ModelSim功能仿与时序仿方法.ppt

1 Modelsim6 0使用教程2006 12qq 53579621 2 Modelsim简介Modelsim仿真工具是Model公司开发的 它支持Verilog VHDL以及他们的混合仿真 它可以将整个程序分步执行 使设计者直接看到他的程序下一步要执行的语句 而且在程序执行的任何步骤任何时刻都可以查看任意变量的当前值 可以在Dataflow窗口查看某一单元或模块的输入输出的连续变化等 比Quartus自带的仿真器功能强大的多 是目前业界最通用的仿真器之一 ModelSim分几种不同的版本 SE PE和OEM 其中集成在Actel Atmel Altera Xilinx以及Lattice等FPGA厂商设计工具中的均是其OEM版本 比如为Altera提供的OEM版本是ModelSim Altera 为Xilinx提供的版本为ModelSimXE SE版本为最高级版本 在功能和性能方面比OEM版本强很多 比如仿真速度方面 还支持PC UNIX LIUNX混合平台 3 为什么要学Modelsim 1 Modelsim是专业的HDL语言仿真器 比Quartus自带的仿真器功能强大的多 2 Quartussimulator不支持Testbench 只支持波形文件 vwfvwf文件全称是矢量波形文件 VectorWaveformFile 是QuartusII中仿真输入 计算 输出数据的载体 一般设计者建立波形文件时 需要自行建立复位 时钟信号以及控制和输入数据 输出数据信号等 其中工作量最大的就是输入数据的波形录入 比如要仿真仅1KB的串行输入数据量 则手工输入信号的波形要画8000个周期 不仅费时费力而且容易出错怎样入门 对于初学者 modelsim自带的教程是一个很好的选择 在Help SEPDFDocumentation Tutorial里面 它从简单到复杂 从低级到高级详细地讲述了modelsim的各项功能的使用 简单易懂 4 Modelsim的安装同许多其他软件一样 ModelsimSE同样需要合法的License 通常我们用Kengen产生license dat 解压安装工具包开始安装 安装时选择Fullproduct安装 当出现InstallHardwareSecurityKeyDriver时选择否 当出现AddModelsimToPath选择是 出现ModelsimLicenseWizard时选择Close 在C盘根目录新建一个文件夹flexlm 用Keygen产生一个license dat 然后复制到该文件夹下 修改系统的环境变量 右键点击桌面我的电脑图标 属性 高级 环境变量 系统变量 新建 按下图所示内容填写 变量值内如果已经有别的路径了 请用 将其与要填的路径分开 LM LICENSE FILE c flexlm license dat 5 6 7 使用Modelsim进行仿真Modelsim运行方式有4种 用户图形界面模式交互式命令行模式不显示modelsim的可视化界面 仅通过命令控制台输入的命令完成所有工作Tcl和宏模式编写可执行扩展名为do或者tcl语法文件批处理模式其所有操作都在后台进行 用户看不到modelsim的界面 也不需要交互式输入命令 当工程很大 文件比较多时 用批处理比较方便 直接运行批处理文件 在后台调用modelsim 执行modelsim的脚本文件 do 完成操作注 8 仿真仿真分为功能仿真 门级仿真 时序仿真功能仿真 前仿真 代码仿真 主旨在于验证电路的功能是否符合设计要求 其特点是不考虑电路门延迟与线延迟 主要是验证电路与理想情况是否一致 可综合FPGA代码是用RTL级代码语言描述的 其输入为RTL级代码与Testbench 在设计的最初阶段发现问题 可节省大量的精力门级仿真和时序列仿真 后仿真 使用综合软件综合后生成的门级网表进行仿真 不加入时延文件的仿真就是门级仿真 可以检验综合后的功能是否满足功能要求 其速度比功能仿真要慢 比时序仿真要快 在门级仿真的基础上加入时延文件 sdf 的仿真就是时序仿真 比较真实地反映了逻辑的时延与功能 综合考虑电路的路径延迟与门延迟的影响 验证电路能否在一定时序条件下满足设计构想的过程 是否存在时序违规 9 功能仿真 功能仿真需要的文件1 设计HDL源代码 可以使VHDL语言或Verilog语言 2 测试激励代码 根据设计要求输入 输出的激励程序3 仿真模型 库 根据设计内调用的器件供应商提供的模块而定 如 FIFO ADD SUB等仿真步骤以4位计数器为例给出详细步骤1 启动modelsim软件先在c盘建立文件夹count4 在modelsim中选择File ChangeDirectory 在弹出的Choosefolder对话框中设置目录路径为c count42 建立工程在modelsim中建立project 选择File New Project 在ProjectName栏中填写你的项目名字 建议和你的顶层文件名字一致 ProjectLocation是你的工作目录 你可通过Brose按钮来选择或改变 DdfaultLibraryName可以采用工具默认的work Workspace窗口的library中就会出现work库 10 11 3 为工程添加文件工程建立后 