INTRODUCCIÓN
En este articulo se muestra una guía de instalación del software Quartus para utilizar un FPGA IV Cyclone de Altera, consiste en llevar al usuario paso a paso para instalar lo necesario para la tarjeta , se complementa con un ejemplo básico para ubicar las principales herramientas que este software ofrece, así como la instalación del driver con el programador USB Blaster.
Materiales
Características del FPGA Altera IV Cyclone
- Colección de productos : Cyclone® IV E FPGA
- Fecha de lanzamiento: 2009
- Elementos Lógicos (LE): 6000
- Bucles de bloqueo de fase (PLL) de estructura y E/S : 2
- Memoria máxima incorporada: 270 KB
- Bloques de procesamiento de señales digitales (DSP) : 15
- Formato de procesamiento de señal digital (DSP) : Multiplicar
- Controladores de memoria dura: No
- Interfaces de memoria externa (EMIF): DDR, DDR2, DEG
- Conteo máximo de E/S de usuario: 179
- Soporte de estándares de E/S:
- LVTTL de 3,0 V a 3,3 V, LVCMOS de 1,2 V a 3,3 V, PCI, PCI-X, SSTL, HSTL, SSTL diferencial, HSTL diferencial, LVDS, Mini-LVDS, RSDS, LVPECL, BLVDS, PPDS
Tecnologías avanzadas
- Seguridad de flujo de bits FPGA: No
- Conversor analógico a digital: No
- Especificaciones del Paquete
- Opciones del paquete: E144, U256, F256
Documentación FPGA Altera Cyclone® IV EP4CE6 FPGA Development Kit.
Ingresar al sitio FPGA development learning materials con el siguiente link https://fpga.redliquid.pl/
Figura 1: sitio web FPGA development learning materials
Además de ello también encontramos la documentación necesaria para utilizar la tarjeta.
Damos click al primer enlace Altera Cyclone IV board V3.o.zip , posteriormente damos clic en guardar y se descargara el archivo Altera Cyclone IV board V3.0.
Figura 2: Archivo Altera Cyclone® IV board V3.0
Descomprimimos el archivo de la Figura 2, Altera Cyclone IV board V3.0 , este archivo contiene las siguientes carpetas entre ellas esta información acerca de los pines, libros y documentación de apoyo para utilizar el FPGA.
Figura 3: Información Altera Cyclone® IV
Damos clic en el hipervínculo USB Blaster driver.rar y damos clic en guardar, se descarga el archivo USB BLASTER driver y descomprimimos el archivo.
NOTA: Aunque este archivo está disponible, el driver no funciona, se mostrará otra opción efectiva para instalar el driver.
Figura 4: Driver USB Blaster
En el hipervínculo VGA Schematic.pdf se tiene el esquemático del conector VGA de la tarjeta Cyclone® IV. Al dar clic nos enviará al sitio de Mega para descargarlo en formato PDF.
Figura 5: Esquemático VGA del FPGA Altera Cyclone® IV
Instalación del Software Intel® Quartus® Prime.
Para ingresar a la página dar click en el siguiente sitio de Intel: :https://www.intel.la/content/www/xl/es/products/details/fpga/development-tools/quartus-prime/resource.html
Figura 6: Sitio de Intel® para descargar Software Quartus®
Dentro de la página, en el apartado de descargas encontramos las ediciones del software y seleccionamos la versión Lite edition.
Damos clic en el recuadro Descargar para Windows o Descargar para Linux, dependiendo del sistema operativo que maneje su ordenador tal como se ve en la Figura 7.
Figura 7: Descargar Quartus® Prime Lite Edition para varios sistemas operativos
En este caso se descargara la última versión 22.1.2 para Windows, damos clic en el recuadro de la Figura 8. También aceptamos términos y condiciones como en la figura 9.
Figura 8: Descarga del Software
Figura 9: Términos y Condiciones.
El archivo se descargara en formato .ZIP con el nombre Quartus-lite-22-std.2.922-windows descomprimimos la carpeta para acceder a los archivos de instalación
Figura 10: Carpeta components
Ingresando a la carpeta de Components, ejecutamos como administrador el siguiente archivo.
Figura 11: Archivo de instalación
Continuamos con las instrucciones que no da el programa para iniciar la instalación.
Figura 12: Instalación Quartus
Figura 12: Aceptar los términos de licencia
Se Instalará la carpeta en la siguiente dirección del ordenador C:\intelFPGA_lite\22.1std presionar Next >
Figura 13: Directorio de Instalación
Siguiendo la instalación dar en Next >
Figura 14: Instalación de componentes
En el siguiente recuadro dar en continuar.
Figura 15: Listo para instalar
Dar clic en Next > e iniciara la instalación del programa.
Figura 16: Instalación
Una vez finalizada la instalación se procederá a dar clic en finalizar.
Figura 17: Finalizar instalación
Seguido de la instalación del software, nos abre un instalador de controladores de dispositivos. Dar clic en siguiente y en la figura 19 darle clic en Finalizar.
Figura 18: Asistente de instalación de controladores de dispositivos
Figura 19: Finalización del asistente de instalación
Con ello se finalizará la instalación, en algunas versiones el programa se inicia automáticamente generando una vista de inicio como se muestra en la siguiente imagen.
Figura 20: Vista de Inicio del software Quartus
Instalación del driver USB Blaster.
Para instalar el controlador es necesario ir al Administrador de dispositivos con la tecla Windows + r , escribiendo el comando devmgmt.msc o desde la tecla windows presionar botón derecho y nos desplegara una barra dar clic en administrador de dispositivos.
