Abstract
VM並不是什麼新的觀念，透過VM我們可以在一個OS去執行其他OS，若我們將Quartus II也裝在VM中，將可解決一些長久以來Quartus II使用上所遇到的問題。

Introduction
使用環境：Windows XP SP3 + VirtualBox 4.1.2 + Quartus II 11.0 + DE2-70

在使用Quartus II的過程中，你是否也像我一樣遇到過以下的問題：

1.公司或實驗室只購買一套Quartus II license，或者只購買Altera某個IP的一套license，因此該license已經綁死了某張網卡的Mac Address，但卻希望也能同時在多台電腦使用。

2.公司或實驗室購買了多套EDA tools，但各是用不同的Mac Address所註冊的license，每次都要到不同電腦使用很不方便，希望能將所有的EDA tools都能在同一台電腦使用。

3.我的project是使用某個Quartus II版本開發，因為工作交接將此project拿到其他同事或同學的電腦開啟時，卻因為Quartus II版本不同而無法開啟，或者儘管Quartus II版本相同，卻因為未知原因無法順利合成或者合成結果與原本不同。

4.手邊有多個project，各用不同Quartus II版本開發，因無法將多個Quartus II版本安裝在同一台電腦而困擾。

5.書中或網路下載的範例程式，是使用較舊的Quartus II版本，但在我的電腦是安裝最新的Quartus II版本，因此無法開啟，或者合成結果與預期不同，必須安裝範例程式所指定較舊的Quartus II版本才能解決。

6.想要在教室的多台電腦安裝Quartus II，但因為每台電腦環境的差異，導致有些電腦可能無法順利安裝Quartus II，而且每台電腦安裝Quartus II需要很久的時間，且要一台一台設定license也很麻煩。

7.在執行Nios II或者SOPC Builder時，有時會出現莫名其妙的Java exception...。

假如你也有以上的困惱，在此介紹一個Quartus II安裝新觀念：改將Quartus II裝在VM內，將可解以上所遇到的問題：

1.儘管license已經綁死某張網卡的Mac Address，但VM允許我們去改虛擬網卡的Mac address，因此可以騙過Quartus II而順利同時在多台電腦使用。

2.VM可以支援多張虛擬網卡，每張網卡都可以去自行修改Mac address，因此可以將不同Mac address license的EDA tools安裝在同一台電腦上。

3.當project交接時，不是只將整個project目錄下所有檔案交接，而是將整個project與Quartus II環境連同VM一起打包，這樣可以保證對方的環境與我的環境完全相同。

4.將不同的Quartus II裝在不同的VM下，這樣同一台電腦下安裝幾個版本的Quartus II都不是問題。

5.若同時要在多台電腦安裝Quartus II，只要將已將安裝好的Quartus II VM打包好匯出，然後複製到其他電腦再匯入即可，不用再一台一台去設定license。

6.Java exception通常都很難解，很可能是電腦中安裝了其他的軟體與Quartus II相衝，在VM中只安裝Quatus II，不再安裝其他軟體，因此不會有軟體相衝的問題。

將Quartus II裝在VM中雖然很好用，但有一些先決條件：

1.VM中一定會比較慢，所以需要更高檔的硬體環境來跑，無論是CPU或者是記憶體，建議是使用64位元的Windows 7，這樣才能將多安裝的記憶體完全抓到後給VM使用，不像32位元的Windows XP只能抓到3G的記憶體，使用起VM很吃緊。

2.VM的設定比較繁瑣，比直接安裝Quartus II難度高。

第一個問題只能花錢去解決，本文主要是分享將Quartus II安裝在VM中所需的設定與注意事項。我所用的VM是Oracle的VirtualBox [1]，這是一個完全free的VM，沒有版權的問題，而且很穩定功能又多。

本文將討論以下主題：

1.如何安裝VirtualBox?

2.如何在VirtualBox內安裝Windows XP SP3?

3.如何在VirtualBox內安裝Quartus II?

