Quartus折腾记

本文适用于如下软件版本：

写作时间点的Gentoo Linux
Quartus Prime Lite 18.1

在写作时间点，Quartus Prime的最新版本为20.1．如果你被允许使用新于本文的Quartus版本，建议优先使用新版本以减少兼容性问题．

如果你使用ArchLinux，可以尝试AUR中的相关包，无需手动安装，详见参考文献．

如果你不知道怎么在Quartus中创建一个工程，也不知道ModelSim是什么，那么你需要的不只是这份文档．本文的目的仅仅是教你如何在较新的Linux系统上使Quartus Prime Lite 18.1+ModelSim正常运行．

以下主要分为四个部分：下载安装、Quartus（本体）、ModelSim、USB Blaster．

下载安装

软件可以直接从Download Center for FPGAs下载到（需注册）．直接下载Quartus-lite-18.1.0.625-linux.tar即可．

如果点击“I Agree”后没有自动开始下载，可以使用浏览器的“审查元素”截获产生的网络请求的响应内容．得到的链接无需登录，可以直接用wget等工具下载．这里不放出．

在网页上的“Updates”选项卡下可以下载到18.1.1.646版本的更新，只有安装完软件本体后才能装上．本文对应的是更新过的版本，但应该对未更新的版本也有效（未测试）．

下载完成后解压并执行setup.sh．在“Select Components”这一步注意不要选择“ModelSim - Intel FPGA Edition”（非Starter Edition），否则安装完后启动Quartus时会要求你提供许可．

Quartus

安装完Quartus，桌面上应该会多出一个Quartus图标．但如果你使用的是Gentoo等软件版本较新的发行版，大概率是无法直接通过图标启动Quartus的．如果你试图使用命令行启动Quartus，你会得到如下的结果：

1 2	$ ./quartus quartus: error while loading shared libraries: libpng12.so.0: cannot open shared object file: No such file or directory

这提示我们缺少libpng-1.2．因此只需要把它装上即可：

对于Gentoo，安装libpng-compat:1.2．
对于其他发行版，安装libpng12或其他名字类似的包．

这应该已经足够让Quartus跑起来了．

ModelSim

启动ModelSim才是困难的部分．

设置路径

这一步非常重要．

首先创建一个工程和相应的Test Bench．打开Tools→Options，在General→EDA Tool Options下找到ModelSim-Altera这一项．把原本的目录换成：

1	<安装目录>/intelFPGA_lite/18.1/modelsim_ase/bin

为了确认，你填写的路径下应该有一个符号链接vsim，指向../vco．

（为什么不使用默认的modelsim_ase/linuxaloem？因为这个目录下是裸的二进制文件，我们接下来在脚本中配置的环境变量对它们无效．）

当你想单独启动ModelSim的时候，你也应该直接执行符号链接vsim．（但在你完成下面的步骤之前，你应该是没有办法做到这件事情的．）

安装32位库

现在试试Tools→Run Simulation Tool→RTL Simulation，不出所料应该会弹出一个错误提示：

Nativelink Error
Can’t launch ModelSim-Altera Simulation software（中略）Check the NativeLink log file（中略）for detailed error messages

出现这个错误的原因是你安装的ModelSim是32位版本，而系统中没有安装所有它需要的32位库．你可以在Install dependencies中找到一个完整的列表，此处引用如下：

Let us first install the native versions of the required packages: expat fontconfig freetype2 xorg-fonts-type1 glibc gtk2 libcanberra libpng libpng12 libice libsm util-linux ncurses tcl tcllib^AUR zlib libx11 libxau libxdmcp libxext libxft libxrender libxt libxtst ld-lsb.
And the multilib versions: lib32-expat lib32-fontconfig lib32-freetype2 lib32-glibc lib32-gtk2 lib32-libcanberra lib32-libpng lib32-libpng12 lib32-libice lib32-libsm lib32-util-linux lib32-ncurses lib32-zlib lib32-libx11 lib32-libxau lib32-libxdmcp lib32-libxext lib32-libxft lib32-libxrender lib32-libxt lib32-libxtst.
You are now ready to install and launch Quartus Prime.

