[2] Pierwsze kroki z FPGA – szkoła MAXimatora – pierwszy projekt z edytorem schematów

W pierwszej części kursu przedstawiliśmy podstawowe informacje na temat tego skąd i jakie narzędzia programowe będą nam potrzebne do rozpoczęcia przygody z układami FPGA i zestawem MAXimator. W tej części pokażemy jak krok-po-kroku przygotować pierwszy projekt. Ze względu na dostępny w bezpłatnej wersji programu Quartus Prime zestaw bogato wyposażonych bibliotek oraz łatwość przygotowania projektu z wykorzystaniem edytora schematów, w naszych pierwszych krokach skupimy się na implementacji projektu bazującego na modelach znanych elektronikom modelach układów z biblioteki TTL-7400.

Schemat blokowy pierwszego projektu, jaki zaimplementujemy w zestawie MAXimator, pokazano na rysunku 1. Jest on – jak widać – bardzo prosty i podczas jego implementacji nie zużyjemy zbyt wielu zasobów FPGA. Ta prostota ułatwi nam skupienie uwagi na przebiegu realizacji projektu w środowisku Quartus Prime Lite z wykorzystaniem wbudowanego w nie edytora schematów.

Rys. 1. Schemat przykładowego projekt, który zaimplementujemy w FPGA za pomocą edytora schematów

Rys. 2.

W implementowanym projekcie użyjemy 4-bitowego, binarnego, synchronicznego licznika znanego z rodziny TTL, oznaczonego symbolem 74169 (rysunek 2). Układ ten jest pozbawiony dedykowanego wejścia zerującego, dlatego do zerowania licznika użyjemy 4-bitowego wejścia równoległego D3…D0 (na liniach którego są przypisane stany 0000) i linii ładowania wartości początkowej LD. Licznik 74169 wyposażono w wejście zmiany kierunku zliczania U/DN, na którym stan logiczny określa czy stan licznika po każdym impulsie zegarowym ulega zwiększeniu czy zmniejszeniu o jeden. Do wejść LED i U/DN są dołączone przyciski, które fizycznie są zamontowane na shieldzie wchodzącym w skład zestawu MAXimator. Wyjścia licznika 74169 dołączono do 4 LED będących elementem wyposażenia płytki bazowej MAXimator (fotografia 3). Służą one do monitorowania stanów wyjść licznika Q3…Q0, przy czym trzeba pamiętać, że ich katody są sterowane z wyjść FPGA co oznacza, że diody świecą wtedy, gdy na wyjściach FPGA są stany „0”.

Rys. 3.

Tworzenie projektu

Pracę rozpoczniemy od utworzenia projektu za pomocą kreatora wbudowanego w oprogramowanie, co wymaga – po uruchomieniu programu Quartus Prime Lite – wybrania opcji w menu File>New Project Wizard (rysunek 4).

Rys. 4.

Rys. 5.

Kolejno będą wyświetlane okna kolejnych kroków kreatora, w których musimy podać nazwę projektu (w przykładzie jako nazwę przyjęliśmy licznik_74169) i lokalizację plików wchodzących w jego skład (rysunek 5). W kolejnych krokach pomijamy możliwość modyfikowania domyślnych ustawień, dopiero w oknie Family & Device Settings wybieramy rodzinę MAX10 (rysunek 6) i typ docelowego układu 10M08DAF256C8GES (rysunek 7). Na tym kończymy wstępną konfigurację projektu i przechodzimy do utworzenia i edycji schematu.

Rys. 6.

Rys. 7.