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標(biāo)題: modelsim仿真平臺(tái)的搭建教程-非常詳細(xì) [打印本頁(yè)]

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作者: piaolin    時(shí)間: 2015-11-1 16:15
標(biāo)題: modelsim仿真平臺(tái)的搭建教程-非常詳細(xì)
--------------《modelsim仿真平臺(tái)的搭建——理論篇》--------------------------

一、簡(jiǎn)介

通常情況下，每當(dāng)用硬件描述語(yǔ)言（HDL）設(shè)計(jì)完邏輯電路之后，我們接著要做的一件非常重要的事情就是對(duì)邏輯電路的功能進(jìn)行仿真。那用什么軟件對(duì)其進(jìn)行仿真呢？筆者用得比較多的是Mentor公司的modelsim，他是業(yè)界最優(yōu)秀的HDL仿真軟件。而大多數(shù)人習(xí)慣基于它的圖形界面操作來(lái)對(duì)邏輯電路進(jìn)行仿真。這些操作看似簡(jiǎn)單方便，殊不知圖形界面仿真會(huì)消耗很多時(shí)間，尤其仿真大量數(shù)據(jù)時(shí)該現(xiàn)象會(huì)特別明顯。這時(shí)我就在想，有沒(méi)有什么辦法既可以達(dá)到仿真的目的又可以減少仿真的時(shí)間呢？想了想，辦法還是有的，就是搭建一個(gè)統(tǒng)一的驗(yàn)證平臺(tái)，即需要觀察仿真波形時(shí)，用圖形界面方式；當(dāng)仿真大量數(shù)據(jù)時(shí)，用命令形式。

二、驗(yàn)證平臺(tái)的架構(gòu)

該平臺(tái)是基于批處理、腳本、一鍵化的可運(yùn)行于圖形界面或命令形式的仿真機(jī)制的。圖1所示為驗(yàn)證平臺(tái)的文件組織架構(gòu)，下面將分別對(duì)各文件夾的作用進(jìn)行介紹。

圖1 驗(yàn)證平臺(tái)文件組織結(jié)構(gòu)

1、 test

驗(yàn)證平臺(tái)的頂層文件夾。

2、 rtl

存放rtl的文件夾。

3、 verify

存放與驗(yàn)證相關(guān)的文件夾。

4、 run

存放與啟動(dòng)modelsim仿真相關(guān)的批處理文件。

5、 script

存放與modelsim仿真相關(guān)的腳本文件。

6、 testbench

存放測(cè)試文件。

7、 log

存放modelsim仿真過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾文件。

三、驗(yàn)證平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)制

驗(yàn)證平臺(tái)的運(yùn)行機(jī)制如圖2所示，通過(guò)批處理和腳本文件之間的調(diào)用、傳遞參數(shù)來(lái)啟動(dòng)仿真的。其中do文件的執(zhí)行順序如圖3所示。

圖2 驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行機(jī)制

圖3 do文件執(zhí)行順序

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-------------《modelsim仿真平臺(tái)的搭建——額外篇》-----------------------

為了下一篇博文《驗(yàn)證平臺(tái)的搭建——實(shí)現(xiàn)篇》更好地描述，這里需要增加額外的一篇博文來(lái)介紹altera器件庫(kù)的編譯，并以quartusII13.0器件庫(kù)編譯為例。

1、在modelsim安裝目錄下新建文件夾altera_lib_1（altera_lib文件夾之前在我的電腦上已經(jīng)建立過(guò)，并存放著器件庫(kù)）用于器件庫(kù)編譯的地方（用戶(hù)可在任意路徑下新建該庫(kù)文件），如圖1所示。

圖1 新建庫(kù)文件夾

2、選擇電腦“開(kāi)始”菜單，找到quartusII13.0的器件庫(kù)編譯工具并左鍵單擊，如圖2所示。

圖2 器件庫(kù)編譯工具

3、在彈出的對(duì)話(huà)框中設(shè)置庫(kù)編譯參數(shù)的設(shè)置，包括仿真軟件modelsim、需要編譯的器件、庫(kù)語(yǔ)言以及庫(kù)文件夾的選擇，如圖3所示。設(shè)置好參數(shù)后點(diǎn)擊Start Complation開(kāi)始器件庫(kù)的編譯，如圖4所示。