4.如何在VirtualBox內設定Quartus II的license?

5.如何在VirtualBox安裝USB Blaster?

6.如何在VirtualBox內將已經安裝好的Quartus II匯出?

7.如何在VirtualBox內匯入已經安裝好的Quartus II?

1.如何安裝VirtualBox?

Step 1：下載VirtualBox

請到http://www.virtualbox.org/wiki/Downloads下載VirtualBox安裝檔與VirtualBox Extension Pack

Step 2：執行VirtualBox安裝檔

Step 3：Custom Setup

 

雖然VirtualBox有支援USB，但僅支援USB 1.0，而USB-Blaster用的是USB 2.0，這必須要裝VirtualBox Extension Pack才能解決。

Step 4：安裝虛擬硬體驅動程式

接下來VirtualBox會安裝好幾個虛擬硬體的驅動程式，可以放心的按『繼續安裝』繼續。

Step 5：安裝完成

Step 6：安裝VirtualBox Extension Pack

Step 7：同意VirtualBox 授權

Step 8：VirtualBox安裝成功

2.如何在VirtualBox內安裝Windows XP SP3?

Step 1：新增虛擬機器

Step 2：歡迎新增虛擬機器精靈

Step 3：設定虛擬機器名稱和作業系統類型

本文Guest OS使用Windows XP SP3為範例，若使用其他作業系統請自行選擇。

Step 4：設定記憶體

記憶體設定必須非常小心，必須看你Host OS有多少記憶體來設定，否則Guest OS很容易無故當機，以我的狀況而言，我Host OS為Windows XP SP3 (32 bit)，有4G記憶體，Windows XP可實抓3GB左右，因此Guest OS設定1GB算是保守的設定，等待安裝成功後，可以再慢慢調適Guest OS該擁有多少記憶體，另外Guest OS記憶體越多，Quartus II在做Synthesis與P&R時速度也較快。

Step 5：設定虛擬硬碟

Step 6：設定虛擬磁碟類型

VDI是VitualBox自己定義的格式，VMDK是一種open的格式，VMware也用，VHD則是Microsoft定義的格式，Parallels則不太清楚，基本上選哪一種格式都可以，因為在VM匯入時目前只支援VMDK格式，所以在此也選擇VMDK。

Step 7：設定虛擬磁碟檔案配置方式

『固定大小』用起來會快些，但第一次建立時較久，而動態配置第一次不用建立所以很快，也不占空間，直到真正使用才建立，不過日後用起來會稍微慢些。在此選擇『動態配置』是為了省些空間。

Step 8：設定虛擬磁碟檔案位置和大小

由於Quartus II 11.0裝完，包含Quatus II 11 + all device + Nios II SBT + ModelSim Altera共14.2G，加上日後要simulation產生的dump file，所需的硬碟空間會相當可觀，請自行評估所需要的空間。在此設定虛擬硬碟容量為50GB。

Step 9：確認建立新的虛擬機器

Step 10：確認建立新的虛擬磁碟

Step 11：其他虛擬機器設定

Step 12：系統設定

維持原本設定即可。

Step 13：設定視訊記憶體

由於裝了VirtualBox Guest Additions(稍後會裝)，可以不用開機動態改變解析度，建議設定視訊記憶體為128MB，以適合各種解析度的動態改變。

Step 14：設定Windows XP光碟ISO檔

由於目前空有虛擬機器，但卻沒有任何Guest OS，需要自己安裝Windows XP，所以將光碟設定為Windows XP安裝光碟的ISO檔。

Step 15：啟動虛擬機器

 

Step 16：鍵盤控制資訊

當Guest OS啟動後，由於同時執行了Host OS與Guest OS，鍵盤的輸入到底是歸Host OS還是Guest OS呢?VirtualBox預設鍵盤輸入歸Guest OS，若此時你想鍵盤輸入歸Host OS(如Alt + PrtSc)時，必須先按下Right Ctrl，取消VirtualBox對鍵盤擷取，此時Host OS才能收到Alt + PrtSc。

