CPLD畢業(yè)論文-MAX+plus-II的仿真

word文檔可自由復(fù)制編輯課程論文題目MAX+plusII的仿真MAX+plusII的仿真摘要:介紹了一種利用工具軟件MATLAB強(qiáng)大的數(shù)學(xué)功能來(lái)增強(qiáng)ALTERA公司的可編程邏輯器件設(shè)計(jì)軟件MAX+PlusII的仿真功能、提高設(shè)計(jì)品質(zhì)的方法，有較強(qiáng)的針對(duì)性。關(guān)鍵詞:MAX+plusIIFPGA仿真1引言隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，電子工程師在設(shè)計(jì)中越來(lái)越多地采用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字功能，不僅僅是簡(jiǎn)單的時(shí)序邏輯，更多的是諸如數(shù)字濾波器、信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)等。這樣我們就必須要對(duì)FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的性能分析，而不僅僅是時(shí)序的驗(yàn)證，這就對(duì)FPGA設(shè)計(jì)軟件的仿真功能提出了更高的要求。而現(xiàn)有的一些流行的FPGA設(shè)計(jì)工具并不能滿足這一要求。MAX+PLUSII是ALTERA公司為自己的系列EPLD、FPGA提供的功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)及仿真軟件。在該軟件中，提供了從多種方法輸入、編譯一直到仿真的一系列配套功能，對(duì)于那些不是很復(fù)雜的時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，可以在一個(gè)軟件內(nèi)方便地完成所有的設(shè)計(jì)及仿真工作。而對(duì)于那些復(fù)雜的設(shè)計(jì)則顯得力不從心了。MATLAB集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理等于一體，具有極高的編程效率。它可以極方便地產(chǎn)生各種信號(hào)，進(jìn)行各種變換、統(tǒng)計(jì)，另外它的繪圖功能也極為強(qiáng)大。它的這些特點(diǎn)正好可以彌補(bǔ)MAX+PlusII在仿真功能上的缺陷。因此，這里將介紹一種利用MATLAB來(lái)產(chǎn)生復(fù)雜的仿真輸入信號(hào)，并對(duì)仿真輸出信號(hào)進(jìn)行分析的方法。2聯(lián)合仿真方法介紹2.1聯(lián)合仿真流程我們先介紹MATLAB與MAX+PLUSII聯(lián)合仿真的流程，以使大家心中有一個(gè)概念。然后再分別介紹各部分的實(shí)現(xiàn)。聯(lián)合仿真流程為：（１）先在MATLAB中產(chǎn)生原始信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為2/16進(jìn)制序列；（２）利用自己編寫的MATLAB函數(shù)按一定格式生成向量文件（*.vec，純文本文件）；（３）在MAX+PLUSII中，打開(kāi)你要仿真的FPGA源文件，設(shè)置為“當(dāng)前工程”并作編譯；（４）打開(kāi)simulator，選“File\Inputs/Outputs”，輸入在MATLAB中生成的向量文件名，按：“確定”按鈕生成*.scf文件；（５）進(jìn)行仿真；（６）選菜單“File\CreateTableFiles”，生成相應(yīng)的*.tbl文件（純文本文件）；（７）回到MATLAB下，運(yùn)行自己編寫的函數(shù)，自動(dòng)從Table文件提取需要的輸出數(shù)據(jù)、進(jìn)制轉(zhuǎn)換（變?yōu)槭M(jìn)制），生成仿真結(jié)果序列；（８）對(duì)結(jié)果序列進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理。2.2仿真輸入文件在MAX+PLUSII的仿真輸入文件中有一種文本形式的向量文件（VectorFile），其后綴名為“*.vec。這種文件是用一定格式的文本來(lái)描述仿真信號(hào)的。我們可以很方便地使用任何純文本編輯器來(lái)書寫文件，定義仿真時(shí)間長(zhǎng)度，以相對(duì)／絕對(duì)時(shí)間單位來(lái)定義周期重復(fù)的輸入信號(hào)（如時(shí)鐘）和其它復(fù)雜輸入信號(hào)。下面給出一個(gè)該文件的簡(jiǎn)單例子：％時(shí)間單位缺省為以％START0；％定義仿真開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間％STOP1000；iNTERVAL100；％定義時(shí)間步長(zhǎng)：100ns％INPUTSCLOCK；PATTERN01；％相對(duì)向量值定義：CLOCK％％每100ns翻轉(zhuǎn)一次％INPUTSDATAINXDATAINY；PATTERN％定義兩個(gè)輸入信號(hào)％%DATAINX和DATAINY%0>00220＞10320＞11%絕對(duì)時(shí)間描述％570＞01%大于號(hào)前為絕對(duì)時(shí)間值％720＞11%大于號(hào)后為兩個(gè)輸入值％；INPUTSCLEAR；PATTERN0＞1%產(chǎn)生寬度100ns的清零信號(hào)％100＞0%100ns后CLEAR信號(hào)保持高電平％在這個(gè)例子中，定義了一個(gè)周期為200ns的時(shí)鐘信號(hào)、一個(gè)100ns以前起作用的清零信號(hào)（高電平有效）以及兩個(gè)輸入信號(hào)DATAINX、DATAINY。在實(shí)際使用時(shí)，我們可以用同樣的方法方便地產(chǎn)生時(shí)鐘、復(fù)位等常用信號(hào)。