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FPGA 系统设计与实践

FPGA 系统设计与实践. 第四章 功能仿真. 第四章 功能仿真. 内容提要 功能仿真（ Function Simulation） 的作用是对源代码进行编译。 本章介绍了 Model Technology 公司的 Modelsim XE II v5.6e 的主要结构、属性设置、 Modelsim XE II v5.6e 与 ISE5.2 的软件接口，测试激励文件的建立以及 Modelsim 仿真分析方法。 Altera 公司 QuartusII3.0 仿真器( Simulator) 的主要结构、属性设置以及仿真分析方法。. 第四章 功能仿真. 知识要点 ：

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Presentation Transcript

  1. FPGA系统设计与实践 第四章 功能仿真

  2. 第四章 功能仿真 • 内容提要 • 功能仿真（Function Simulation）的作用是对源代码进行编译。本章介绍了Model Technology 公司的Modelsim XE II v5.6e的主要结构、属性设置、Modelsim XE II v5.6e与ISE5.2的软件接口，测试激励文件的建立以及Modelsim仿真分析方法。Altera公司QuartusII3.0仿真器(Simulator) 的主要结构、属性设置以及仿真分析方法。

  3. 第四章 功能仿真 • 知识要点： • 功能仿真，Modelsim，测试激励文件，QuartusII3.0仿真器 • 教学建议: • 本章的重点是掌握Model Technology 公司的Modelsim XE II v5.6e和Altera公司QuartusII3.0仿真器(Simulator)的结构和使用方法。建议学时数为4学时。注意区分Modelsim和QuartusII3.0仿真器(Simulator)的不同点。

  4. 第四章 功能仿真 • 在学习过程中，应结合第8章中的应用实例设计，去掌握仿真分析的步骤、属性设置及技巧。注意仿真分析中属性参数的设置，可以通过调整参数的设置，改变仿真输出波形。必须牢记功能仿真和时序仿真的区别。

  5. FPGA系统设计与实践 基于Modelsim的功能仿真

  6. 4.1 基于Modelsim的功能仿真 • 功能仿真（Function Simulation）是对源代码进行编译，检测在语法上是否正确，发现错误，并且提供出错的原因，设计者可以根据提示进行修改。编译通过后，仿真器再根据输入信号产生输出，根据输出可以判断功能是否正确。如果不正确，需要反复修改代码，直到语法和功能都达到要求。

  7. 4.1 基于Modelsim的功能仿真 • 功能仿真只验证在功能上是否正确，在时序上不做验证。在做功能仿真时还需要注意，信号通过某个网络时是存在延迟的，而在功能仿真时不会体现出来，输入信号的改变会立即在输出端反映出来。所以必须牢记功能仿真和时序仿真的是有区别的，这一点十分重要。

  8. 4.1.1 介绍Modelsim XE II v5.6e • Modelsim XE II v5.6e是Model Technology 公司直接为Xilinx公司设计。Xilinx公司的ISE 5.2为Modelsim XE留有接口,并且向Modelsim XE II v5.6e提供器件的仿真数据库。

  9. 主窗口 源程序窗口 结构体窗口 信号窗口 波形窗口 变量窗口 数据流窗口 列表窗口 进程窗口

  10. 主窗口 主窗口是Modelsim的核心窗口,在缺省（默认）状态下，在启动Modelsim时会自动打开。主窗口分为工作区和脚本区两部分。在工作区，可以很方便地对当前工程的工作库以及所有数据集合进行控制。在脚本区，可以输入Modelsim的各种命令，命令执行后会反馈执行后的信息，使用户了解执行的实际情况。

  11. 选择Veiw  Active命令后，窗口中显示的是当前工程中的所有进程。 进程窗口 Ready表示此进程将在当前的很短的一个时间内被执行；Wait表示进程正等待信号的变化。Done表示进程正在执行等待语句。 选择In Regin 命令后，在窗口中显示的是当前层次结构中包含的进程。

