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Ambiente de Software EDA

Software EDA é uma categoria de ferramentas de software para projetar sistemas eletrônicos, tais como placas de circuitos impressos e circuitos integrados. Aqui o software utilizado será o Quartus®II Web Edition 9.2.

Por intermédio desse ambiente é possível fazer simulação, testes e programação de dispositivos FPGAs.

As fases de implementação de um projeto de circuito digital podem ser divididas em entradas de dados, compilação, simulação e programação. A entrada de dados do projeto consiste em fornecer ao programa a especificação do projeto. Essa entrada pode ser realizada das seguintes formas:

Editor Gráfico: Um diagrama lógico, desenvolvido a partir de elementos primitivos,
portas lógicas básicas e outros componentes disponíveis em bibliotecas, que podem
ser inseridos e interligados para criar o projeto.
Editor de Texto: Uma descrição abstrata do circuito lógico, utilizando se comandos
de uma linguagem estruturada de descrição de hardware como AHDL, VHDL ou
Verilog, que descrevem o comportamento ou o funcionamento do circuito lógico.

3. Editor de Símbolo Gráfico: Nesse caso, os elementos do diagrama lógico são
símbolos gráficos criados pelo usuário ou macroinstruções gráficas existentes nas
bibliotecas do software, que implementam alguma função lógica.

4. Editor de forma de onda: Nesse caso, os dados de entrada são formas de onda que
implementam alguma função desejada. A partir das formas de onda de entrada e
saída o programa implementa a função lógica.

Software Quartus®II

Ao longo do curso será utilizado o software Quartus®II da Altera Corp., para se
implementar e testar projetos de sistemas digitais, a serem desenvolvidos em aulas
práticas. Este software é um ambiente de desenvolvimento integrado, ou EDA
(Electronic Design Automation), que permite a realização de todas as etapas envolvidas
no projeto de um sistema digital, desde a

descrição de sua lógica, por meio de diagramas esquemáticos ou linguagens de descrição,

simulação do circuito desenvolvido, até a gravação do projeto em um dispositivo lógico programável

como um CPLD ou FPGA. O Quartus®II trabalha com um sistema orientado a projetos, ou seja, o software associa diversos arquivos à um projeto. Este sistema possibilita a utilização de componentes básicos em diversos projetos e simplifica a elaboração de projetos mais complexos uma vez que as funcionalidades de um grande sistema podem ser divididas em diversos sistemas mais simples e por fim, agrupados.

Criando Projeto com Quartus®II

A forma mais simples de se criar um projeto no Quartus®II é por meio do aplicativo Project Wizard. Para executar tal aplicativo, clique no menu File > New Project Wizard.

Com isto a tela de apresentação do aplicativo Project Wizard irá se abrir. Clique em Next. Nesta tela pode-se escolher o diretório do projeto, o nome do projeto e o nome da entidade principal do projeto. É recomendável que para cada projeto, uma pasta diferenciada seja criada, para que não haja conflito entre os diversos arquivos gerados para cada projeto.

Uma vez preenchidos os campos corretamente, clique em Next novamente. Nesta tela é possível incluir arquivos ao projeto. Através do botão “...” ao lado do campo File Name é possível definir o diretório do arquivo a ser incluído. Uma vez selecionado o arquivo, clique em Add para adicioná-lo ao projeto. Quando todos os projetos desejados forem incluídos, clique em Next. Com isso a próxima tela aparecerá. OBS: Caso esteja criando um projeto que não se utiliza de componentes Fig.7 Tela de Introdução ao Project Wizard previamente criados apenas clique em Next.

Nesta tela deve-se escolher o componente a ser utilizado para implementar o projeto, ou seja, em qual dispositivo lógico programável o sistema será gravado. A família do dispositivo pode ser definida no campo Device Family. Na seção Show in Avaliable device list, na lista Available devices são apresentados todos os
componentes da família escolhida que atendam aos requisitos definidos pelo filtro de componentes. Selecione o dispositivo adequado e clique em Next para prosseguir para a próxima tela.

OBS: Observe no kit de desenvolvimento qual o dispositivo utilizado. Nesta janela é possível utilizar outras ferramentas de desenvolvimento em conjunto com o Quartus®II, para isto a ferramenta a ser utilizada deve estar instalada no computador, uma vez que estas ferramentas não acompanham o pacote de instalação
do Quartus®II. No curso de sistemas digitais não será utilizada nenhuma ferramenta adicional. Assim sendo, clique em Next. Esta tela apresenta um resumo do projeto a ser criado. Verifique se todos os dados conferem com os desejados, caso haja algo incorreto, retorne à tela adequada, por meio do botão back e corrija o erro. Caso não haja erros, clique em Finish. Ao final do processo, a janela de projeto (Project Navigator) conterá o projeto criado.