Step 17：滑鼠控制資訊

 

當Guest OS啟動後，只要滑鼠放在Guest OS內，VirtualBox會自動將滑鼠訊息送至Guest OS，稱為『滑鼠指標整合』，若某些應用程式在Guest OS對『滑鼠指標整合』出現異常，可自行停止此項功能。

Step 18：開始安裝Windows XP

至此開始安裝Windows XP，之後Windows XP的安裝過程就此省略。

Step 19：安裝Guest Additions

Guest Additions提供了一些額外有用的功能，如可以動態調整Guest OS解析度，可使Host OS與Guest OS共用剪貼簿…等。

Step 20：歡迎安裝Guest Additions

Step 21：設定Guest Additions安裝路徑

接受預設值即可。

Step 22：設定Guest Additions元件

接受預設值即可。

Step 23：Guest Additions安裝完成

3.如何在VirtualBox內安裝Quartus II?

Step 1：設定光碟為Quartus II 11.0的ISO檔

首先到ftp://ftp.altera.com/outgoing/release下載11.0_acds_windows.iso。

Step 2：Quartus II安裝畫面

Step 3：Introduction

Step 4：License Agreement

 

Step 5：設定安裝路徑

 

Step 6：選擇安裝工具

基本上Quartus II一定要選，Nios II EDS就看你要不要用到Nios II與SOPC，至於ModelSim，雖然說你原本可能習慣使用其他simulator，不過ModelSim與Nios II整合較好，可以省下很多整合上的問題，建議還是安裝ModelSim。

Step 7：安裝前最後summary

Step 8：安裝中

Step 9：是否啟動TalkBack

是否允許Altera將一些資訊透過網路送回Altera公司，我是不建議勾選，因為真的不確定Altera會送回什麼資訊。

Step 10：安裝成功

4.如何在VirtualBox內設定Quartus II的license?

Step 1：設定license

若還沒設定license，第一次執行Quartus II時，會出現以上畫面，要求你設定license。

Step 2：重新設定虛擬機器

Step 3：移除Quartus II 11.0的ISO檔

 

Step 4：設定網路卡

這裡是本文的第一個重點，更改虛擬網卡的Mac address為已註冊license的Mac address，如此將可騙過虛擬機器內的Quartus II。

另外必須將『啟用網路卡』打勾，這表示虛擬機器將安裝此張虛擬網路卡。

另外建議將『附加到』選擇『未附加』，且不要選擇『網路已連接』。

或許你會問，『這樣網路不就不通了嗎?』

是的，我就是要讓網路故意不通!!!

主要原因有以下幾個：

1.因為在虛擬機器內，安裝網路卡主要並不是為了網路連線，而是要騙Quartus II的license。

2.因為誰也不敢保證EDA tools有沒有安裝木馬程式，會不會透過網路暗中送什麼資料回EDA tools原廠，若是使用合法license還好，若是使用破解版，因而將使用破解版的資訊送回EDA tools原廠，那就嚴重了。

3.因為網路不通可以拒絕任何Windows的更新，有時候Windows的更新反而會造成EDA tools出問題，所以維持一個能穩定執行EDA tools的環境很重要，而不需要一直頻繁的更新OS。

而且這僅僅是Guest OS網路不通，但是Host OS網路仍然是通的，因此若需要網路相關的操作，請回到Host OS，Guest OS將只是一個單純的Quartus II環境。

本文第二個重點，因為VirtualBox允許你最多設定4張虛擬網卡，也就是4個不同的Mac address，因此我們可以原本四個不同Mac address license的EDA tools同時安裝在同一台虛擬機器上。

Step 5：設定共用資料夾

請自行設定Host OS與Guest OS能共用的目錄，以方便Host OS與Guest OS相互傳檔。除此之外，若你的Host OS從來沒安裝過Quartus II，將來也必須要靠此共用目錄來安裝Host OS的Altera USB Blaster驅動程式。

