1 Vivado软件使用

Vivado Design Suite 是 Xilinx 公司的综合性 FPGA 开发软件，可以完成从设计输入到硬件配置的完整FPGA 设计流程。Vivado学习使用版本为Vivado v18.3

Vivado软件使用流程：

• 新建工程
• 设计输入
• 分析与综合
• 约束输入
• 设计实现
• 生成和下载比特流

1.1 新建工程

Vivado软件启动界面如图所示，点击Create Project新建工程：

直接点击Next，如图所示：

输入工程的名称和路径，工程路径不能包含中文、空格或者其它一些特殊的符号，如图所示：

默认勾选了Create project subdirectory选项，Vivado 会在所选工程目录下自动创建一个与工程名同名的文件夹，用于存放工程内的各种文件。继续点击Next，选择RTL Project，如图所示：

• RTL Project 是指按照正常设计流程所选择的类型，是常用的一种类型，Do not specify sources at this time用于设置是否在创建工程向导的过程中添加设计文件
• Post-synthesis Project 在导入第三方工具所产生的综合后网表时才选择
• I/O Planning Project 一般用于在开始 RTL 设计之前，创建一个用于早期IO 规划和器件开发的空工程
• Imported Project 用于从 ISE、XST 或 Synopsys Synplify 导入现有的工程源文件
• Example Project 是指创建一个 Vivado 提供的工程模板

然后，进入添加源文件界面，如图所示，直接点击Next，创建完工程后再创建或添加源文件：

然后是添加约束文件，如图所示，直接点击Next，创建完工程后再创建或添加约束文件：

然后选择开发板的芯片型号，核心板是ZYNQ-7070，故输入xc7z020clg400-2，如图所示：

最后进入工程概览界面，直接点击Finish完成工程的创建，如图所示：

Vivado的工程主界面，如图所示：

• Flow Navigator： 提供对命令和工具的访问，包括从设计输入到生成比特流的整个过程
• 数据窗口区域： 默认情况，该区域显示设计源文件和数据相关的信息。1、Sources窗口，显示层次结构(Hierarchy)、IP源文件(IP Sources)、库(Libraries)和编译顺序(Compile Order)的视图。2、 Netlist窗口，提供分析后的(elaborated)或综合后(synthesized)逻辑设计的分层视图
• Properties窗口： 显示有关所选逻辑对象或器件资源的特性信息
• 工作空间(Workspace)： 工作区显示了具有图形界面的窗口和需要更多屏幕空间的窗口。1、 Project Summary 提供当前工程的摘要信息，它在运行设计命令时动态地更新。2、用于显示和编辑基于文本的文件和报告的 Text Editor。3、原理图(Schematic)窗口。4、器件(Device)窗口。5、封装(Package)窗口
• 结果窗口区域： 运行的命令的状态和结果，显示在结果窗口区域中，这是一组子窗口的集合。在运行命令、生成消息、创建日志文件和报告文件时，相关信息将显示在此区域。1、Tcl Console 允许您输入 Tcl 命令，并查看以前的命令和输出的历史记录。2、Messages 显示当前设计的所有消息，按进程和严重性分类。3、Log 显示由综合、实现和仿真 run 创建的日志文件。 4、Reports 提供对整个设计流程中的活动 run 所生成的报告的快速访问。5、 Designs Runs 管理当前工程的 runs
• 主工具栏： 提供最常用命令的单击访问
• 主菜单： 提供对命令的访问
• 窗口布局(Layout)选择器： 提供预定义的窗口布局，以方便设计过程中的各种任务

1.2 设计输入

创建工程顶层文件，点击Sources窗口中的+，如图所示：

弹出界面如下，选择添加设计源文件，然后点击Next：

在如下界面添加或创建文件，如果有编写好的代码，选择Add Files；否则，点击Create File：

命名创建的设计文件，然后点击OK，如图所示：

如下图，点击Finish：

弹出如下界面，用于设置源文件的模块名称和端口列表，在此不作设置，点击OK：

弹出如下模块定义确认界面，点击YES：

此时工程主界面Sources窗口出现刚创建的源文件，如图所示：

双击打开，删除默认代码，编写新代码如下：

module led_twinkle(
    input sys_clk, //系统时钟
    input sys_rst_n, //系统复位，低电平有效
    output [1:0] led //LED灯
);
reg [25:0] cnt;

//对计数器的值进行判断，以输出 LED 的状态
assign led = (cnt < 26'd2500_0000) ? 2'b01 : 2'b10 ;
//计数器在 0~5000_000 之间进行计数
always @ ( posedge sys_clk  or  negedge sys_rst_n)  begin
    if(!sys_rst_n)
        cnt <= 26'd0;
    else if(cnt < 26'd5000_0000)
        cnt <= cnt + 1'b1;
    else
        cnt <= 26'd0;
end
endmodule

软件中显示界面如下：

1.3 分析与综合

对设计进行分析(Elaborated)，点击Flow Navigator窗口中的Open Elaborated Design，如图所示：

点击OK，如图所示：

分析后 (Elaborated)的设计，Vivado 会生成顶层原理图视图，并在默认 view layout 中显示设计，如图所示:

进行 I/O 引脚分配，在右上角的窗口布局(Layout)选择器中选择I/O Planing，如图所示：

窗口布局会打开IO相关的子窗口，如图所示，暂时不分配，先对设计进行综合，综合之后再统一输入时序约束和 IO 引脚的物理约束：

接下来点击Flow Navigator窗口中的Run Synthesis，来对代码进行综合，如图所示：

如下图，点击OK：

综合完成后，弹出窗口，直接关闭即可，如图所示：

1.4 约束输入

创建约束文件，点击Sources窗口中的+，如图所示：

弹出窗口选择Add or create constraints，点击Next，如图所示：

在如下界面点击Create File，创建新的约束文件：

弹出的对话框，输入约束文件名称，点击OK，如图所示：

点击Finish，完成约束文件的创建，如图所示：

Sources窗口，双击添加的约束文件，如图所示：

约束一般分为两种， 一种是 IO 管脚的约束，另外一种是对时序进行约束。IO 管脚的约束语句如下：

#IO 管脚约束 
set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk] 
set_property -dict {PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n] 
set_property -dict {PACKAGE_PIN J18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[0]}] 
set_property -dict {PACKAGE_PIN H18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {led[1]}]

时序约束 (Timing Constraints) 用来描述设计人员对时序的要求， 比如时钟频率， 输入输出的延时等， 以满足设计的时序要求，约束语句如下：

#时钟周期约束 
create_clock -name clk -period 20 [get_ports sys_clk ] 

输入 IO 管脚约束语句后如图所示：

1.5 设计实现

点击 Flow Navigator 窗口中的 Run Implementation，如图所示：

弹出如下界面，点击Yes：

然后点击OK，如图所示：

实现完成后，弹出如下界面，关闭即可：

1.6 下载比特流

生成比特流文件，点击Flow Navigator 窗口中的 Generate Bitstream 按钮，如图所示：

由于疫情，一直无法去实验室，故ZYNQ开发板不在身边，该步骤内容待更新

致谢领航者ZYNQ开发板，开启FPGA学习之路！

希望本文对大家有帮助，上文若有不妥之处，欢迎指正

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