圖3 庫(kù)編譯參數(shù)設(shè)置

圖4 正在編譯器件庫(kù)

4、當(dāng)庫(kù)編譯完成后，將彈出如圖5所示的對(duì)話(huà)框。點(diǎn)擊OK、Close完成器件庫(kù)的編譯。

圖5 器件庫(kù)編譯完成

6、器件庫(kù)編譯后，在庫(kù)文件夾altera_lib_1中產(chǎn)生相應(yīng)的器件庫(kù)，如圖6和圖7所示。也可以打開(kāi)modelsim.ini文件看里面生成的內(nèi)容，如圖8所示，很明顯與生成的器件庫(kù)一一對(duì)應(yīng)。

圖6 編譯產(chǎn)生的器件庫(kù)1

圖7 編譯產(chǎn)生的器件庫(kù)2

圖8 打開(kāi)modelsim.ini文件

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----------------《modelsim仿真平臺(tái)的搭建——實(shí)現(xiàn)篇》---------------------------------------------------

一、簡(jiǎn)介

在前面的博文中已經(jīng)介紹了“驗(yàn)證平臺(tái)”搭建的原因、理論基礎(chǔ)以及結(jié)構(gòu)框架，那么今天就以最簡(jiǎn)單功能（即modelsim既可運(yùn)行于圖形界面模式下也可運(yùn)行于命令模式下，更多功能只能靠自己去擴(kuò)展了）來(lái)介紹一下該驗(yàn)證平臺(tái)是如何搭建的！

二、批處理文件內(nèi)容介紹

根據(jù)理論篇的驗(yàn)證平臺(tái)架構(gòu)可知，驗(yàn)證平臺(tái)的啟動(dòng)以及參數(shù)的傳遞是從run目錄下的批處理文件開(kāi)始的。那就先從這里開(kāi)始吧。在run目錄下新建如圖1所示的批處理文件。

圖1 新建各批處理文件

各批處理文件的作用正如命名那樣，其中sim.bat主要設(shè)置各種變量、參數(shù)的判斷及執(zhí)行相應(yīng)的功能等，sim_start.bat起到啟動(dòng)驗(yàn)證平臺(tái)并傳遞參數(shù)的功能。下面對(duì)各批處理文件內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。

1、sim.bat

打開(kāi)sim.bat文件，開(kāi)始內(nèi)容的編寫(xiě)。首先是關(guān)閉顯示信息和清屏，如程序清單1所示。

程序清單1

@echo off

cls

設(shè)置各文件夾路徑變量，如程序清單2所示。

程序清單2

set verify_path=....erify

set run_path=..
un

set script_path=..script

set rtl_path=....
tl

set tb_path=..	estbench

set log_path=..log

if not exist %log_path% (md %log_path%)

設(shè)置變量的默認(rèn)值，包括器件庫(kù)的確定、modelsim界面啟動(dòng)與否、使用幫助、清除日志等，如程序清單3所示。

程序清單3

set LIBRARY=nolib

set GUI=0

set usage=0

set clr=0

進(jìn)入log目錄，讓垃圾文件都產(chǎn)生在log目錄下，如程序清單4所示。

程序清單4

cd %log_path%

判斷是否有參數(shù)傳遞過(guò)來(lái)（包括是否需要編譯器件庫(kù)、是否基于圖形界面仿真、是否啟動(dòng)幫助顯示信息以及是否清楚垃圾文件）并做相應(yīng)的處理，如程序清單5所示。

程序清單5

:decode_parameter

if not "%1" == "" (

    if "%1" == "-lib" (set LIBRARY=%2)

    if "%1" == "-gui" (set GUI=1)

    if "%1" == "help" (set usage=1)

    if "%1" == "clean" (set clr=1)

