建verilog源文件
    • 4. 新建testbench仿真文件
    • 5. ISim功能仿真
    • 6. 管腳分配和時鐘約束
    • 7. bit文件生成和下載
    • 8. mcs文件生成和下載

本文是Xilinx ISE系列教程的第2篇文章。

上一篇文章，我們介紹了ISE 14.7的下載、安裝和注冊，在之后的文章，我們會以Xilinx Spartan-6系列FPGA XC6SLX16為例，不涉及FPGA開發知識，僅僅是工具的使用，介紹Xilinx ISE開發環境的使用教程和使用技巧。

本篇文章介紹如何使用ISE創建一個點燈工程，完成工程創建、設計輸入、功能仿真、綜合、管腳分配和程序下載固化，這也是FPGA的典型開發流程。

1. 創建工程目錄

為了便于后續的工程文件管理，我們先創建led_demo文件夾，這也是我們的工程頂級目錄，在此文件夾下再創建如下6個文件夾：

rtl:用于存放verilog rtl文件 tb:用于存放testbench文件 flash:用于存放生成的bit和mcs文件 ucf:用于存放管腳約束文件 modelsim:用于存放modelsim工程,如果使用自帶的isim仿真器,此目錄可省略 doc:用于存放文檔,比如芯片的數據手冊,官方的應用文檔等

創建完成后，如下圖所示：

2. 新建ISE工程

工程文件夾創建完成后，下面我們來創建ise工程。

啟動ISE 14.7，點擊New Project啟動工程創建向導。

指定工程的存放路徑，如下圖所示，這樣創建出的工程結構比較簡潔。

選擇FPGA器件型號、封裝和速度等級：

創建完成后的工程目錄結構：

3. 新建verilog源文件

在FPGA器件名稱上右鍵，選擇New Source：

選擇Verilog Module，并指定文件名稱和存放路徑。

輸入如下LED點燈代碼，功能為：外部50M時鐘分頻為1Hz，LED 500ms亮，500ms滅。

/**************************************************************** Copyright(C), 2010-2022, WeChat: mcu149* ModuleName : top_hdl.v * Date : 2022年8月14日* Time : 19:59:06* Author : mcu149* Function : led blink module* Version : v1.0* Version | Modify* ----------------------------------* v1.0 .....***************************************************************/module top_hdl(//Inputsinput gclk,input greset,//Outputsoutput led );//1.localparam localparam LED_PERIOD = 50_000_000; localparam LED_ON = 1'b1; localparam LED_OFF = ~LED_ON;//2.parameter//3.reg reg [31:0] cnt;//4.wire wire rst_n = !greset;//5.assign assign led = (cnt < LED_PERIOD/2) ? LED_OFF : LED_ON; //500ms 0 + 500 ms 1//6.always always @ (posedge gclk) beginif(!rst_n) begincnt <= 'd0;endelse beginif(cnt == LED_PERIOD)cnt <= 'd0;else cnt <= cnt + 1;end end//7.instanceendmodule

4. 新建testbench仿真文件

和源文件同樣的添加方式，選擇Verilog Test Fixture，文件名命名為top_hdl_tb，存放路徑選擇我們最初創建的tb文件夾。

選擇要仿真的verilog文件：

輸入如下激勵代碼：

`timescale 1ns / 1psmodule top_hdl_tb;parameter CLK_PERIOD = 20;reg gclk; reg greset;top_hdl uut (//Inputs.gclk(gclk), .greset(greset), //Outputs.led() );always #(CLK_PERIOD/2) gclk <= !gclk;initial begingclk = 0;greset = 1;#100;@(posedge gclk);greset = 0;endendmodule

5. ISim功能仿真

切換到Simulation選項卡，檢查testbench文件的語法，如果無誤，點擊Simaulate Behavioral Model。

會啟動ISE自帶的ISim仿真工具進行功能仿真。

ISim的界面和Modelsim非常類似，如果你使用過Modelsim，那么ISim你也可以直接上手使用。

不同的是，ISim并不支持以模擬的方式顯示計數器的變化。

我們代碼中設計的LED周期是1s，為了縮短仿真的時間，我們改為250個時鐘周期：

改完之后，保存，在ISim界面點擊Re-Launch圖標，這樣仿真文件就更新了。

重新執行復位，并啟動仿真，可以看到仿真結果和我們的設計是一樣的。

仿真完成后，別忘了把LED周期再改回1s。

6. 管腳分配和時鐘約束

功能仿真正常后，我們來進行管腳分配和時鐘約束。

切換到Implementation選項卡，選中頂層設計，點擊User Constraints->Create Timing Constraints，創建時鐘約束

耐心等待綜合完成，在彈出的界面選擇要約束的時鐘Create Constraint。

指定時鐘周期20ns和占空比50%。

選擇Floorplan Area/IO/Logic進行圖形化管腳分配。

ISE在Windows 8/10環境下使用圖形化管腳分配工具PlanAhead時，會出現閃退情況，需要替換安裝目錄下的\Xilinx\14.7\ISE_DS\PlanAhead\bin\rdiArgs.bat文件。

