FPGA验证流程（本地WeLab版）
实验设备
实验调试软件：Windows版WeLab实验软件。
实验板：以下任选一种，本文举例以Pocket口袋实验板为主。
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Pocket口袋实验板（内含调试适配器和FPGA编程器）
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DE2-115开发板和JUPOD调试适配器
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Nexys4 DDR开发板和JUPOD调试适配器
准备工作
下载实验材料
本书所有实验项目的附件材料发布在开源项目托管网站https://gitee.com/fpga-lab/jurv-open，其中labs/L02目录是本项目的实验材料，包含了虚拟面板等文件。
安装实验调试软件
首先从openJURV开源项目的software文件夹下载welab.zip或julab.zip压缩包到本地硬盘，解压即可。
实验板硬件连接
实验软件可与多种硬件实验板配套，大致分为两种类型，一种是独立的调试适配器+实验/开发板，如DE2-115和Nexys4DDR；另一种是实验板内置调试适配器，如Pocket口袋板。下面分别介绍这三种实验板的连接。
驱动程序安装
有两种类型的调试适配器，一种需要手动安装驱动程序，另一种使用Windows自带的驱动。目前大部分调试适配器属于后一种，调试适配器或内置调试适配器的实验板通过USB电缆连接PC机后，Windows系统会自动识别并安装驱动程序。一般首次连接到的电脑需要的时间稍长，对于学校实验室机房有硬盘保护功能的电脑，每次开机后都相当于首次连接，请耐心等待。
调试适配器通过指示灯指示驱动是否安装成功。独立调试适配器是一个红绿双色指示灯；口袋实验板在USB接口附近有两个LED指示灯，分别是标注了DATA的红色指示灯和标注了LINK的绿色指示灯。在驱动安装完成之前，红色指示灯亮；驱动安装成功后，红色灯熄灭、绿色指示灯点亮。也可以通过实验软件检查驱动是否安装成功，见与调试适配器建立连接。
如果调试适配器通过USB电缆连接电脑后弹出“安装驱动程序向导”窗口，或者在Windows设备管理器的USB设备列表中出现带感叹号的“JU-POD”，说明需要手动安装驱动程序，见附录A：安装调试适配器的USB驱动程序。
| 关于指示灯的进一步说明：绿色指示灯一般保持常亮，表示与计算机的连接正常，但是对于使用Windows自带驱动的调试适配器，在大部分win10系统下，几秒钟后绿色指示灯会自动熄灭，当操作实验软件与实验板传送数据时绿色指示灯又会自动点亮，这是正常现象。红色指示灯仅在有数据传输时闪烁。 |
设计与编译
`default_nettype none
module VirtualBoard (
input wire CLOCK, // 10 MHz Input Clock
input wire [19:0] PB, // 20 Push Buttons, logical 1 when pressed
input wire [35:0] S, // 36 Switches
output logic [35:0] L, // 36 LEDs, drive logical 1 to light up
output logic [7:0] SD7, // 8 common anode Seven-segment Display
output logic [7:0] SD6,
output logic [7:0] SD5,
output logic [7:0] SD4,
output logic [7:0] SD3,
output logic [7:0] SD2,
output logic [7:0] SD1,
output logic [7:0] SD0
);
//Switch drives the segment of the seven-segment display
assign SD0 = S[7:0]; (1)
//Switch drives LED
assign L[11:8] = S[11:8]; (2)
//Push Button drives LED
assign L[18] = PB[0]; (3)
endmodule例 1的VHDL版本（点击此行展开）
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.ALL;
USE ieee.std_logic_unsigned.ALL;
ENTITY VirtualBoard IS
PORT (