    SHIFT /1

    goto decode_parameter

)

設(shè)置仿真庫(kù)，以上一篇博文《驗(yàn)證平臺(tái)的搭建——額外篇》為基礎(chǔ)，該平臺(tái)目前以只支持altera器件庫(kù)為例，如程序清單6所示。

程序清單6

if "%LIBRARY%" == "altera" (

    xcopy /Y C:modeltech64_10.2caltera_lib_1modelsim.ini .

    set MODELSIM=.modelsim.ini

    echo "use altera lib"

)

啟動(dòng)modelsim軟件并根據(jù)參數(shù)決定驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行于圖形界面下或命令行下，如程序清單7所示。

程序清單7

if "%usage%" == "0" (

    if "%clr%" == "0" (

        if "%GUI%" == "1" (

            vsim -do ../script/full_sim.do

        ) else (

            vsim -c -do ../script/full_sim.do

        )

    )

)

顯示幫助信息，如程序清單8所示。

程序清單8

if "%usage%" == "1" (

    echo 腳本使用方法

    echo "call sim "

    echo options:

    echo "-lib 指定仿真庫(kù)，默認(rèn)值為nolib，目前僅支持altera器件庫(kù)"

    echo "-gui 加上該參數(shù)表示modelsim運(yùn)行在界面下，否則運(yùn)行在命令下"

    echo "help 顯示幫助信息"

    echo "clean 清除log目錄下所有文件"

)

返回run目錄，如程序清單9所示。

程序清單9

cd %run_path%

清除垃圾文件，如程序清單10所示。

程序清單10

if "%clr%" == "1" (

    rd %log_path% /s /q

    md %log_path%

)

2、顯示幫助信息.bat

調(diào)用sim.bat并傳遞help參數(shù)，如程序清單11所示。

程序清單11

call sim help

pause

3、清除log目錄下的文件.bat

調(diào)用sim.bat并傳遞clean參數(shù)，如程序清單12所示。

程序清單12

call sim clean

4、sim_start.bat

該批處理文件的使用，將在下一篇博文《驗(yàn)證平臺(tái)的搭建——應(yīng)用篇》進(jìn)行詳細(xì)介紹。

三、do腳本文件內(nèi)容介紹

在script目錄下新建如圖2所示的do腳本文件。下面將對(duì)各腳本的內(nèi)容進(jìn)行介紹。

圖2 新建各do腳本文件

1、full_sim.do

該腳本文件的作用是獲取批處理文件傳遞過(guò)來(lái)的變量、獲取文件列表、編譯、仿真、添加波形、運(yùn)行等，如程序清單13所示。

程序清單13

transcript off

onbreak {resume}

set lib         $::env(LIBRARY)

set gui         $::env(GUI)

set notb        $::env(notb)

se et verify_path $::env(verify_path)

set run_path    $::env(run_path)

set script_path $::env(script_path)

set rtl_path    $::env(rtl_path)

set tb_path     $::env(tb_path)

set log_path    $::env(log_path)

set verify_path     [string map {"\" "/"} $verify_path]

set run_path        [string map {"\" "/"} $run_path]

set script_path     [string map {"\" "/"} $script_path]

set rtl_path        [string map {"\" "/"} $rtl_path]

set tb_path         [string map {"\" "/"} $tb_path]

set log_path        [string map {"\" "/"} $log_path]

do $script_path/filelist.do

do $script_path/vlog.do

do $script_path/vsim.do

do $script_path/wave.do

run -all

quit

2、filelist.do

該腳本文件的作用是獲取文件列表，如程序清單14所示。

程序清單14

proc search_ver_rtl {dir_name file_ver_id} {

    set dirlist [glob -directory $dir_name -nocomplain -type d *]

    foreach fname [glob -directory $dir_name -nocomplain -types f "*.v" "*.sv"] {

        puts $file_ver_id $fname

    }

    foreach dir $dirlist {

        search_ver_rtl $dir $file_ver_id

    }

}

set file_list_ver [file join $log_path "filelist_ver.f"]

