Modelsim仿真教程

1、FPGA系統(tǒng)設計與實踐系統(tǒng)設計與實踐 第四章第四章 功能仿真功能仿真 第四章第四章 功能仿真功能仿真n內(nèi)容提要內(nèi)容提要 功能仿真（Function Simulation）的作用是對源代碼進行編譯。本章介紹了Model Technology 公司的Modelsim XE II v5.6e的主要結構、屬性設置、Modelsim XE II v5.6e與ISE5.2的軟件接口，測試激勵文件的建立以及Modelsim仿真分析方法。Altera公司QuartusII3.0仿真器(Simulator) 的主要結構、屬性設置以及仿真分析方法。 第四章第四章 功能仿真功能仿真n知識要點知識要點： 功能仿真，M

2、odelsim，測試激勵文件，QuartusII3.0仿真器n教學建議教學建議: 本章的重點是掌握Model Technology 公司的Modelsim XE II v5.6e和Altera公司QuartusII3.0仿真器(Simulator)的結構和使用方法。建議學時數(shù)為4學時。注意區(qū)分Modelsim和QuartusII3.0仿真器(Simulator)的不同點。 第四章第四章 功能仿真功能仿真 在學習過程中，應結合第8章中的應用實例設計，去掌握仿真分析的步驟、屬性設置及技巧。注意仿真分析中屬性參數(shù)的設置，可以通過調(diào)整參數(shù)的設置，改變仿真輸出波形。必須牢記功能仿真和時序仿真的區(qū)別。FP

3、GA系統(tǒng)設計與實踐系統(tǒng)設計與實踐 基于基于Modelsim的功能仿真的功能仿真 4.1 基于基于Modelsim的功能仿真的功能仿真 功能仿真（Function Simulation）是對源代碼進行編譯，檢測在語法上是否正確，發(fā)現(xiàn)錯誤，并且提供出錯的原因，設計者可以根據(jù)提示進行修改。編譯通過后，仿真器再根據(jù)輸入信號產(chǎn)生輸出，根據(jù)輸出可以判斷功能是否正確。如果不正確，需要反復修改代碼，直到語法和功能都達到要求。4.1 基于基于Modelsim的功能仿真的功能仿真 功能仿真只驗證在功能上是否正確，在時序上不做驗證。在做功能仿真時還需要注意，信號通過某個網(wǎng)絡時是存在延遲的，而在功能仿真時不會體現(xiàn)出來

4、，輸入信號的改變會立即在輸出端反映出來。所以必須牢記功能仿真和時序仿真的是有區(qū)別的，這一點十分重要。 4.1.1 介紹介紹Modelsim XE II v5.6e Modelsim XE II v5.6e是Model Technology 公司直接為Xilinx公司設計。Xilinx公司的ISE 5.2為Modelsim XE留有接口,并且向Modelsim XE II v5.6e提供器件的仿真數(shù)據(jù)庫。主窗口結構體窗口 進程窗口 信號窗口 變量窗口 源程序窗口 波形窗口 數(shù)據(jù)流窗口 列表窗口 主窗口是Modelsim的核心窗口,在缺省（默認）狀態(tài)下，在啟動Modelsim時會自動打開。主窗口分

5、為工作區(qū)和腳本區(qū)兩部分。在工作區(qū)，可以很方便地對當前工程的工作庫以及所有數(shù)據(jù)集合進行控制。在腳本區(qū)，可以輸入Modelsim的各種命令，命令執(zhí)行后會反饋執(zhí)行后的信息，使用戶了解執(zhí)行的實際情況。 主窗口主窗口 選擇Veiw Active命令后，窗口中顯示的是當前工程中的所有進程。 選擇In Regin 命令后，在窗口中顯示的是當前層次結構中包含的進程。Ready表示此進程將在當前的很短的一個時間內(nèi)被執(zhí)行；Wait表示進程正等待信號的變化。Done表示進程正在執(zhí)行等待語句。 進程窗口進程窗口結構窗口用來顯示仿真中的層次信息，選擇不同的結構層次，其他窗口中的信息都會發(fā)生相應的變化。 結構窗口結構窗口