Desenvolvendo um projeto usando diagrama esquemático

O uso de diagramas esquemáticos é uma das maneiras de se definir a lógica de um
sistema digital dentro do ambiente de projeto do Quartus®II. Neste modo de projeto os
componentes básicos de eletrônica digital como portas lógicas, flip-flops e
multiplexadores, são representados por meio de blocos, os quais podem ser arranjados
e associados de forma a se definir uma lógica de funcionamento.

Para se iniciar o desenvolvimento de um projeto que utilize o modo de diagrama
esquemático, é necessário, primeiramente, adicionar ao projeto principal um arquivo
que comporte este tipo de entrada. Assim sendo, para adicionar um arquivo de
diagrama esquemático ao projeto clique em File -> New..., e uma nova janela aparecerá.

Nessa janela é possível escolher o tipo de arquivo que se deseja criar. Selecione a
opção Block Diagram / Schematic File e clique em Ok. Um novo arquivo de diagrama
esquemático aparecerá na janela principal do Quartus®II. Para salvar este arquivo
clique em File > Save as... e dê um nome ao arquivo, salvando-o na pasta do projeto
principal.

OBS: Para arquivos de descrição de hardware, deve-se sempre lembrar que o nome

da entidade principal do arquivo deve ser igual ao nome do arquivo.

A tela de edição de diagramas esquemáticos é aberta, onde devemos destacar as
funções de alguns botões:

Atracar/Desatracar Janela: Permite separar a janela de diagrama esquemático
da janela principal do Quartus®II.
Ferramenta de Seleção: Permite selecionar elementos inseridos no arquivo.
Ferramenta de texto: Permite inserir texto no arquivo, com fins explicativos ou
de documentação.
Ferramenta de símbolo: Permite inserir símbolos (componentes). Seu uso será
detalhado posteriormente.
Ferramenta de conexão: Realiza a ligação entre terminais dos componentes.
Ferramenta de barramento: Realiza a ligação de barramentos (conjunto de
sinais associados).

Através da ferramenta de símbolos é possível inserir componentes no arquivo.
Clique nela, ou dê dois cliques na tela em branco, para inserir um componente. Feito
isso uma janela com a biblioteca de componentes do software será aberta.

Nessa janela, no campo Libraries, é possível explorar as diversas coleções de
componentes do Quartus®II. As mais relevantes são listadas abaixo:

(1) Megafunctions: Tratam-se de funções complexas já prontas, necessitando muitas
vezes de configuração. Serão melhor explicadas futuramente.

(2) Others: esta coleção possui modelos de componentes equivalentes aos da família de
dispositivos 74xx. Dessa forma é possível realizar qualquer combinação lógica feita
com componentes discretos dentro do CPLD.

(3) Primitives: componentes básicos:

Buffers: diversos tipos de buffers, incluindo os de saída tri-state.
Logic: elementos lógicos básicos (AND, OR, NOR, XOR, etc.) com diversos

números de entradas.

Others: elementos diversos.
Pin: diversos tipos de pinos suportados pelo componente: entrada, saída ou
bidirecional.
Storage: elementos de armazenamento de dados, ou seja, flip-flops de
diversos tipos.

Selecione o componente desejado e clique OK.

EXEMPLO: Para exemplificar o modo de desenvolvimento via diagrama esquemático,
será realizada a montagem de um circuito combinacional capaz de executar a operação:

Primeiramente insira as portas lógicas necessárias e os pinos de entrada e
saída, como mostrado na figura 8. Para renomear os pinos de entrada e saída, dê duplo
clique sobre o pino a ser alterado.

Figura 8 Criação da função

Faça as conexões entre os pinos de entrada e saída e as portas lógicas utilizando a ferramenta de conexão. Para isso clique nos terminais a serem conectados, observando se de fato foi feito o contado. Compile o projeto. Para isso clique em Processing > Start Compilation, ou clique no item de compilação na janela principal. Esse processo é bastante complexo e pode demorar vários segundos para ser concluído. Na janela de status é possível acompanhar a evolução de cada uma das etapas de compilação. Ao final do processo de compilação aparecerá, abaixo da tela do diagrama esquemático, uma janela de mensagens com o resultado da compilação. Caso algum erro ocorra no processo de compilação, ele será mostrado nesta janela, com indicações do
motivo da ocorrência e, no caso de linguagens de descrição de hardware, da parte do código onde se encontra o erro. Corrija sempre os ocasionais erros e repita o processo de compilação.