if {[file exist $file_list_ver]} {

    file delete $file_list_ver

}

set file_ver_id [open $file_list_ver w]

search_ver_rtl $rtl_path $file_ver_id

search_ver_rtl $tb_path $file_ver_id

close $file_ver_id

3、vlog.do

該腳本文件的作用是編譯庫(kù)和列表文件，如程序清單15所示。

程序清單15

if {[file exists $log_path/rtl_work]} {

    vdel -lib $log_path/rtl_work -all

}

vlib $log_path/rtl_work

vmap work $log_path/rtl_work

vlog -sv -incr +initreg=r+0 +notimingchecks -quiet -timescale 1ns/1ps -cover bcestf -work work -f $file_list_ver

4、vsim.do

該腳本文件的作用是啟動(dòng)仿真并判斷是否需要用到器件庫(kù)，如程序清單16所示。

程序清單16

if {$lib == "altera"} {

    vsim -suppress 3009 -t 1ps -quiet -L altera_ver -L lpm_ver -L sgate_ver -L altera_mf_ver -L altera_lnsim_ver -L cyclone_ver -L cycloneii_ver -L cycloneiii_ver -L cycloneiiils_ver -L cycloneive_ver -L cycloneiv_hssi_ver -L cycloneiv_pcie_hip_ver -L cycloneiv_ver -L work -voptargs="+acc" -wlf $log_path/vsim.wlf work.testbench 

} else {

    vsim -suppress 3009 -t 1ps -quiet -L work -voptargs="+acc" -wlf $log_path/vsim.wlf work.testbench 

}

5、wave.do

該腳本文件的作用是在圖形模式下調(diào)用波形窗口和添加波形信號(hào)等，如程序清單17所示。

程序清單17

view wave

add wave *

#log -r /*

四、總結(jié)

上面簡(jiǎn)單介紹了驗(yàn)證平臺(tái)中批處理和do腳本文件的內(nèi)容，里面具體什么意思不重要，關(guān)鍵是如何把它給運(yùn)用起來(lái)，否則一切都是浮云。請(qǐng)留意下一篇博文《驗(yàn)證平臺(tái)的搭建——應(yīng)用篇》。

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---------------------《modelsim仿真平臺(tái)的搭建——應(yīng)用篇》------------------------------------------------

基于上一篇博文《驗(yàn)證平臺(tái)的搭建——實(shí)現(xiàn)篇》的基礎(chǔ)上，講講該驗(yàn)證平臺(tái)的使用方法。

一、基本參數(shù)設(shè)置

針對(duì)不同的計(jì)算機(jī)以及軟件的安裝路徑，需要對(duì)驗(yàn)證平臺(tái)的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。首先是器件庫(kù)的路徑設(shè)置，打開(kāi)批處理文件sim.bat，根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)置，如圖1所示。

圖1 庫(kù)路徑的設(shè)置

其次是設(shè)置需要用到哪些器件庫(kù)，打開(kāi)do腳本文件vsim.do，可根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)置（這里用到的器件庫(kù)有altera_ver、lpm_ver、sgate_ver、altera_mf_ver、altera_lnsim_ver等），如程序清單1所示。

程序清單1

if {$lib == "altera"} {

    vsim -suppress 3009 -t 1ps -quiet -L altera_ver -L lpm_ver -L sgate_ver -L altera_mf_ver -L altera_lnsim_ver -L 

    cyclone_ver -L cycloneii_ver -L cycloneiii_ver -L cycloneiiils_ver -L cycloneive_ver -L cycloneiv_hssi_ver -L 

    cycloneiv_pcie_hip_ver -L cycloneiv_ver -L  work -voptargs="+acc" -wlf $log_path/vsim.wlf work.testbench 

} else {

    vsim -suppress 3009 -t 1ps -quiet -L work -voptargs="+acc" -wlf $log_path/vsim.wlf work.testbench 