CLOCK:in std_logic; -- 10MHz Input Clock
PB: in std_logic_vector(19 downto 0); -- 20 Push buttons, logical 1 when pressed
S: in std_logic_vector(35 downto 0); -- 36 Switches
L: out std_logic_vector(35 downto 0); -- 36 LEDs, drive logical 1 to light up
SD7:out std_logic_vector(7 downto 0); -- 8 common anode Seven-segment Display
SD6:out std_logic_vector(7 downto 0);
SD5:out std_logic_vector(7 downto 0);
SD4:out std_logic_vector(7 downto 0);
SD3:out std_logic_vector(7 downto 0);
SD2:out std_logic_vector(7 downto 0);
SD1:out std_logic_vector(7 downto 0);
SD0:out std_logic_vector(7 downto 0));
END VirtualBoard;
ARCHITECTURE behav_VB OF VirtualBoard IS
BEGIN
SD0 <= S(7 downto 0); (1)
L(11 downto 8) <= S(11 downto 8); (2)
L(18) <= PB(0); (3)
END behav_VB;这个VirtualBoard模块可以想象成一个实验板，有1个时钟输入CLOCK， 20个按键PB0～PB19，36个拨动开关S0～S35，36个指示灯L0～L35，8个七段数码管SD0～SD7。该模块命名为“VirtualBoard”的含义是“虚拟实验板”，在后面验证时我们会看到，“虚拟实验板”模块与实验调试软件的“虚拟面板”是相互对应的。
实验验证流程
打开虚拟实验板
启动WeLab软件后，点击“实验板 ➤ 打开虚拟面板”菜单项或工具条按钮，在打开的文件对话框中选择实验材料中的虚拟实验板.jvp，打开后界面如图 4，这个虚拟面板以实验板的实物照片为背景，在开关、指示灯等输入输出元件位置上放置了虚拟元件。
与调试适配器建立连接
点击“实验板 ➤ 连接调试适配器”菜单项或工具条按钮，在弹出窗口中应已经列出发现的调试适配器，如图 5，点击“连接”按钮。根据调试适配器的驱动类型，列表中出现的名称可能是“JU-HID”或“JU-POD”。若列表中未出现调试适配器，请检查实验板与计算机的连接；如果连接正确，请检查Windows“设备管理器”的“通用串行总线控制器” 设备列表中是否出现“JU-HID”或“JU-POD”，如果未出现或者有感叹号，说明驱动未安装成功。
| USB电缆也是造成连接失败的一个常见原因。可以换一根电缆试试。 |
加载FPGA电路
开始验证之前首先要将前面实验编译生成的FPGA电路文件加载到FPGA芯片中（也称配置、编程、下载）。
独立调试适配器不能通过实验软件配置FPGA，如DE2-115实验板需要使用Quartus软件下载，具体操作见附录B：使用Quartus软件下载sof文件。Nexys4DDR实验板需要使用Vivado软件下载，另文介绍。
内置调试适配器的Pocket口袋板通过实验软件下载FPGA。点击“实验板 ➤ 下载FPGA”菜单项或工具条按钮，在打开的文件对话框中选择之前编译生成的xxx.rbf文件后开始编程，编程过程中会在菜单栏位置出现进度条，完成后会有提示“配置FPGA成功”。
| 无需安装驱动的口袋实验板的下载速度较慢，有时甚至出现进度条不动的假死现象，请耐心等待。无论下载是否成功，都会有提示窗弹出。 |
认识虚拟元件
将鼠标指针指向某个虚拟元件，会提示该元件的名称，如最右边的开关提示“开关0”，这些虚拟元件的名称与设计模块端口名称相对应，如“开关”与设计代码VirtualBoard模块的端口S对应，“开关0”对应S[0]；虚拟元件“数码管0”的与代码中的“SD0”对应，见例 1端口名称的注释。下面通过操作虚拟面板了解虚拟元件的特性。
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虚拟拨动开关
初始状态开关的颜色是灰色的，开关上显示数字“0”，表示该开关的状态是低电平；点击开关，开关的颜色变为亮黄色，开关上显示数字“1”，表示该开关的状态是高电平。
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虚拟LED指示灯
