ModelSim輕松入門

1、1Modelsim 6.0 Modelsim 6.0 使用教程 2006.12 qq:535796212Modelsim簡介 Modelsim仿真工具是Model公司開發(fā)的。它支持Verilog、VHDL以及他們的混合仿真，它可以將整個(gè)程序分步執(zhí)行，使設(shè)計(jì)者直接看到他的程序下一步要執(zhí)行的語句，而且在程序執(zhí)行的任何步驟任何時(shí)刻都可以查看任意變量的當(dāng)前值，可以在Dataflow窗口查看某一單元或模塊的輸入輸出的連續(xù)變化等，比Quartus自帶的仿真器功能強(qiáng)大的多，是目前業(yè)界最通用的仿真器之一。ModelSim分幾種不同的版本：SE、PE和OEM，其中集成在 Actel、Atmel、Altera、X

2、ilinx以及Lattice等FPGA廠商設(shè)計(jì)工具中的均是其OEM版本。比如為Altera提供的OEM版本是ModelSim-Altera,為Xilinx提供的版本為ModelSim XE. SE版本為最高級(jí)版本,在功能和性能方面比OEM版本強(qiáng)很多,比如仿真速度方面,還支持PC 、 UNIX 、 LIUNX混合平臺(tái).3為什么要學(xué)Modelsim?1.Modelsim是專業(yè)的HDL語言仿真器,比 Quartus自帶的仿真器功能強(qiáng)大的多.2. Quartus simulator不支持Testbench ,只支持波形文件.vwfvwf文件全稱是矢量波形文件(Vector Waveform File)

3、，是Quartus II中仿真輸入、計(jì)算、輸出數(shù)據(jù)的載體。一般設(shè)計(jì)者建立波形文件時(shí)，需要自行建立復(fù)位、時(shí)鐘信號(hào)以及控制和輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)信號(hào)等。其中工作量最大的就是輸入數(shù)據(jù)的波形錄入。比如要仿真僅1KB的串行輸入數(shù)據(jù)量，則手工輸入信號(hào)的波形要畫8000個(gè)周期，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且容易出錯(cuò) 怎樣入門?對(duì)于初學(xué)者，modelsim自帶的教程是一個(gè)很好的選擇，在Help-SE PDF Documentation-Tutorial里面.它從簡單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)詳細(xì)地講述了modelsim的各項(xiàng)功能的使用，簡單易懂。4Modelsim的安裝同許多其他軟件一樣，Modelsim SE同樣需要合法的Lic

4、ense,通常我們用Kengen產(chǎn)生license.dat。 解壓安裝工具包開始安裝，安裝時(shí)選擇Full product安裝。當(dāng)出現(xiàn)Install Hardware Security Key Driver時(shí)選擇否。當(dāng)出現(xiàn)Add Modelsim To Path選擇是。出現(xiàn)Modelsim License Wizard時(shí)選擇Close。 在C盤根目錄新建一個(gè)文件夾flexlm，用Keygen產(chǎn)生一個(gè)license.dat,然后復(fù)制到該文件夾下。 修改系統(tǒng)的環(huán)境變量。右鍵點(diǎn)擊桌面我的電腦圖標(biāo)，屬性-高級(jí)-環(huán)境變量-（系統(tǒng)變量）新建。按下圖所示內(nèi)容填寫，變量值內(nèi)如果已經(jīng)有別的路徑了，請(qǐng)用“；”將其與

5、要填的路徑分開。LM_LICENSE_FILE = c:flexlmlicense.dat 567使用Modelsim進(jìn)行仿真Modelsim運(yùn)行方式有4種:用戶圖形界面模式交互式命令行模式不顯示modelsim的可視化界面 ,僅通過命令控制臺(tái)輸入的命令完成所有工作Tcl和宏模式編寫可執(zhí)行擴(kuò)展名為do或者tcl語法文件批處理模式其所有操作都在后臺(tái)進(jìn)行，用戶看不到modelsim的界面，也不需要交互式輸入命令。當(dāng)工程很大，文件比較多時(shí)，用批處理比較方便。直接運(yùn)行批處理文件,在后臺(tái)調(diào)用modelsim,執(zhí)行modelsim的腳本文件* .do,完成操作注:http:/ 主旨在于驗(yàn)證電路的功能是否符