  12. 结构窗口 结构窗口用来显示仿真中的层次信息，选择不同的结构层次，其他窗口中的信息都会发生相应的变化。

  13. 信号窗口 当前层次结构中的所有信号名称 信号的值 用户必须在结构窗口中选择确定的层次结构，来获得想要仿真的信号。

  14. 变量窗口 进程中的变量

  15. 波形窗口 光标工具 波形查看工具 仿真控制工具 信号波形 指针所在位置的值 信号名称和路径

  16. 信号属性对话框 • 双击波形窗口中的信号名 信号属性对话框 显示的信号名称 信号数据的显示方式 波形的颜色 名称的颜色

  17. 信号属性对话框 波形显示的格式

  18. Logic显示 Analog显示 Literal显示

  19. Modelsim XE II v5.6e与ISE5.2的软件接口 • Modelsim XE系列是Model Technology公司为Xilinx公司的FPGA/CPLD提供的OEM版本Modelsim工具，同时，ISE5.2为ModelsimXE提供了软件的接口。ISE5.2和ModelsimXE的结合使设计更高效，方便。在ISE5.2中启动ModelsimXE，ModelsimXE会调用缺省的批处理方式使仿真更高效。

  20. 属性设置 设置Modelsim可执行文件的路径

  21. 4.1.2 建立测试激励文件 • 要对模块进行仿真必须首先建立仿真测试激励文件，Modelsim根据测试激励对设计进行仿真。而ISE5.2提供了一个相当实用的工具HDL Bencher(HDL 测试台)。HDL Bencher可以方便地定义想要的输入波形和输出波形，仿真后Modelsim还可以将实际仿真的结果与测试者提供的波形进行比较，并且提示错误。

  22. 1．D触发器测试激励文件的建立 • 下面以一个例子进行说明仿真测试激励文件的建立：在3.1.2节中，使用VHDL输入设计了一个异步复位的D触发器，现在可以通过功能仿真来验证它的正确性。

  23. 新建测试激励文件 下一步

  24. 选择与测试激励文件相关联的源文件 下一步

  25. 单时钟 多时钟 组合逻辑 设置异步时序 下一步

  26. 时钟选择对话框 下一步

  27. 异步信号 设置异步信号

  28. 同步信号 设置同步信号 NEXT=>

  29. 时钟设置 时钟高电平时间 波形触发类型 时钟低电平时间 输入建立时间 偏移量 输出有效时间 时钟单位

  30. 输入期望的测试波形 信号列表 端口属性 备注 测试台波形编辑窗口 源代码显示窗口

  31. 测试激励文件加入工程 功能仿真 生成期望的仿真结果 翻译后仿真 布局后仿真 双击其中一种仿真 布局布线后仿真（时序仿真）

  32. 4.1.3 启动Modelsim仿真 仿真后的波形

  33. 4.1.4 功能仿真例：10进制计数器 • 1 .10进制计数器测试激励文件的建立 • （1）打开在3.1.4节中建立的工程pIP.

  34. 1 .10进制计数器测试激励文件的建立 • （2）为了方便仿真，有必要将div30模块进行修改。因为div30是30,000,000分频，这么大的分频系数, 难于仿真，所以将div30模块中的分频系数做如下改动。 process(clkin,reset) variable cnt : integer range 0 to 3 :=0; --将分频系数改为3，即6分频； begin if reset = '0' then cnt :=0 ; Reg_clk <= '0'; elsif rising_edge(clkin) then cnt := cnt + 1; if cnt = 3 then cnt := 0; Reg_clk <= not Reg_clk ; end if; end if; end process;

  35. 新建测试激励文件 NEXT=>

  36. 关联原文件 下一步

  37. 时钟初始化 下一步

  38. 时钟选择 下一步

  39. 信号属性设置 下一步

  40. 时钟设置 完成

  41. 设置波形 注意仿真界限的位置

  42. 启动仿真 单击全屏按钮 Modelsim仿真缺省窗口

  43. 仿真波形图 经过译码后的7段LED显示用代码

  44. 在structure窗口选择my_cou后signal窗口中发生的变化 将signals中的q移入wave窗口中

  45. 单击restart按钮 Restart 在Restart对话框中进行设置

  46. 选择信号显示类型

  47. 修改显示类型后的信号 观察q信号，发现仿真的时间不够长，以至于不能肯定q的值在到达9时是否回0，所以有必要修改仿真时间。

  48. 设置时间界限 重新打开测试激励文件 将测试时间界限向后拖动，从而增加仿真时间

  49. 最终的仿真波形 重新进行仿真得到最终的仿真波形

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