而對(duì)于復(fù)雜的輸入信號(hào)，可以先用MATLAB來(lái)產(chǎn)生，然后以相對(duì)時(shí)間的方式寫入向量文件。在產(chǎn)生復(fù)雜輸入信號(hào)之前，必須注意以下幾點(diǎn)：第一，MATLAB產(chǎn)生的是浮點(diǎn)或整數(shù)信號(hào)，而數(shù)字模塊的輸入為N位二進(jìn)制數(shù)，這之間有一個(gè)進(jìn)制轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。因此，我們先要根據(jù)要采用的A/D位數(shù)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行量化。第二，在MAX+PLUSII的仿真器中，數(shù)據(jù)可以采用2/8/10/16進(jìn)制顯示格式，但其十進(jìn)制顯示用的是無(wú)符號(hào)數(shù)的方式，在表示那些補(bǔ)碼形式的2/8/16進(jìn)制數(shù)時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤，因此必須把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為2/16進(jìn)制數(shù)。第三，進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序必須自己編制。因?yàn)镸ATLAB是用字符串來(lái)表示2/8/16進(jìn)制數(shù)的，雖然有一些進(jìn)制變換的函數(shù)（如HEX2DEC、DEC2HEX等），但尚不能滿足需要，必須在此基礎(chǔ)上自己編制新的函數(shù)。2.3仿真輸出文件向量文件產(chǎn)生后，就可以進(jìn)行仿真了，仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換成Table文件輸出。Table文件示例如下。INPUTSclkresetdin;OUTPUTSyUNITns?％定義時(shí)間單位％RADIXHEX；％定義顯示進(jìn)制％PATIERN％r％％e％csd％％lei％％ktny％0.0＞X00000=000040.0＞X10000=000050.0＞010000=0000……1475.0＞110000=00001500.0＞XXXXXX=XXXXTable文件的構(gòu)成與向量文件大致相同。它的開(kāi)始部分是注釋（同樣是以％…％標(biāo)注的文字），接著是對(duì)輸入／輸出信號(hào)、時(shí)間單位、顯示采用進(jìn)制的定義，第三部分就是對(duì)輸入／輸出信號(hào)在仿真后的列表。其中，“＞”號(hào)以前的是時(shí)間值，“＝”號(hào)后面則是我們關(guān)心的仿真輸出結(jié)果了。根據(jù)Table文件的這些特點(diǎn)，我們可以編制MATLAB函數(shù)將關(guān)心的東西（如時(shí)間值、某輸出結(jié)果）提取出來(lái)形成數(shù)據(jù)序列，以便后續(xù)處理。在這里要注意一個(gè)問(wèn)題，就是Table文件中會(huì)對(duì)每一個(gè)信號(hào)的變化時(shí)刻都進(jìn)行記錄，我們用圖２的一個(gè)簡(jiǎn)單的D觸發(fā)器的部分仿真時(shí)序來(lái)作說(shuō)明，圖中示出了Ｄ觸發(fā)器的輸入信號(hào)D、時(shí)鐘，以及其輸出信號(hào)Q，在這一段仿真中，Table文件會(huì)記錄從T1～T9的9個(gè)信號(hào)變化的時(shí)刻，這使得輸出信號(hào)的每一個(gè)值被記錄了多次。如果我們對(duì)此不加甄別就照單全收的話，就會(huì)對(duì)此后的分析工作帶來(lái)麻煩。因此，對(duì)于同步數(shù)字系統(tǒng)，我們只應(yīng)提取那些我們關(guān)心的時(shí)鐘上沿／下沿時(shí)刻的輸出值。3應(yīng)用實(shí)例此次設(shè)計(jì)的是一個(gè)單脈沖雷達(dá)回波信號(hào)處理機(jī)，基本原理是信號(hào)的能量積累后檢測(cè)，其中采用了較復(fù)雜的信號(hào)處理算法，在原理驗(yàn)證階段采用的是固定門限檢測(cè)。在用MAX+PlusII設(shè)計(jì)完該信號(hào)處理機(jī)后，現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題就是要在給定Pd、Pf的條件下，根據(jù)具體的算法確定檢測(cè)門限。我們先在接收機(jī)上對(duì)接收機(jī)噪聲用示波器進(jìn)行了測(cè)量并存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)，然后將測(cè)量結(jié)果讀入MATLAB，形成一維數(shù)組。然后按以上介紹的方法對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行兩種處理：一是產(chǎn)生模擬回波信號(hào)（或采用真實(shí)回波信號(hào)采樣序列）、信號(hào)噪聲按一定信噪比混合、加上同步脈沖后形成多個(gè)周期的“有信號(hào)回波”，二是完全是噪聲的“無(wú)信號(hào)回波”；再結(jié)合其它必要的輸入信號(hào)（如時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)等）生成向量文件，在MAX+PLUSII中仿真后，分別提取仿真結(jié)果中的“有／無(wú)信號(hào)”的兩種能量積累結(jié)果進(jìn)行分析，初步確定檢測(cè)門限，并由此結(jié)合理論分析對(duì)其檢測(cè)性能進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)然，這種完全在軟件環(huán)境中進(jìn)行性能分析的方法并不是萬(wàn)能