第一篇 基础篇
3.1安装FPGA开发环境
3.1.1 安装高云云源软件
用户可直接在高云官方网站的开发者专区下载最新版本的云源软件GOWIN FPGA Designer，云源软件有支持Windows和Linux两种系统的版本。网站可下载教育版和全功能版，教育版不需要LICense即可使用，全功能版需在官网申请LICense方可使用。
申请License时需要填写用户电脑的MAC地址，即一个Licence只能用于一台电脑使用。全功能版与教育版的主要区别在于支持的器件型号不同，教育版仅支持较小规模的器件，全功能版支持高云的所有PFGA器件。
双击高云云源软件安装程序，在打开的界面中依次单击“Next”、“ＩAgree”按键，进入到软件安装组件选择对话框，如图3-1所示。
图3-1 云源软件安装组件选择界面
图3-1中的组件主要包括Gowin开发环境和程序下载组件Gowin progRAMmer，默认全选择可，单击“Next”进入安装路径设置对话框，如图3-2所示。用户可以选择软件安装的路径。
图3-2 云源软件安装路径设置界面
单击“Install”即可开始软件安装。由于云源软件的功能比较简单，软件安装十分迅速。完成Gowin和Gowin progRAMmer组件后，自动弹出USB转JTAG驱动安装界面，如图3-3所示。
图3-3 云源软件USB转JTAG驱动安装界面
云源软件集成了USB转JTAG（边界扫描）驱动，便于通过USB接口完成FPGA程序的下载功能，使用非常方便。
依次单击“Next”，即可顺利完成FTDI公司的USB转串口芯片FT232HQ的驱动安装。本书配套开发板CGD100上集成了由FT232HQ做转接的USB转JTAG下载的电路模块。
3.1.2 安装ModelSim软件
Mentor公司的ModelSim是业界最优秀的HDL语言仿真软件，能提供友好的仿真环境，是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog HDL混合仿真的仿真器。ModelSim采用直接优化的编译技术、单一内核仿真技术，编译仿真速度快，编译的代码与平台无关，便于保护IP核。个性化的图形界面和用户接口，为用户加快调试进程提供了强有力的手段，是FPGA的首选仿真软件。
ModelSim可以独立完成HDL代码的仿真测试。AMD、Intel这两家公司的FPGA开发环境本身自带了HDL仿真工具，同时也提供了与ModelSim软件的功能接口，可以将ModelSim软件嵌入到公司的FPGA开发环境中。
云源软件本身没有自带的HDL仿真工具，也没有提供ModelSim的功能接口，因此只能独立运行ModelSim软件完成HDL仿真。ModelSim可以编译高云FPGA的IP核，完成IP核的仿真库编译后，即可利用ModelSim完整仿真包含高云FPGA IP核的HDL文件，应用起来也十分方便。
接下来首先介绍ModelSim软件安装步骤。
双击ModelSim安装程序文件后打开软件安装界面，单击“Next”进入安装路径设置界面，设置好安装路径后依次单击“Next”、“Agree”进入安装界面，如图3-4所示。
图3-4 ModelSim安装过程界面
在图3-4所示的界面安装完成后，弹出硬件安全密钥驱动器（Hardware Security Key Driver）安装界面，单击“Yes”完成安装即可，如图3-5所示。硬件安全密钥驱动器实际上是安装ModelSim软件的License文件的工具。
图3-5 硬件安全密钥驱动器安装界面
如果HDL文件中不包括任何IP核，则可直接使用ModelSim进行仿真；如果HDL文件中包含了例化的IP核，由于ModelSim是第三方软件，本身没有集成高云FPGA的IP核信息，因此需要在ModelSim中完成高云FPGA的IP核编译，才能进行仿真。
首先在ModelSim安装目录下新建“gowingw1n”文件夹，用于存放编译后的小蜜蜂系列FPGA器件（本书配套开发板的FPGA芯片为小蜜蜂家族的GW1N-UV4LQ144）。
建好文件夹后，打开ModelSim软件，依次单击菜单“File→Change Directory...”打开修改目录对话框，将当前目录修改为新建的“gowingw1n”路径。依次单击“File→New→Library...”打开新建库对话框，将库名称（Library Name）修改为prim_sim，如图3-6所示。
图3-6 新建IP仿真库编译界面
单击“OK”完成仿真库的建立。依次单击“Compile→Compile”打开编译源文件界面，在设置界面中选择“Library”为“prim_sim”，将文件路径设置为云源软件安装目录下的“IDEsimlibgowinprim_sim.v”，单击“Compile”即可完成高云小蜜蜂家族FPGA器件的IP库编译，如图3-7所示。
图3-7 编译源文件设置界面
3.2 开发平台CGD100简介
CGD100是专为本书设计的一块低成本入门级FPGA开发板。本书中的实例主要涉及到按键、LED灯、数码管、蜂鸣器、串口通信接口，CGD100具备这些功能接口。书中绝大多数实例均可在该开发板上验证。由于本书的实例较为简单，对芯片的逻辑资源需求量较少，读者也可以选购其具备类似接口的FPGA开发板完成本书的实验。
在其开发板完成本书实验时，只需修改工程中的目标FPGA器件型号，并根据开发板用户手册修改程序顶层端口信号对应的管脚约束即可。如果读者采用其公司的FPGA器件为开发平台，对于涉及到IP核的程序实例时，需要在对应的开发环境中重新生成所需功能的IP核。
CGD100外观尺寸为90 mm60 mm，精心设计的电路板结构紧凑、布局美观且具备良好的工作稳定性。综合考虑工程实例对逻辑资源的需求，以及产品价格等因素，CGD100开发板采用高云的小蜜蜂家族FPGA系列GW1N-UV4LQ144为主芯片。
芯片包含4608个4输入LUT4、3456个触发器（FF)、180kbit的块状存储器（SSRAM）、256kbit的用户闪存、16个18比特位宽的乘法器（Multiplier）、2个时钟锁相环（PLL）和125个用户IO。
CGD100主要有以下特点及功能接口。
l ） 采用高云小蜜蜂家族FPGA系列的GW1N-UV4LQ144为主芯片，丰富的资源可胜任FPGA入门实例项目设计；
2） 256kbit的闪存资源，有足够的空间存储FPGA配置程序；
3） 集成了下载电路模块，只需一根USB线即可完成FPGA程序下载及调试；
4） 50MHz外部晶振；
5）独立的USB转串口接口，便于完成串口通信等功能电路；
6） 4个共阴极8段数码管，便于完成数字时钟等功能电路；
7） 1个无源蜂鸣器，便于完成电子琴等功能电路；
8） 8个独立按键；
9） 8个单色LED灯；
10） 4个三色LED灯（红、黄、绿）；
l1） 4位拔码开关；
l2） 80针扩展接口，扩展输出独立的FPGA用户引脚。
审核编辑：刘清