Step 6：設定license

重新啟動虛擬機器與Quartus II，再次出現要求設定license的視窗，選擇『If you have a valid license file, specify the location of your license file』

Step 7：指定license file

若license成功，將出現已經license的功能。

Step 8：執行Quartus II

執行Quartus II成功。

Step 9：執行Nios II SBT

執行Nios II SBT成功。

Step 10：執行ModelSim-Altera

ModelSim-Altera需要另外設定license，可以使用MGLS_LICENSE_FILE或者LM_LICENSE_FILE系統變數設定。

Step 11：設定MGLS_LICENSE_FILE系統變數

Step 12：重新啟動ModelSim-Altera

假如你是從桌面的捷徑去啟動ModelSim-Altera，在關閉ModelSim時，一定會遇到這個錯誤，而且怎麼關都關不掉，必須用工作管理員強制關閉才行。主要是因為TcL不認識ModelSim捷徑的中文『桌面』兩個字。

解決的方法是從『開始』去啟動ModelSim-Altera則正常，你也可自行將『開始』內的ModelSim-Altera捷徑重新複製到桌面。

執行ModelSim-Altera成功。

5.如何在VirtualBox安裝USB Blaster?

我們都知道為了使Quartus II透過USB與開發版溝通，必須安裝Altera USB Blaster這個driver才行，但若使用了VM之後，整體架構就更複雜了，如下圖所示：

安裝Host OS的Altera USB Blaster

(假如你之前曾經在Host OS安裝過任何版本的Quartus II，儘管你移除了該版本的Quartus II，也不會移除Host OS的Altera USB Blaster驅動程式，也就是說，你不必再重新安裝Host OS的Altera USB Blaster，假如你從來沒在Host OS安裝過Altera USB Blaster，就必須依照以下步驟安裝)

Step 1：插入DE2-70 USB Cable

將DE2-70的USB Cable插入USB後，Windows XP會出現以上視窗，表示偵測到新的硬體，選擇『不，現在不要』，按『下一步』繼續。

Step 2：從清單或特定位置安裝(進階)

 

選擇『從清單或特定位置安裝(進階)』，並按『下一步』繼續。

Step 3：設定Altera USB Blaster驅動程式目錄

這一步是關鍵，由於我們在Host OS並沒有安裝Quartus II，所以在Host OS並沒有任何Altera USB Blaster驅動程式安裝目錄，所以必須將Guest OS的C:\altera\11.0\quartus\drivers\usb-blaster整個目錄複製到Host OS才行。

該怎麼從Guest OS複製到Host OS呢?在前面的4.如何在VirtualBox內設定Quartus II的license?的Step 5：設定共用資料夾，就是為了將Guest OS的Altera USB Blaster目錄複製到Host OS，讓Host OS得以安裝Altera USB Blaster。

複製完成後，將搜尋位置指向Host OS的該目錄，按『下一步』繼續。

Step 4：安裝Altera USB Blaster

按『繼續安裝』安裝Altera USB Blaster。

Step 5：完成安裝Altera USB Blaster

按『完成』結束安裝。

成功安裝後，在裝置管理員可以發現Altera USB Blaster。

安裝Host OS的VirtualBox USB

除了在Host OS與Guest OS都必須安裝Altera USB Blaster外，還必須安裝VirtualBox所提供的VirtualBox USB，作為Host OS與Guest OS之間的bridge，如此才能使Guest OS的Quartus II能夠存取Host OS的USB與DE2-70。

Step 1：設定Guest OS

Step 2：選取Altera USB Blaster

 

Step 3：Host OS搜尋到新的硬體

當Guest OS啟動後，由於剛剛設定Guest OS要使用Altera USB Blaster，此時Host OS會表示偵測到新的硬體，選擇『不，現在不要』，按『下一步』繼續。

Step 4：從清單或特定位置安裝(進階)

選擇『從清單或特定位置安裝(進階)』，並按『下一步』繼續。

Step 5：設定VirtualBox USB驅動程式目錄

 