选择AddExsitingFile后 根据相应提示将文件加到该Project中这里是count4 v和其测试向量count tp v 源代码如下 12 13 4 编译文件编译 包括源代码和库文件的编译 编译可点击Comlile ComlileAll来完成 5 装载文件 1 双击libray中work中的count tp装载 2 点击simulate startsimulation按右图设置 点击ok 14 6 开始仿真点击workspace下的sim 点击count tp 选择add addtowave然后点run all 开始仿真 15 7 退出仿真在仿真调试完成后退出仿真 在主窗口中选择simulate endsimulation 16 补充 1 也可以不加testbench 仿真步骤跟前面相似 装载文件时双击count4在sim中点击count4 add addtowave对输入信号clk reset编辑测试波形 点击run all 17 2 我们可以在modelsim内直接编写TestbenchModelsim提供了很多Testbench模板 我们直接拿过来用可以减少工作量 点View Source ShowLanguageTemplates然后会出现一个加载工程 接着你会发现在刚才的文档编辑窗口左边出现了一个LanguageTemplates窗口 18 展开Verilog项 双击CreatTestbench会出现一个创建向导选择SpecifyDesignUnit工作库下的目标文件 点Next可以指定Testbench的名称以及要编译到的库等 此处我们使用默认设置直接点Finish 这时在Testbench内会出现对目标文件的各个端口的定义还有调用函数接下来 设计者可以自己往Testbench内添加内容了 然后保存为 v格式即可 按照前面的方法把Testbench文件也编译到工作库中 19 门级仿真和时序仿真仿真需要的文件1 综合布局布线生成的网表文件2 测试激励3 元件库Altera仿真库的位置为C altera quartus50 eda sim lib4 时序仿真的话 还需要具有时延时延信息的反标文件 sdf 门级仿真有两种方法 1 工程编译成功后自动启动Modelsim运行门级仿真 2 先在quartus中生成网表文件和时延文件 然后调用modelsim进行仿真工程编译成功后自动启动Modelsim运行门级仿真1 Quartus中设置仿真工具打开quartus 建立工程 选择Assignments EDAToolSettings 选择左栏的 Simulation 设置如下 20 21 然后 我们单击下方的 MoreSettings 按钮 弹出 MoreSettings 对话框 这种门级仿真的testbench有两种方法生成 1 自己手动编写testbenchcount tp vmoresettings中设置如下 然后点击quartus的startcompilation 开始编译 我们会发现QuartusII状态栏多出两项 EDANetlistWriter 和 EDASimulationTool 22 在modelsim中我们可以看到 modelsim自动把仿真所需要元件库库文件加了进来 不用我们手动加入 同时仿真结果也出来了 退出ModelSim后 QuartusII才完成全部编译 运行ModelSim后会弹出 FinishVsim 对话框 单击 否 23 24 2 利用quartusII生成testbench文件在quartusII界面选择File New 新建一个波形文件 编辑仿真信号的激励源 最后保存带有激励信号的波形文件 转换 QuartusII提供了把 vwf文件转换成 vt的功能 选择主菜单File Export 可以保存为 vt或者 v文件 对仿真没有影响 25 moresettings中设置如左图底下的testbenchmodename是 vlg vec tst 对应verilog 是你的主程序名 用 vhd vec tst对应vhdl 然后编译 以后的同上 26 先在quartus中生成网表文件和时延文件 然后调用modelsim进行仿真QuartusII中设置仿真工具 moresettings也不用设置 27 设置完后 成功编译 quartusII会自动在当前project目录下生成一个simulation目录 在该目录下有一个Modelsim的文件夹 此文件夹下有仿真所需要的网表文件及延时反标文件 如果使用vhdl语言 则网表文件是 vho 反标文件是 sdo 如果使用verilog语言 则网表文件是 vo sdf文件也是 sdo 这个时候的testbench最好是自己手动编写的 这里是count tp vModelsim后仿真主要步骤建立库并映射库到物理目录 编译Testbench 执行仿真 28 建立库仿真库是存储已编译设计单元的目录 modelsim中有两类仿真库 一种是工作库 默认的库名为work 另一种是资源库 Work库下包含当前工程下所有已经编译过的文件 所以编译前一定要建一个work库 而且只能建一个work库 资源库存放work库中已经编译文件所要调用的资源 这样的资源可能有很多 它们被放在不同的资源库内 