Como se observa en la figura 21, se detectará el hardware del USB-Blaster para poder cargar nuestros archivos. Es necesario actualizar el controlador.
Figura 21: Administrador de Dispositivos
Para poder instalar el controlador, es necesario ir a la carpeta en donde se instaló el software Quartus. En este caso se instaló en el disco local en la siguiente ubicación C:\intelFPGA_lite
Dar clic derecho y seleccionar actualizar controlador en el icono de USB-Blaster
Figura 22: Actualización de Controlador USB-Blaster
Seleccionar la opción buscar controladores en mi equipo de la figura 22.
Ingresar la ubicación C:\intelFPGA_lite en el recuadro Buscar controladores para actualizar el controlador de la figura 23.
Figura 23: Buscar controladores en el equipo
Dar clic en siguiente , al finalizar se actualizará correctamente el controlador del dispositivo USB- Blaster.
Figura 24: Actualización del controlador
El driver o controlador quedará instalado y se ubicará en Controladores de bus serie universal > Altera USB-Blaster tal como se muestra en la figura 25.
Figura 25: Driver USB-Blaster
Crear nuevo Proyecto en Quartus.
Una vez instalado el Software Quartus y el Driver-USB Blaster podemos crear un nuevo ejemplo. Es necesario conectar el dispositivo previamente.
Crear un nuevo proyecto desde la barra de superior en File > New project wizard
Figura 26: New project Wizard
Seleccionamos la carpeta en donde se guardará nuestro proyecto y también ponemos en el siguiente recuadro el nombre del proyecto.
Figura 27: Ubicación del proyecto y nombre
Para el tipo de proyecto seleccionamos empty project de la figura 28. Damos clic en Next>.
Figura 28: Tipo de proyecto
En este recuadro no seleccionamos nada, damos clic en siguiente.
Figura 29: Añadir archivos
El siguiente recuadro tiene varias familias de FPGAS, tendremos que buscar en este caso para la ALTERA Cyclone IV que tiene el número de serie EP4CE6E22C8 seleccionamos en Family: Cyclone IV E lo buscamos en el recuadro Name filter de la figura 30, damos clic en Next>.
Figura 30: Familia del Chip
Como se va a realizar de manera física este recuadro no se agrega nada, así que se selecciona siguiente.
Figura 31: EDA Tool Settings
Seguido de este paso, se mostrara un recuadro con las características del proyecto.
Figura 32: Summary
Figura 33: Crear un nuevo Archivo VHDL
En el script del archivo VHDL un ejemplo simple para encender un led. Depuramos el archivo con el botón de depuración que se encuentra en la barra.
Figura 34: Ejemplo VHDL
Compilamos el archivo y visualizamos que no tenga errores.
Figura 35: Compilación del programa Ejemplo1.
En la parte superior , seleccionamos Assignments > Pin Planner para asignar los pines de entrada y salida como se muestra en la figura 36.
Figura 36: Asignación de pines
Una vez seleccionamos Pin planner nos mostrará esta pantalla para poder asignar los pines que se requieran.
Figura 37: Pin Planner
En la documentación previamente descargada abrimos la carpeta 01. Schematic diagram se encontrará el archivo en formato .XML Development board pin information.
Para utilizar el switch 1 (S1) de la placa en la documentación está en la sección Dial Switch con nombre ckey1 y el número de pin es el 88, de la misma manera en la sección LED, el led1 tiene asignado el pin 87.
Figura 38: Pines asignados
Una vez asignados los pines se tiene que compilar nuevamente el archivo, en la barra superior se selecciona Tools > Programmer
Figura 39: Barra de herramientas
Para cargar el archivo es necesario verificar en el recuadro de Hardware Setup que reconozca el programador USB-Blaster [USB-0] como se muestra en el recuadro de la figura 40.
Damos clic en Start para cargar el programa a la tarjeta.
Figura 40: Programmer
Conexiones de la tarjeta FPGA Cyclone IV
Las conexiones del FPGA Altera son muy simples, consisten en conectar el cable micro USB al programador USB Blaster , después su cable de conexión color gris a la tarjeta por medio del la interfaz JTAG. La tarjeta se alimenta por medio del cable USB 2.0 este también se conecta en otro puerto de la PC, es necesario accionar el botón Rojo para encender la tarjeta.
Normalmente se tiene un programa Demo que indica el buen funcionamiento del dispositivo.
NOTA: No desconectar el programador USB-Blaster cuando este en funcionamiento. Si la tarjeta esta encendida, apague y de permisos en la PC para desconectar los puertos USB.
Figura 41: Conexiones del FPGA hacia la computadora
Conclusiones
La tarjeta FPGA Altera Cyclone IV es de gran utilidad para resolver operaciones lógicas , si ya has trabajado con GAL22V10 u otros dispositivos lógicos programables; será de gran utilidad para realizar proyectos mas robustos y prototipos de nivel industrial dentro del lenguaje de programación VHDL.
Quartus nos ofrece herramientas como depuración en la programación del chip EP4CE22C8N, como asignación de pines desde una interfaz muy amigable y es de gran ayuda ya que simplifica demasiados pasos que otros IDE’s no tienen en conjunto.
El sistema embebido de Altera Cyclone IV cumple con la facilidad de conexiones y de periféricos accesibles como: display de 7 segmentos, buzzer, pulsadores, dip switch, VGA entre otros, los cuales nos ahorran conexiones externas. En conjunto es una excelente opción para implementar sistemas requeridos por alumnos, profesores y en la Industria.