VirtualBox USB驅動程式安裝目錄在C:\Program Files\Oracle\VirtualBox\drivers\USB\device\，設定後按『下一步』繼續。

Step 6：安裝VirtualBox USB

按『繼續安裝』安裝VirtualBox USB。

Step 7：完成安裝VirtualBox USB

按『完成』結束安裝。

成功安裝後，在裝置管理員可以發現VirtualBox USB。

安裝Guest OS的Altera USB Blaster

在Host OS裝了Altera USB Blaster與VirtualBox USB之後，最後的步驟就是在Guest OS也裝上Altera USB Blaster，以下步驟與在Host OS安裝Altera USB Blaster完全一樣。

Step 1：Guest OS搜尋到新的硬體

 

當Host OS安裝了Altera USB Blaster與VirtualBox USB之後，Guest OS只要重新啟動就會搜尋到新的硬體。

Step 2：從清單或特定位置安裝(進階)

選擇『從清單或特定位置安裝(進階)』，並按『下一步』繼續。

Step 3：設定Altera USB Blaster驅動程式目錄

由於已經在Guest OS內，只要直接指定安裝目錄為『C:\altera\11.0\quartus\drivers\usb-blaster』即可，按『下一步』繼續。

Step 4：完成安裝Altera USB Blaster

按『完成』結束安裝。

安裝完成後，可在Guest OS的裝置管理員發現Altera USB Blaster。

Step 5：執行Programmer測試

第一次啟動Programmer時，會發現沒有抓到USB Blaster，按『Hardware Setup』繼續。

在Hardware Setup已經找到了USB Blaster，選擇後按『Close』離開。

Programmer已經找到了USB Blaster。

實際將*.sof 寫入FPGA試試看，結果100%成功。

6.如何在VirtualBox內將已經安裝好的Quartus II匯出?

Step 1：匯出應用裝置

選擇你已經建立好的VM，執行『檔案』 –>『 匯出應用裝置』。

Step 2：歡迎使用應用裝置匯出精靈

確認是否為要匯出的VM，按『下一步』繼續。

Step 3：設定會出路徑

設定要匯出的路徑，按『下一步』繼續。

Step 4：設定匯出相關資料

可在此設定匯出的ova檔的相關資料，按『匯出』即正式開始匯出，需要等待一段時間。

7.如何在VirtualBox內匯入已經安裝好的Quartus II?

Step 1：匯入應用裝置

選擇『檔案』-> 『匯入應用裝置』。

Step 2：歡迎使用應用裝置匯入精靈

按『選擇』選擇要匯入的*.ova檔。

 

選擇好要匯入的*.ova檔後，按『下一步』繼續。

Step 3：設定VM存檔路徑

最後一步是要設定將匯入的VM存檔到哪裡，至於其他設定都可以等匯入成功後再設定，最後按『匯入』即正式開始匯入，需要等待一段時間。

Conclusion
1.可利用VM的虛擬網卡自行變更Mac address，因而達成一個Mac address的license可以給多台電腦使用。

2.VirtualBox最多可支援4張網卡，也就是說你可以將使用不同Mac address為license的tools安裝在同一台虛擬機器上。

3.Quartus II 11.0的ModelSim-Altera在桌面的捷徑有bug，會導致關閉ModelSim時Tcl執行失敗而無法結束，必須使用『開始』去啟動ModelSim-Altera。

4.為了使VM內的Quartus II也能透過USB與開發版溝通，必須在Host OS與Guest OS都安裝Altera USB Blaster，並在Host OS安裝VirtualBox USB當bridge。

5.將project連OS與Quartus II版本整個匯出成*.ova檔，可以保證到其他人的環境與原作者完全相同，減少因為OS與Quartus II版本而造成相容性的問題。

Reference
[1] Oracle VirtualBox

See Also
(原創) 如何安裝Linux版本的Quartus II? (SOC) (Quartus II) (Linux) (RedHat) (VirtualBox)

全文完。