注意这些包名都是Arch Linux的，在其他发行版上可能有类似但不同的名字．在Gentoo上一部分包被称作xxx-compat，比如在我的机器上唯一缺少的库是libncurses.so.5，属于ncurses-compat:5.9．注意lib32前缀对应到USE flagabi_x86_32．

如果不确定，可以用下面的命令找出ModelSim需要但系统中缺少的库：

1 2	cd <安装目录>/intelFPGA_lite/18.1/modelsim_ase/linuxaloem find . -executable -exec ldd {} + 2> /dev/null \| grep 'not found'

如果所有依赖都已经安装完毕，上述命令应该没有任何输出．

修改`vco`

安装了这么多包，胜利就在眼前了……？好像并不是这样．

再次执行RTL Simulation，尽管主窗口下半部分的Messages中显示Successfully launched NativeLink simulation，但除此之外什么也没有发生．

接下来我们需要许多命令行操作．请打开终端并切换到你刚刚在EDA Tool Options→ModelSim-Altera下填写的路径：

1	cd <安装目录>/intelFPGA_lite/18.1/modelsim_ase/bin

现在执行vsim：

1 2	$ ./vsim Error: cannot find "./../linux_rh60/vsim"

原来，vsim指向的vco是一个Shell脚本，其中对当前内核版本做了判断．对于未知的内核版本，它会从../linux_rh60这个不存在的位置寻找相应的二进制文件！现在修改这个脚本，让它找到正确的目录../linux，注意需要先对它加上写权限：

1 2	chmod u+w ../vco sed -i 's/linux_rh60/linux/g' ../vco

现在执行./vsim，应该不会报找不到./../linux_rh60/vsim的错误了——取而代之的是下面这个错误：

1 2	（前略） ** Fatal: Read failure in vlm process (0,0)

解决方案见下一节．

FreeType和Fontconfig

ArchWiki上已经提供了对该错误的解决方案．简而言之，这是FreeType版本过新引起的错误．然而对于较新的发行版，官方源中已经难以找到相应版本的库了．如果你使用其他发行版，可能可以从一些存档网站找到旧版的包；而如果你使用Gentoo，那么你需要手动下载freetype-2.4.12.tar.bz2并编译——注意你需要的是32位库．

A Guide on Getting ModelSim to Work on Linux提供了此处的详细步骤（稍有改动）：

cd ~/Downloads
tar jxvf freetype-2.4.12.tar.bz2
cd freetype-2.4.12
./configure --build=i686-pc-linux-gnu "CFLAGS=-m32" "CXXFLAGS=-m32" "LDFLAGS=-m32"
make -j8

然后回到<安装目录>/intelFPGA_lite/18.1/modelsim_ase，执行：

1 2	mkdir lib32 cp ~/Downloads/freetype-2.4.12/objs/.libs/libfreetype.so* ./lib32

接下来，你需要让ModelSim使用你刚刚编译的FreeType库．而且因为这个库版本太老，我们不希望把它直接安装在系统中．打开../vco，找到这一行：

1	dir=`dirname $arg0`

在后面添加一行：

1	export LD_LIBRARY_PATH=${dir}/lib32

重新运行./vsim……等一下，怎么还是报错？

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$ ./vsim
（前略）
** Fatal: Read failure in vlm process (0,0)

这其实是因为Fontconfig与FreeType的版本不匹配（可以使用GDB跟踪发现）．万能的ArchWiki上又提供了解决方案：使用fontconfig-2.12.6．

取得旧版本fontconfig的方法与上面大致相同．如果你直接编译，可以使用以下命令：

mkdir image
./configure --build=i686-pc-linux-gnu --host=i686-pc-linux-gnu --disable-static --disable-docs --prefix=${PWD}/image
make -j8
make install # 当屏幕上显示fc-cache -s -f -v时就可以Ctrl-C了

则安装产生的目录结构位于./image．

如果你使用Gentoo，也可以让Portage帮你编译：

1 2	cd /var/db/repos/gentoo/media-libs/fontconfig PORTAGE_TMPDIR=/tmp USE=abi_x86_32 ebuild fontconfig-2.12.6.ebuild clean install