6、合設(shè)計(jì)要求，其特點(diǎn)是不考慮電路門延遲與線延遲，主要是驗(yàn)證電路與理想情況是否一致。可綜合FPGA代碼是用RTL級(jí)代碼語言描述的，其輸入為RTL級(jí)代碼與Testbench.在設(shè)計(jì)的最初階段發(fā)現(xiàn)問題,可節(jié)省大量的精力門級(jí)仿真和時(shí)序列仿真 (后仿真) 使用綜合軟件綜合后生成的門級(jí)網(wǎng)表進(jìn)行仿真,不加入時(shí)延文件的仿真就是門級(jí)仿真.可以檢驗(yàn)綜合后的功能是否滿足功能要求,其速度比功能仿真要慢,比時(shí)序仿真要快. 在門級(jí)仿真的基礎(chǔ)上加入時(shí)延文件(.sdf)的仿真就是時(shí)序仿真,比較真實(shí)地反映了邏輯的時(shí)延與功能.綜合考慮電路的路徑延遲與門延遲的影響，驗(yàn)證電路能否在一定時(shí)序條件下滿足設(shè)計(jì)構(gòu)想的過程，是否存在時(shí)序違規(guī)9功

7、能仿真功能仿真功能仿真需要的文件1設(shè)計(jì)HDL源代碼：可以使VHDL語言或Verilog語言。2測試激勵(lì)代碼：根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸入/輸出的激勵(lì)程序3仿真模型/庫：根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)調(diào)用的器件供應(yīng)商提供的模塊而定，如：FIFO、ADD_SUB等 仿真步驟 以4 位計(jì)數(shù)器為例給出詳細(xì)步驟1.啟動(dòng)modelsim軟件先在c盤建立文件夾count4,在modelsim中選擇File - Change Directory,在彈出的Choose folder對(duì)話框中設(shè)置目錄路徑為c:/count42.建立工程在modelsim中建立project,選擇File -New -Project.在Project Name欄中

8、填寫你的項(xiàng)目名字，建議和你的頂層文件名字一致。Project Location是你的工作目錄，你可通過Brose按鈕來選擇或改變。Ddfault Library Name可以采用工具默認(rèn)的work。Workspace窗口的library中就會(huì)出現(xiàn)work庫. 10113.為工程添加文件工程建立后,選擇Add Exsiting File后，根據(jù)相應(yīng)提示將文件加到該P(yáng)roject中這里是count4.v和其測試向量count_tp.v,源代碼如下:12134.編譯文件編譯（包括源代碼和庫文件的編譯）。編譯可點(diǎn)擊ComlileComlile All來完成。 5.裝載文件(1)雙擊libray 中wo

9、rk中的count_tp裝載(2)點(diǎn)擊simulate start simulation按右圖設(shè)置,點(diǎn)擊ok146.開始仿真點(diǎn)擊workspace下的sim,點(diǎn)擊count_tp,選擇add add to wave然后點(diǎn)run all,開始仿真157.退出仿真在仿真調(diào)試完成后退出仿真,在主窗口中選擇simulate end simulation16補(bǔ)充:(1)也可以不加testbench,仿真步驟跟前面相似, 裝載文件時(shí)雙擊count4在sim中點(diǎn)擊count4,add add to wave對(duì)輸入信號(hào)clk,reset編輯測試波形點(diǎn)擊run -all17(2)我們可以在modelsim內(nèi)直接

10、編寫TestbenchModelsim提供了很多Testbench模板，我們直接拿過來用可以減少工作量。點(diǎn)View-Source-Show Language Templates然后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)加載工程，接著你會(huì)發(fā)現(xiàn)在剛才的文檔編輯窗口左邊出現(xiàn)了一個(gè)Language Templates窗口18 展開Verilog項(xiàng)，雙擊Creat Testbench會(huì)出現(xiàn)一個(gè)創(chuàng)建向?qū)нx擇Specify Design Unit工作庫下的目標(biāo)文件，點(diǎn)Next可以指定Testbench的名稱以及要編譯到的庫等，此處我們使用默認(rèn)設(shè)置直接點(diǎn)Finish。這時(shí)在Testbench內(nèi)會(huì)出現(xiàn)對(duì)目標(biāo)文件的各個(gè)端口的定義還有調(diào)用函數(shù)