rdiArgs.bat文件的下載地址：

https://download.csdn.net/download/whik1194/86400515

如果無法下載，可以在評論區留言。

替換完成后

根據實際硬件電路的管腳和電平標準進行分配。

也可以使用文本編輯器直接編輯top_hdl.ucf文件，文件內容如下：

#Created by Constraints Editor (xc6slx16-csg324-2) - 2022/08/14 NET "gclk" TNM_NET = "gclk"; TIMESPEC TS_gclk = PERIOD "gclk" 20 ns HIGH 50 %;NET "greset" LOC = N4; NET "greset" IOSTANDARD = LVCMOS18;NET "led" LOC = T10; NET "led" IOSTANDARD = LVCMOS33;NET "gclk" LOC = V10; NET "gclk" IOSTANDARD = LVCMOS33;

7. bit文件生成和下載

管腳分配和時鐘約束完成之后，就可以生成最終的程序文件了，右鍵Generate Programming File，選擇Process Properties進行配置。如果FPGA使用的是SPI x 1的Flash則無需配置，直接生成bit文件即可。

bit流生成配置選項很多，支持生成bit/bin/ascii格式的bin文件，是否壓縮，配置速度，配置管腳的上下拉，用戶ID，數據加載速度，SPI總線寬度，是否支持Readback，程序加密等等。

我們主要關注以下幾個配置選項：ConfigRate和SPI_buswidth。

ConfigRate:指的是FPGA上電后，從外部SPI Flash讀數據的時鐘速度，涉及到程序上電后的執行速度，不要超過所使用的SPI Flash的最大讀速度 SPI_buswidth:指的是外部SPI Flash配置電路的數據線寬度，一般是1位數據線，也有是QSPI 4位數據線，根據實際配置電路來選擇。

我的板子使用的是ST M25P80芯片，1位數據線，最高讀取速度為20MHz，

SPI Flash的最高讀取速度為20MHz。

設置完成之后，雙擊Generate Programming File生成bit流文件。

如果語法無誤，時序滿足，就會在project目錄下生成top_hdl.bit文件。

點擊Configure Target Device打開燒錄工具。

在打開的iMPACT工具中，點擊Boundary Scan邊界掃描，在右側的空白區右鍵點擊Initialize Chain連接到FPGA芯片。

如果連接正確，會檢測到一顆FPGA芯片：

雙擊FPGA芯片，指定bit文件，加載完成后右鍵執行燒寫。

這樣，FPGA程序就會下載到內部的RAM中。

8. mcs文件生成和下載

bit文件下載之后，可以看到LED按照我們設計的1s周期閃爍起來了，但是此時如果斷電，重新上電程序就丟失了。

我們還需要把程序固化到外部的SPI Flash，這樣每次掉電重啟后，FPGA先從外部的SPI Flash中讀取程序，再加載到內部RAM中進行運行。程序固化不能直接使用bit文件，需要根據不同的SPI Flash型號和大小重新生成一個mcs格式的文件。

點擊Create PROM File，選擇SPI Flash的大小，并指定mcs文件的存儲路徑和文件名。

選擇完成之后，加載生成的bit文件，點擊左側Generate File，生成mcs文件。

生成成功后，我們回到邊界掃描界面，選擇外部SPI Flash，并加載mcs文件。

選擇SPI Flash的型號和數據線寬度，需要和生成bit時指定的數據寬度保持一致。

在外部SPI Flash上右鍵執行編程。

由于是使用JTAG通過FPGA對外部SPI Flash進行編程，這個過程會比下載bit文件慢很多，耐心等待下載完成。

'1': Erasing Device. '1': Using Sector Erase. '1': Programming Flash. '1': Reading device contents... done. '1': Verification completed. '1':Programming in x1 mode. '1': Programmed successfully. INFO:iMPACT - '1': Flash was programmed successfully.LCK_cycle = NoWait. LCK cycle: NoWait INFO:iMPACT - '1': Checking done pin....done. '1': Programmed successfully. PROGRESS_END - End Operation. Elapsed time = 19 sec.

下載完成后，每次掉電重啟程序就可以正常運行了。

關于bit文件和mcs文件格式的描述，可以查看歷史分享的博文：

• Xilinx Bit文件格式詳解
• HEX(Xilinx MCS)文件格式詳解

簡單理解可以認為bit文件是bin文件加了文件頭，hex文件是bin文件加了地址和校驗信息。

在flash文件夾，新建copyBit.bat批處理文件，內容如下：

copy ..\project\top_hdl.bit .\flash.bit

這樣每次，只需要雙擊這個文件，就可以自動把工程目錄下的top_hdl.bit文件復制到flash文件夾下了。

還可以結合iMPACT執行腳本的功能，來實現一鍵bit文件下載，一鍵bit轉mcs，一鍵mcs下載。

可以參考：

• 使用ISE iMPACT實現一鍵bit轉mcs、bit文件下載、mcs文件下載

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Xilinx ISE系列教程（2）：LED点灯工程、仿真、bit下载和mcs固化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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