点击虚拟开关S8，使其产生高电平，根据例 1的语句②，指示灯L8应点亮。同样地，S9～S11为高电平时，指示灯L9～L11应点亮。 如果实际实验板有真实的指示灯，实际实验板上也会同步显示。
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虚拟数码管
根据例 1语句①，S0～S7驱动数码管SD0。点击虚拟开关S0～S7，虚拟面板中最右边的数码管SD0显示内容应有变化。可以看出，点亮电平与指示灯不同，数码管是低电平点亮的。观察S0～S7与数码管字段的对应关系，可知S0～S7对应段a～段h。 如果实际实验板有真实的数码管，实际实验板上也会同步显示。
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虚拟按键
根据例 1语句③，按键PB0驱动指示灯L18。点击PB0，L18会有一个瞬间的闪亮，如果点击速度很快，也可能看不到闪亮。按下PB0不松开，能看到L18点亮，松开后L18熄灭；说明按键按下为高电平，松开为低电平。在后面的实验中，按键的主要用途是产生一个正脉冲。
| 虚拟元件的驱动电平与所连接的实际实验板驱动电平有可能不一致，这是因为不同的实验板的硬件设计可能不同，虚拟实验系统做了归一化处理。如DE2-115的按键按下时为低电平，而Nexys4DDR的按键按下时为高电平，虚拟按键归一化按下为高电平，为不同实验板提供一致的用户体验；类似地，LED指示灯归一化为高电平点亮，数码管归一化为低电平点亮。 |
设计虚拟面板
下面从头设计一个全新的虚拟面板。点击“实验板 ➤ 新建虚拟面板”菜单项或工具条按钮，输入虚拟面板名称“认识虚拟元件”；点击“设计 ➤ 添加更换背景图”菜单项或工具条按钮，实验材料中提供了一个“虚拟面板背景图.png”文件，选择该图片作为虚拟面板背景图，如图 6。
| 可以自己绘制背景图，见绘制面板背景图。 |
现在我们给虚拟面板添加虚拟元件。以虚拟开关为例，在设计工具箱中点击“开关”，点击“开关0”，将它们添加到虚拟面板上，然后将它拖到所希望的位置。用类似的方法添加需要的开关、数码管和指示灯。最终完成虚拟面板效果如图 7。点击“保存虚拟面板”菜单或工具按钮将面板设计保存到文件。
上面介绍的是从空白开始设计一个全新的虚拟面板，实际上已有虚拟面板也可以修改，只要点击“模式 ➤ 虚拟面板设计”菜单项或笔形工具按钮，进入设计状态即可修改虚拟面板。
完成虚拟面板设计后，点击“模式 ➤ 虚拟面板设计”菜单项或工具按钮，从设计模式转换为实验模式。拨动虚拟开关，观察数码管和指示灯显示是否正确。如果不正确，检查verilog设计是否存在错误，改正错误后重新验证。
附录
A：安装调试适配器的USB驱动程序
有两种类型的调试适配器，一种需要安装驱动程序，另一种使用Windows自带的驱动。这里介绍32位Windows系统的USB驱动程序安装，64位Windows系统的USB驱动安装方法请自行百度。
调试适配器或内置调试适配器的实验板通过USB电缆连接PC机后，在弹出的“安装驱动程序向导”窗口中，选择“从列表或指定位置安装”，根据提示点击“下一步”，浏览到驱动程序在软件包中的位置，根据提示点击“下一步”，即可完成JUPOD驱动程序安装。
B：使用Quartus软件下载sof文件
DE2-115使用Quartus软件通过JTAG接口下载sof文件。首先需要将USB电缆连接到DE2-115开发板左上角的第一个USB接口。
点击菜单项Tool ➤ Programmer或工具栏按钮进入器件编程话框，如图 8。
点击 Hardware Setup 按钮或Edit ➤ Hardware Setup菜单项，在Currently selected hardware列表中选择USB-Blaster作为编程硬件，如图 9。
回到图 8编程界面，点击 Add File 按钮或Edit ➤ Add File菜单项，在工程目录的output文件夹下选择要下载的sof文件，如DE2-115.sof。
在Mode中选择JTAG模式。勾选Program/Configure选项框，点击 Start 按钮或Processing ➤ Start菜单项开始器件编程。在Process进度条中会显示编程进度。
完成后，在Quartus的信息显示区中，会报告成功或出错信息。注意，信息显示在Quartus主界面的信息显示区中，不在编程窗口中；为了方便看到提示信息，可以从Window菜单执行Attach Window，将编程窗口嵌入到Quartus主界面中。
编程界面左侧的其它按钮分别表示停止编程、自动检测编程硬件是否连接、删除编程文件、更改选中的编程文件、保存文件、添加用户自定义的器件、调整编程文件的顺序。