Quartus Prime 是由 Intel（原 Altera）公司开发的一款功能强大的 FPGA（现场可编程门阵列）和 CPLD（复杂可编程逻辑器件）集成设计软件，广泛应用于数字系统设计、原型验证和嵌入式开发等领域，对于初学者而言，掌握 Quartus Prime 的基本流程和核心功能是入门的关键，本教程将详细介绍从软件安装到设计实现的完整步骤，帮助用户快速上手。
软件安装与环境配置
需要从 Intel 官网下载 Quartus Prime 软件的对应版本，如 Quartus Prime Standard Edition 或 Lite Edition（免费版），下载完成后，运行安装程序，根据向导提示选择安装路径和组件（如 ModelSim 仿真工具、SDK 开发工具等），安装完成后，启动软件，首次运行时会要求激活许可证，用户可选择免费许可证或申请商业许可证，在“Tools”菜单中设置“License Management”，将许可证文件与软件绑定，完成环境配置。
新建工程与设计输入
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创建新工程：在 Quartus Prime 主界面中，点击“File”→“New Project Wizard”，进入工程创建向导，依次设置工程名称、保存路径、顶层设计实体名称，选择目标器件系列（如 Cyclone IV、Cyclone V 等）和具体型号（根据开发板或需求选择），在“EDA Tool Settings”中，可选择第三方仿真工具（如 ModelSim），若无特殊需求可直接跳过。
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设计输入方式：Quartus Prime 支持多种设计输入方式，主要包括原理图输入、硬件描述语言（HDL）输入和 IP 核集成。
- 原理图输入：适合初学者或简单逻辑设计，通过“Block Diagram/Schematic File”创建原理图，使用工具栏中的逻辑门、连线等符号绘制电路。
- HDL 输入：主流设计方式，支持 Verilog HDL 和 VHDL，点击“File”→“New”，选择“Verilog HDL File”或“VHDL File”，编写代码并保存。
- IP 核集成：在“Tools”→“IP Catalog”中搜索所需 IP（如 FIFO、PLL、DDR 控制器等），配置参数后生成 IP 模块，可直接添加到工程中。
设计分析与综合
完成设计输入后,需对代码进行分析和综合，点击“Processing”→“Start Compilation”，软件会自动完成以下步骤：
- 设计分析：检查语法错误、端口匹配等，若存在错误，会在“Messages”窗口显示提示信息。
- 逻辑综合：将 HDL 代码或原理图转换为与目标器件相关的逻辑网表（.db 文件）。
- 适配：将综合后的网表映射到目标器件的硬件资源（如 LUT、FF、BRAM 等）。
编译过程中可通过“Compilation Report”查看资源占用情况（如逻辑单元数量、存储器使用率）、时序分析结果等关键信息。
功能与时序仿真
仿真验证是确保设计正确性的重要环节,分为功能仿真（不考虑时序）和时序仿真（包含布局布线后的延迟）。
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功能仿真：
- 创建波形文件：点击“File”→“New”→“Vector Waveform File”，设置仿真时间，添加输入/输出节点并初始化信号。
- 运行仿真：在“Tools”→“Run Simulation Tool”中选择“Functional Simulation”，软件调用 ModelSim 等工具生成波形，观察输出是否符合预期逻辑。
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时序仿真：
完成全编译后，在“Run Simulation Tool”中选择“Timing Simulation”，仿真结果会包含器件内部延迟，可验证设计在真实时钟频率下的稳定性。
（图片来源网络，侵删）
引脚分配与编程下载
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引脚分配：
点击“Assignments”→“Pin Planner”，在弹出的界面中根据硬件原理图为设计端口分配具体的物理引脚（如时钟引脚、LED 引脚等），分配完成后需重新运行编译，生成包含引脚信息的配置文件（.sof）。 -
编程下载：
- 连接 FPGA 开发板，通过“Tools”→“Programmer”打开编程窗口。
- 添加编译生成的 .sof 文件，选择“Program/Configure”选项，点击“Start”完成下载。
- 若使用 JTAG 模式，可实时调试设计；若使用 AS 模式，可将配置文件烧录至 EPCS 存储器，实现上电自动加载。
设计优化技巧
- 时序优化：对于高速设计，可通过“TimeQuest Timing Analyzer”分析关键路径延迟，调整约束条件（如设置时钟频率、多周期约束）或优化代码结构（如减少逻辑层级）。
- 资源优化：避免使用过多组合逻辑，优先使用 IP 核或状态机实现复杂功能；通过“Settings”中的“Analysis & Synthesis Settings”调整综合策略（如平衡面积与速度）。
- 增量编译：对于大型设计，启用“Incremental Compilation”可仅重新编译修改部分，缩短编译时间。
常见问题与解决方案
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编译报错“Error (12025): Node cannot be fitted”：
原因：目标器件资源不足或引脚分配冲突。
解决：检查资源占用报告，更换更大容量器件或优化设计；检查 Pin Planner 中是否有重复引脚分配。 -
仿真结果与设计不符：
原因：测试激励不完整或忽略器件初始化特性。
解决：补充测试用例，添加复位信号确保电路初始状态正确；检查 HDL 代码中是否存在隐存的锁存器。
相关问答 FAQs
Q1：Quartus Prime Lite Edition 与 Standard Edition 有何区别？
A1：Quartus Prime Lite Edition 是免费版本，支持部分 Intel FPGA 器件（如 Cyclone IV、Cyclone V 系列），功能受限（如不支持高级时序分析工具）；Standard Edition 为商业版本，支持全部器件系列，并提供完整的 IP 核库、时序优化工具和技术支持。
Q2：如何在 Quartus Prime 中使用第三方仿真工具（如 ModelSim-Altera）？
A2：首先安装 Modelsim-Altera 版本，在 Quartus Prime 中通过“Tools”→“Options”→“EDA Tool Settings”设置 Modelsim 的安装路径；创建工程时，在“EDA Tool Settings”中选择“Simulation”并指定 Modelsim 为仿真工具；编译完成后，可直接通过“Run Simulation Tool”调用 Modelsim 进行仿真。