}

一般情況下，以上參數(shù)只需設(shè)置一次。

二、驗(yàn)證平臺(tái)啟動(dòng)參數(shù)設(shè)置

關(guān)于驗(yàn)證平臺(tái)的啟動(dòng)參數(shù)說(shuō)明可雙擊批處理文件“顯示幫助信息.bat”進(jìn)行查看，如圖2所示。

圖2 顯示幫助信息

而參數(shù)的設(shè)置是在批處理文件“sim_start.bat”中進(jìn)行的。驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行于命令下且不需要器件庫(kù)，如程序清單2所示；驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行于命令下且需要器件庫(kù)，如程序清單3所示；驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行于圖形界面下且不需要器件庫(kù)，如程序清單4所示；驗(yàn)證平臺(tái)運(yùn)行于圖形界面下且需要器件庫(kù)，如程序清單5所示。

程序清單2

call sim

程序清單3

call sim -lib altera

程序清單4

call sim -gui

程序清單5

call sim -lib altera -gui

接下來(lái)，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子并通過(guò)驗(yàn)證它的功能來(lái)介紹驗(yàn)證平臺(tái)的使用。此次要驗(yàn)證的是altera的PLL核，輸入時(shí)鐘為50MHz，輸出時(shí)鐘為100MHz和50MHz，IP核參數(shù)設(shè)置如程序清單6所示。

程序清單6

altpll_component.bandwidth_type = "AUTO",

altpll_component.clk0_divide_by = 1,

altpll_component.clk0_duty_cycle = 50,

altpll_component.clk0_multiply_by = 2,

altpll_component.clk0_phase_shift = "0",

altpll_component.clk1_divide_by = 1,

altpll_component.clk1_duty_cycle = 50,

altpll_component.clk1_multiply_by = 1,

altpll_component.clk1_phase_shift = "0",

altpll_component.compensate_clock = "CLK0",

altpll_component.inclk0_input_frequency = 20000,

altpll_component.intended_device_family = "Cyclone IV E",

相應(yīng)的測(cè)試代碼如程序清單7所示。

程序清單7

`timescale 1ns/1ps

module testbench;

reg             rst;

reg             clk_in_50M;

wire            clk_out_100M;

wire            clk_out_50M;

wire            locked;



parameter CLK_CYCLE = 20;

initial

begin

    clk_in_50M = 0;

    forever #(CLK_CYCLE/2)

        clk_in_50M = ~clk_in_50M;

end



sys_pll u_sys_pll (

    .areset (   rst         ),

    .inclk0 (   clk_in_50M  ),

    .c0     (   clk_out_100M),

    .c1     (   clk_out_50M ),

    .locked (   locked      )

);



initial

begin

    rst = 1;

    #(CLK_CYCLE*10);

    rst = 0;

    #(CLK_CYCLE*1000);

    $stop;

end



endmodule

由于需要查看輸入輸出時(shí)鐘的波形關(guān)系，因此PLL功能的驗(yàn)證主要基于圖形界面。又因?yàn)閷?duì)PLL的仿真需要器件庫(kù)，故驗(yàn)證平臺(tái)的仿真參數(shù)設(shè)置如程序清單8所示。

程序清單8

call sim -lib altera -gui

雙擊sim_start.bat批處理文件，啟動(dòng)仿真，仿真結(jié)果如圖3所示。輸入50MHz的時(shí)鐘、輸出100MHz和50MHz的時(shí)鐘，很顯然，PLL的功能是正確的。

圖3 PLL仿真結(jié)果

如果不指定器件庫(kù)的話(huà)，將出現(xiàn)錯(cuò)誤，如圖4所示。

圖4 編譯錯(cuò)誤

好像講完了，其他的就自己去創(chuàng)造吧。哈哈*^_^*

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作者: JasonCry    時(shí)間: 2017-9-12 10:10
非常棒哦，學(xué)習(xí)了。先按博主的方法試試。

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