11、 接下來，設(shè)計(jì)者可以自己往Testbench內(nèi)添加內(nèi)容了，然后保存為.v格式即可。按照前面的方法把Testbench文件也編譯到工作庫中.19門級(jí)仿真和時(shí)序仿真門級(jí)仿真和時(shí)序仿真 仿真需要的文件仿真需要的文件 1綜合布局布線生成的網(wǎng)表文件2測試激勵(lì)3元件庫Altera仿真庫的位置為C:alteraquartus50edasim_lib4時(shí)序仿真的話，還需要具有時(shí)延時(shí)延信息的反標(biāo)文件（sdf）門級(jí)仿真有兩種方法(1)工程編譯成功后自動(dòng)啟動(dòng)Modelsim運(yùn)行門級(jí)仿真(2)先在quartus中生成網(wǎng)表文件和時(shí)延文件,然后調(diào)用modelsim進(jìn)行仿真工程編譯成功后自動(dòng)啟動(dòng)Modelsim運(yùn)行門級(jí)仿真

12、1.Quartus中設(shè)置仿真工具打開quartus,建立工程,選擇Assignments | EDA Tool Settings，選擇左欄的“Simulation”,設(shè)置如下:2021然后，我們單擊下方的“More Settings”按鈕，彈出“More Settings”對(duì)話框.這種門級(jí)仿真的testbench有兩種方法生成(1)自己手動(dòng)編寫testbench count_tp.vmore settings 中設(shè)置如下然后點(diǎn)擊quartus的start compilation ,開始編譯,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)QuartusII 狀態(tài)欄多出兩項(xiàng)“EDA Netlist Writer”和“EDA Simu

13、lation Tool”22在modelsim中我們可以看到,modelsim自動(dòng)把仿真所需要元件庫庫文件加了進(jìn)來,不用我們手動(dòng)加入,同時(shí)仿真結(jié)果也出來了.退出ModelSim 后，QuartusII 才完成全部編譯運(yùn)行ModelSim 后會(huì)彈出“Finish Vsim”對(duì)話框，單擊“否”2324(2)利用quartus II生成testbench文件在quartus II界面選擇FileNew,新建一個(gè)波形文件,編輯仿真信號(hào)的激勵(lì)源,最后保存帶有激勵(lì)信號(hào)的波形文件.轉(zhuǎn)換:Quartus II提供了把.vwf文件轉(zhuǎn)換成.vt的功能,選擇主菜單File Export,可以保存為.vt或者.v文件

14、,對(duì)仿真沒有影響25more settings 中設(shè)置如左圖底下的test bench mode name 是*vlg_vec_tst（對(duì)應(yīng)verilog，*是你的主程序名），用*_vhd_vec_tst對(duì)應(yīng)vhdl。然后編譯,以后的同上 26先在quartus中生成網(wǎng)表文件和時(shí)延文件,然后調(diào)用modelsim進(jìn)行仿真Quartus II 中設(shè)置仿真工具,more settings 也不用設(shè)置27設(shè)置完后,成功編譯,quartus II會(huì)自動(dòng)在當(dāng)前project目錄下生成一個(gè)simulation目錄,在該目錄下有一個(gè)Modelsim的文件夾,此文件夾下有仿真所需要的網(wǎng)表文件及延時(shí)反標(biāo)文件.如果

15、使用vhdl語言,則網(wǎng)表文件是.vho,反標(biāo)文件是.sdo;如果使用verilog語言,則網(wǎng)表文件是.vo,sdf文件也是.sdo.這個(gè)時(shí)候的testbench最好是自己手動(dòng)編寫的,這里是count_tp.vModelsim后仿真主要步驟建立庫并映射庫到物理目錄；編譯Testbench；執(zhí)行仿真。 28建立庫仿真庫是存儲(chǔ)已編譯設(shè)計(jì)單元的目錄，modelsim中有兩類仿真庫，一種是工作庫，默認(rèn)的庫名為work,另一種是資源庫。Work庫下包含當(dāng)前工程下所有已經(jīng)編譯過的文件。所以編譯前一定要建一個(gè)work庫，而且只能建一個(gè)work庫。資源庫存放work庫中已經(jīng)編譯文件所要調(diào)用的資源，這樣的資源可能