6、當前層次結構中的所有信號名稱 信號的值 用戶必須在結構窗口中選擇確定的層次結構，來獲得想要仿真的信號。 信號窗口信號窗口進程中的變量 變量窗口變量窗口信號波形 信號名稱和路徑 指針所在位置的值 光標工具 波形查看工具仿真控制工具 波形窗口波形窗口 雙擊波形窗口中的信號名 信號屬性對話框 信號屬性對話框信號屬性對話框顯示的信號名稱 波形的顏色名稱的顏色 信號數(shù)據(jù)的顯示方式 信號屬性對話框信號屬性對話框波形顯示的格式 Analog顯示Logic顯示Literal顯示Modelsim XE II v5.6e與與ISE5.2的軟件接口的軟件接口 Modelsim XE系列是Model Technolo

7、gy公司為Xilinx公司的FPGA/CPLD提供的OEM版本Modelsim工具，同時，ISE5.2為ModelsimXE提供了軟件的接口。ISE5.2和ModelsimXE的結合使設計更高效，方便。在ISE5.2中啟動ModelsimXE，ModelsimXE會調(diào)用缺省的批處理方式使仿真更高效。 屬性設置設置Modelsim可執(zhí)行文件的路徑 4.1.2 建立測試激勵文件建立測試激勵文件 要對模塊進行仿真必須首先建立仿真測試激勵文件，Modelsim根據(jù)測試激勵對設計進行仿真。而ISE5.2提供了一個相當實用的工具HDL Bencher(HDL 測試臺)。HDL Bencher可以方便地定義

8、想要的輸入波形和輸出波形，仿真后Modelsim還可以將實際仿真的結果與測試者提供的波形進行比較，并且提示錯誤。1D觸發(fā)器測試激勵文件的建立觸發(fā)器測試激勵文件的建立 下面以一個例子進行說明仿真測試激勵文件的建立：在3.1.2節(jié)中，使用VHDL輸入設計了一個異步復位的D觸發(fā)器，現(xiàn)在可以通過功能仿真來驗證它的正確性。 新建測試激勵文件新建測試激勵文件 下一步選擇與測試激勵文件相關聯(lián)的源文件選擇與測試激勵文件相關聯(lián)的源文件 下一步單時鐘多時鐘組合邏輯設置異步時序下一步時鐘選擇對話框時鐘選擇對話框 下一步異步信號設置異步信號同步信號設置同步信號NEXT=時鐘設置時鐘設置 波形觸發(fā)類型時鐘高電平時間 時

9、鐘低電平時間 輸入建立時間 輸出有效時間 偏移量 時鐘單位 信號列表端口屬性 備注 測試臺波形編輯窗口 源代碼顯示窗口 輸入期望的測試波形 測試激勵文件加入工程 功能仿真 翻譯后仿真 布局布線后仿真（時序仿真）生成期望的仿真結果 布局后仿真 雙擊其中一種仿真 4.1.3 啟動啟動Modelsim仿真仿真 仿真后的波形 4.1.4 功能仿真例：功能仿真例：10進制計數(shù)器進制計數(shù)器 1 .10 1 .10進制計數(shù)器測試激勵文件的建立進制計數(shù)器測試激勵文件的建立 （1）打開在3.1.4節(jié)中建立的工程pIP. 1 .101 .10進制計數(shù)器測試激勵文件的建立進制計數(shù)器測試激勵文件的建立 （2）為了方便

10、仿真，有必要將div30模塊進行修改。因為div30是30,000,000分頻，這么大的分頻系數(shù), 難于仿真，所以將div30模塊中的分頻系數(shù)做如下改動。 process(clkin,reset) variable cnt : integer range 0 to 3 :=0; -將分頻系數(shù)改為3，即6分頻； 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 關聯(lián)原文件關聯(lián)原文件下一步時鐘初始化下一步下一步時鐘選擇時鐘選擇信號屬性設置信號屬性設置下一步時鐘設置時鐘設置完成設置波形設置波形注意仿真界限的位置 啟動仿真啟動仿真Modelsim仿真缺省窗口 單擊全屏按鈕 仿真波形圖仿真波形圖經(jīng)過譯碼后的7段LED顯示用代碼 在structure窗口選擇my_cou后signal窗口中發(fā)生的變化 將signals中的q移入wave窗口中單擊restart按