这会把旧版的fontconfig安装到/tmp/portage/media-libs/fontconfig-2.12.6/image这个目录中．其中usr/lib下的才是32位库，可以用file命令确认：

1 2	$ file libfontconfig.so.1.10.1 libfontconfig.so.1.10.1: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked, stripped

接下来把所有的32位so文件转移到lib32下，再一次启动vsim．

如果你成功了——别急，先试试RTL Simulation．如果也没有问题，恭喜，你不需要看下去了；上面编译Fontconfig的目录也可以删掉了．

如果没有成功——请不要删除上面得到的image目录．它对我们还有用处．

修改`fonts.conf`

网上大多数资料顶多只告诉你降级fontconfig这一步．但很不幸，我做完上述步骤（实际上不包括更改ModelSim-Altera所在路径这一步）后还是卡住了：

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$ ./vsim
Reading pref.tcl
Fontconfig error: Cannot load default config file

然后终端就……没有反应了．没有输出，vsim也不会自己结束，只能C-z然后kill %1．

启发我的是放置N分钟后ModelSim的GUI突然成功显示这件事．类似的现象我在另一个软件上也遇到过：Telegram starts slow on Linux · Issue #4240 · telegramdesktop/tdesktop，而当时的情况跟现在如出一辙：软件使用了（bundle了）比系统版本更低的fontconfig！而之所以ModelSim需要花费这么长的时间来启动，想必是因为它需要时间来重新缓存所有的字体．

具体排查过程略过，最后的解决方案是从刚刚的image目录（即旧版fontconfig安装的目录）找到etc/fonts.conf，把它复制到~/.fonts.conf.legacy，然后编辑复制得到的文件．

一方面我们不需要它缓存太多字体．ModelSim在我的机器上只用到Courier和unifont这两个字体，因此可以删去原有的

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<dir>/usr/share/fonts</dir>
<dir prefix="xdg">fonts</dir>
<dir>~/.fonts</dir>

等行，换成

1 2	<dir>/usr/share/fonts/unifont</dir> <dir>/usr/share/fonts/Type1</dir>

如果有其他需要缓存的字体目录，也可以在这里加入．

另一方面，我们不希望让旧版、新版Fontconfig的字体缓存混在一起，因此我们创建一个新的缓存目录：

1	mkdir ~/.cache/fontconfig-old

然后再次编辑~/.fonts.conf.legacy，去掉原来的缓存设置：

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<cachedir>/tmp/fontconfig-2.12.6/image/var/cache/fontconfig</cachedir>
<cachedir prefix="xdg">fontconfig</cachedir>
<cachedir>~/.fontconfig</cachedir>

然后加上

1	<cachedir>~/.cache/fontconfig-old</cachedir>

保存！

接下来再编辑vco（如果一开始没有更改ModelSim-Altera工具的路径，就会产生命令行中执行./vsim可以调出GUI，但无法由Quartus启动ModelSim的现象），在我们曾经编辑过的export LD_LIBRARY_PATH=${dir}/lib32这一行下面，添加一行

1	export FONTCONFIG_FILE="${HOME}/.fonts.conf.legacy"

这样，我们的ModelSim不但使用了正确的旧版32位fontconfig-2.12.6，还使用了适合这个旧版Fontconfig的配置文件．还有什么理由阻止ModelSim的启动呢？

现在再分别试试./vsim和RTL Simulation吧！如果依然失败……

~~要不，出去买张彩票？~~

USB Blaster

这一部分不需要很多特别的设置，以下内容来自ArchWiki：

编辑/etc/udev/rules.d/51-altera-usb-blaster.rules，添加：

SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6001", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6002", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6003", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6010", MODE="0666"
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="09fb", ATTR{idProduct}=="6810", MODE="0666"

然后重新加载udev rules：

1	# udevadm control --reload

如果依然无法检测到设备，请参考USB Blaster not working．

Troubleshooting

`Failed to obtain lock: couldn't open "/home/<USER>/.modelsim_lock": file already exists`

用ps找出所有vsim相关进程并kill掉，然后删除该文件即可．

ModelSim字体太小

这是小问题．在Tools→Edit Preferences→Fonts中换用大号字体即可．注意应用设置后的实际显示大小可能比预览的要小．