16、有很多，它們被放在不同的資源庫內(nèi).映射庫用于將已經(jīng)預(yù)編譯好的文件所在的目錄映射為一個(gè)modelsim可識(shí)別的庫，庫內(nèi)的文件應(yīng)該是已經(jīng)編譯過的，在Workspace窗口內(nèi)展開該庫應(yīng)該能看見這些文件，如果是沒有編譯過的文件在庫內(nèi)是看不見的。在Modelsim中加入Quartus的仿真庫有兩種方法:1.自己新建一個(gè)庫,用來存放仿真需要調(diào)用的仿真文件2.把Altera的器件加到了work這個(gè)library里 29利用方法1進(jìn)行后仿真1.在modelsim中建立project與功能仿真相似,建立工程count4,并加入文件count4.vo,count_tp.v,庫文件cycloneii_atoms.v

17、,此時(shí)就不需要源代碼文件了.在成功建立Project后，Modelsim會(huì)增加一個(gè)頁面，點(diǎn)擊Modelsim左下角的Library 點(diǎn)擊FileNewLibrary。在在Library Name中輸入庫名，該名應(yīng)和Altera的庫名保持一致。這里取名為cycloneii 30所需編譯的庫因所用HDL語言的不同而不同。假設(shè)用tratix器件，對(duì)Verilog語言，則需編譯STRATIX_ATOMS.文件。對(duì)VHDL，所要編譯的庫文件為STRATIX_ATOMS.VHD和STRATIX_ATOMS_COMPONENTS.VHD；2.編譯庫文件和網(wǎng)表完成以上進(jìn)程后,點(diǎn)擊workspace下方的pro

18、ject,選擇cycloneii_atoms.v,設(shè)置其屬性如下然后對(duì)cycloneii_atoms.v單獨(dú)編譯,編譯后可看到cycloneii庫里有很很多文件,這些都是仿真是要用到的3132然后分別編譯count4.vo,count_tp.v3.3.仿真準(zhǔn)備仿真準(zhǔn)備已經(jīng)準(zhǔn)備了仿真所需要的所有的文件.選擇simulatestart simulation.單擊libraries標(biāo)簽,單擊add按紐,將剛才建立的cycloneii加入33在design標(biāo)簽欄中做如下設(shè)置34如果是對(duì)時(shí)序仿真,還要加入sdf文件,單擊sdf,再單擊add,將生成的.sdo文件找到，加入.sdo文件后,做如下設(shè)置:在A

19、pply to Region框內(nèi)填入反標(biāo)文件所對(duì)應(yīng)的模塊。Count_tp為測試激勵(lì)程序，mycount為被仿真的模塊在激勵(lì)程序中的例化名字。單擊ok將sdf文件加入，然后單擊load，就可已開始仿真了。 3536利用方法2進(jìn)行后仿真把Altera的器件加到了work這個(gè)library里把需要的altera仿真庫拷貝到你要編譯的文件所在的文件夾里。先編譯這個(gè)文件，等于是把Altera的器件加到了work這個(gè)library里。然后再在library下編譯你要用的文件就可以了。這樣方便些,也不用建立新庫了.大家可以試一試37如何仿真altera中的megacore呢?跟上面所講的仿真沒什么差別仿真

20、megacore在時(shí),一般要用到altera仿真庫中的220model.v 和altera_mf.v 以fifo為例:用MEGA生成一個(gè)FIFO.V并添加到modelsim工程中必須為FIFO.V添加支撐文件(這幾個(gè)問題建要比FIFO.V先編譯),位于 .alteraquartus50edasim_lib要添加的文件如下:220model.v altera_mf.vcycloneii_atoms.v (這個(gè)是根據(jù)你altera的Fpga器件決定 )詳細(xì)操作步驟可見文檔PLL在MODELSIM SE中的仿真步驟 38利用利用modelsimmodelsim進(jìn)行系統(tǒng)仿真進(jìn)行系統(tǒng)仿真 以LED 實(shí)驗(yàn)

21、為例在quartus中建立工程,在sopc builder中建立系統(tǒng),如下:39點(diǎn)擊generate前設(shè)置modelsim路徑,然后generate選擇“File | SOPC Builder Setup”選擇ModelSim 安裝目錄下的“Win32”文件40單擊“Run Nios II IDE”按鈕運(yùn)行NiosII IDE新建工程,源代碼如下#include system.h#include altera_avalon_pio_regs.h#include alt_types.hint main (void) _attribute_ (weak, alias (alt_main);int al