Vivado 使用入门
数字电路实验使用的是 Vivado 开发环境 2019.2 版本。Vivado 开发环境非常庞大，实验只需要安装最基础的 WebPack 免费版本即可。免费版本包含了生成实验板所需要的比特流 bit 文件的生成工具。
需要注意的是 Vivado 不支持中文目录，务必不要安装到中文目录下使用，也不要将 Vivado 的项目放到中文目录下面，否则会综合不过。
创建项目
注意
这里创建项目的流程是给同学们演示一个 Vivado 项目的各个环节，以实验4的项目为例，包括创建项目，编写代码，综合，实现等的过程，理解整个流程可以帮助理解硬件设计的过程。
首次进入 Vivado 的界面：
创建新的一个项目：
输入项目名称：
选择项目的性质：
选择芯片型号 xc7a35tfgg484-2，这个型号就是可编程模块上的 FPGA 芯片型号：
项目情况简介：
创建完成空白的项目：
编写代码
File 菜单栏种选择 Add Sources... ：
进入添加源文件对话框：
创建新的文件：
输入 decoder 为创建文件的名称，注意文件类型选择为 SystemVerilog：
创建完文件，点击 finish：
设置输入输出：
添加完成，并且可以查看源代码：
在源代码部分输入以下源代码：
module decoder (
input wire [3:0] sw, //拨动开关输入
output reg [6:0] seg //七段数码管输出
);
always_comb begin
case (sw)
4'd0: seg = 7'b1111110;
// ... 补全其他情况 (4'd1~4'd9)
default: seg = 7'b0; // 默认 4'dA~4'dF 都显示为全灭
endcase
end
endmodule
输入代码之后的情况：
上述的代码就是一个七段数码管的译码器，只译码了输入为 0 的情况，其他代码还需要补充。
代码综合
写完代码之后，将经过综合，实现，生成比特流的过程，最终生成可以加载到 FPGA 上面能用的比特流文件。下面是各个流程的含义。
综合 (synthesis)：Verilog 语言翻译为门电路的表示，使用 LUT，FF（flip-flop，寄存器）方式来完成门电路的构成等。
实现 (implementation)：考虑连线，各个元器件的放置，连线优化等。
生成 bitstream：生成最终的可以使用的比特流文件，可以被加载到 FPGA 上使用。
下面是代码经过综合和实现和生成比特流的各个过程。实际工作中，可以直接点击 Generate Bitstream 选项来直接生成比特流。Vivado 软件会自动调用上面的三个过程。
选择综合选项：
开始综合：
综合进行中：
综合完成：
点击 ok 继续完成实现：
实现完成：
Open Implemented Design 打开实现设计，用于进行添加约束等操作。
Generate Bitstream 生成用于下载到 FPGA 的比特流文件，没有添加约束的情况下直接生成比特流文件可能会报错，因此需要先添加约束。
View Report 查看综合报告。
Note
如果直接选择Generate Bitstream ，在生成比特流的时候，Vivado 会报告类似下面的错误：
[DRC UCIO-1] Unconstrained Logical Port: 11 out of 11 logical ports have no user assigned specific location constraint (LOC).
...Problem ports: seg[6:0], and sw[3:0].
这是因为目前项目中缺少约束文件，下面介绍如何添加约束，那时就可以成功地生成比特流文件。
添加约束
约束是指定 Vivado 软件一些行为的 Tcl 语言语句，在本实验的范围内，主要用到的就是 IO 约束，即将已经完成的顶层模块中的信号，与 FPGA 芯片实际的输入输出管脚对应起来，这样生成的最后的比特流文件才能够在板子上真正执行。
通过Open Implemented Design 中的 Constraint Wizard 来定义约束，点击 Define Target 按钮：
创建约束文件：
选择 Create File 新建文件：
选择新文件为设计的约束文件：
编辑 clock.xdc 文件：
使用可编程模块上的接插孔连接开关和七段数码管，其中 IO1 ~ IO4 作为输入 sw[3:0]，连接到开关模块；IO14 ~ IO20 作为输出 seg[6:0]，分别连接七段数码管的a ~ f。将具体的约束写入到 decoder.xdc 中：
# sw input
set_property -dict {PACKAGE_PIN M21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sw[3]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN N20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sw[2]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN N22 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sw[1]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN P21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sw[0]];
# seg output
set_property -dict {PACKAGE_PIN Y21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[6]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN AB22 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[5]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN AA18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[4]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN AB18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[3]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN AA20 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[2]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN AB21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[1]];
set_property -dict {PACKAGE_PIN AA21 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports seg[0]];
set_property CFGBVS VCCO [current_design]
set_property CONFIG_VOLTAGE 3.3 [current_design]
其中 set_property PACKAGE_PIN 命令表示设置管脚约束，这类约束是与电路板连线相关的。可编程模块上有各种电路连接到 FPGA 不同的管脚上，进行实验的时候需要选择不同的信号与 FPGA 哪些管脚进行绑定。
完整的管脚绑定关系可以参考可编程模块部分。
最后两条命令 set_property CFGBVS 和 set_property CONFIG_VOLTAGE 设置了 FPGA 配置电路的供电方式，它们由电路板硬件设计得出，在各个实验中不需要更改。
运行实现并生成比特流 bit 文件
重新运行实现（Run Implementatuion）后，选择生成比特流（bitstream）文件：
成功生成 bit 文件，为最终可以装载到 FPGA 中的文件：
在 Vivado 的右上角可以看到当前 Vivado 后台综合，实现，生成 bitstream 的进度情况。
配置 FPGA
有了比特流文件之后就可以将文件装载到 FPGA 中，使其工作，这一过程也叫做配置。
成功生成 bit 文件后，选择 Open Hardware Manager，进入硬件管理界面：
此时 Hardware 框中没有任何芯片信息，下面开始连接电路。
首先把开关模块，可编程模块和带译码的七段数码管模块，进行电路连接：
然后把下载器连接到可编程模块上，下载器通过 USB 连接到电脑上：
接通实验模块电源：
此时 Hardware 框中可以看到芯片信息，如果没有，请点击 Open Target，然后选择 Auto Connect
Hardware 框中就可以看到芯片的信息 xc7a35t_0，此时芯片的状态为 Not programmed：
在芯片信息处右键单击：
选择 Program Device... 选择装载的文件，一般默认就是本项目生成的位流文件，不用修改：
选择 Program ，对芯片进行配置
配置完成后，可以看到当输入开关为 0000 时，七段数码管显示 0，译码器工作正常。
注意
每一个开发板都会把特定的 FPGA 管脚与特定的片外元器件相连接在一起，因此约束文件反映的是开发板的硬件实现情况。可编程模块的连接请参考可编程模块部分内容。