映射库用于将已经预编译好的文件所在的目录映射为一个modelsim可识别的库 库内的文件应该是已经编译过的 在Workspace窗口内展开该库应该能看见这些文件 如果是没有编译过的文件在库内是看不见的 在Modelsim中加入Quartus的仿真库有两种方法 1 自己新建一个库 用来存放仿真需要调用的仿真文件2 把Altera的器件加到了work这个library里 29 利用方法1进行后仿真1 在modelsim中建立project与功能仿真相似 建立工程count4 并加入文件count4 vo count tp v 库文件cycloneii atoms v 此时就不需要源代码文件了 在成功建立Project后 Modelsim会增加一个页面 点击Modelsim左下角的Library点击File New Library 在在LibraryName中输入库名 该名应和Altera的库名保持一致 这里取名为cycloneii 30 所需编译的库因所用HDL语言的不同而不同 假设用 tratix器件 对Verilog语言 则需编译STRATIX ATOMS 文件 对VHDL 所要编译的库文件为STRATIX ATOMS VHD和STRATIX ATOMS COMPONENTS VHD 2 编译库文件和网表 完成以上进程后 点击workspace下方的project 选择cycloneii atoms v 设置其属性如下 然后对cycloneii atoms v单独编译 编译后可看到cycloneii库里有很很多文件 这些都是仿真是要用到的 31 32 然后分别编译count4 vo count tp v3 仿真准备已经准备了仿真所需要的所有的文件 选择simulate startsimulation 单击libraries标签 单击add按纽 将刚才建立的cycloneii加入 33 在design标签栏中做如下设置 34 如果是对时序仿真 还要加入sdf文件 单击sdf 再单击add 将生成的 sdo文件找到 加入 sdo文件后 做如下设置 在ApplytoRegion框内填入反标文件所对应的模块 Count tp为测试激励程序 mycount为被仿真的模块在激励程序中的例化名字 单击ok将sdf文件加入 然后单击load 就可已开始仿真了 35 36 利用方法2进行后仿真把Altera的器件加到了work这个library里把需要的altera仿真库拷贝到你要编译的文件所在的文件夹里 先编译这个文件 等于是把Altera的器件加到了work这个library里 然后再在library下编译你要用的文件就可以了 这样方便些 也不用建立新库了 大家可以试一试 37 如何仿真altera中的megacore呢 跟上面所讲的仿真没什么差别仿真megacore在时 一般要用到altera仿真库中的220model v和altera mf v以fifo为例 用MEGA生成一个FIFO V并添加到modelsim工程中必须为FIFO V添加支撑文件 这几个问题建要比FIFO V先编译 位于 altera quartus50 eda sim lib 要添加的文件如下 220model valtera mf vcycloneii atoms v 这个是根据你altera的Fpga器件决定 详细操作步骤可见文档PLL在MODELSIMSE中的仿真步骤 38 利用modelsim进行系统仿真以LED实验为例在quartus中建立工程 在sopcbuilder中建立系统 如下 39 点击generate前设置modelsim路径 然后generate选择 File SOPCBuilderSetup 选择ModelSim安装目录下的 Win32 文件 40 单击 RunNiosIIIDE 按钮运行NiosIIIDE新建工程 源代码如下 include system h include altera avalon pio regs h include alt types h intmain void attribute weak alias alt main intalt main void alt u8led 0 x2 alt u8dir 0 volatileintpio led data 0 volatileinti while 1 if led 41 编译前进行一些设置 右击工程名选择 SystemLibraryProperties 在对话框中选择 SmallClibrary 否则应用程序文件太大 ram 0 空间不够 然后 选择 Project Buildall 进行编译 运行ModelSim进行仿真 选择 Run Run 选择 NiosIIModelSim 单击左下角 New 工程为 hello led 0 42 单击 Run ModelSim运行 在Transcript窗口中输入命令 s 回车 该命令是把所有设计文件加载到工程中 43 44 再执行 c 回车 对工程进行重编译 然后 执行 w 回车命令 建立波形文件 把 Wave 窗口中所有信号全部删除 然后在 Objects 窗口中选择仿真信号 clk reset n 和 out from the pio led 右击添加到 wave 窗口中 45 46 谢谢大家