FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真驗(yàn)證之： ModelSim仿真工具簡(jiǎn)介

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7.2??ModelSim仿真工具簡(jiǎn)介

ModelSim是Model?Technology（Mentor?Graphics的子公司）的DHL硬件描述語(yǔ)言的仿真軟件，該軟件可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的VHDL、Verilog或者是兩種語(yǔ)言混合的程序進(jìn)行仿真，同時(shí)也支持IEEE常見(jiàn)的各種硬件描述語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)論從友好的使用界面和調(diào)試環(huán)境來(lái)看，還是從仿真速度和仿真效果來(lái)看，ModelSim都可以算得上是業(yè)界最優(yōu)秀的HDL語(yǔ)言仿真軟件。它是惟一的單內(nèi)核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器，是做FPGA/ASIC設(shè)計(jì)的RTL級(jí)和門(mén)級(jí)電路仿真的首選；它采用直接優(yōu)化的編譯技術(shù)，Tcl/Tk技術(shù)和單一內(nèi)核仿真技術(shù)，具有仿真速度快，編譯代碼與仿真平臺(tái)無(wú)關(guān)，便于IP核保護(hù)和加快程序錯(cuò)誤定位等優(yōu)點(diǎn)。

Modelsim最大的特點(diǎn)是其強(qiáng)大的調(diào)試功能。

·??先進(jìn)的數(shù)據(jù)流窗口，可以迅速追蹤到產(chǎn)生錯(cuò)誤或者不定狀態(tài)的原因。

·??性能分析工具幫助分析性能瓶頸，加速仿真。

·??代碼覆蓋率檢測(cè)確保測(cè)試的完備。

·??多種模式的波形比較功能。

·??先進(jìn)的Signal?Spy功能，可以方便地訪問(wèn)VHDL、Verilog或者兩者混合設(shè)計(jì)中的底層信號(hào)。

·??支持加密IP。

·??可以實(shí)現(xiàn)與MATLAB的Simulink的聯(lián)合仿真。

目前常見(jiàn)的Modelsim分為幾個(gè)不同的版本：ModelSim?SE、ModelSim?PE、ModelSim?LE和ModelSim?OEM。

如圖7.3所示，Modelsim的用戶(hù)界面和一般的Windows窗口相似，由上到下依次為：標(biāo)題欄、菜單欄，工具欄，工作區(qū)和狀態(tài)欄。

圖7.3??Modelsim界面

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7.2.1??標(biāo)題欄

標(biāo)題欄位于整個(gè)用戶(hù)界面的最上方，標(biāo)題欄的左邊顯示當(dāng)前程序的名稱(chēng)，右邊用來(lái)控制用戶(hù)界面的大小，包括最小化、最大化和關(guān)閉3種功能按鈕。

7.2.2??菜單欄

菜單欄里面一共有8個(gè)菜單選項(xiàng)，分別是：File（文件）、Edit（編輯）、View（視圖）、Compile（編譯）、Simulate（仿真）、Tools（工具）、Window（窗口）、Help（幫助）。下面分別具體介紹。

1．“File”菜單

文件菜單通常包含了對(duì)工程及文件等的操作。ModelSim的文件菜單包含的命令有：New（新建）、Open（打開(kāi)）、Close（關(guān)閉）、Import（導(dǎo)入）、Save（保存）、Delete（刪除）、Change?Directory（更改路徑）、Transcript（對(duì)腳本進(jìn)行管理）、Add?to?Project（為工程添加文件）、Recent?Directories（最近幾次的工作路徑）、Recent?Projects（最近幾次工程）、Quit（退出）。

（1）新建文件命令（File/?New）。

單擊File/?New命令，將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)子菜單，共包含4個(gè)選項(xiàng)。

·??單擊“Folder”（新建文件夾）后，會(huì)出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，提示輸入新建的文件夾的名字，即可在當(dāng)前目錄下新建一個(gè)文件夾。

·??單擊“Source”（新建源文件）后，會(huì)出現(xiàn)源文件類(lèi)型的選項(xiàng)（VHDL、Verilog、Other），單擊可分別新建對(duì)應(yīng)格式的源文件。

·??單擊“Project”（新建工程）后，會(huì)出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，提示在“Project?Name”處輸入新建工程的名稱(chēng)，在“Project?Location”處指定新建工程的存放路徑。在“Default?Library?Name”處指明默認(rèn)的設(shè)計(jì)庫(kù)的名稱(chēng)，用戶(hù)設(shè)計(jì)的文件將編譯到該庫(kù)中。

·??單擊“Library”（新建一個(gè)庫(kù)）后，會(huì)出現(xiàn)對(duì)話(huà)框，提示選擇“Create?a?New?library?and?a?logical?mapping?to?it”（新建一個(gè)庫(kù)并建立一個(gè)邏輯映像）或“A?map?to?an?existing?library”（新建一個(gè)到已存在庫(kù)的映像）。在“Library?name”處輸入新建庫(kù)的名稱(chēng)，在“Library?physical?name”處輸入存放庫(kù)的文件名稱(chēng)。?

（2）Open（打開(kāi)文件）。

單擊會(huì)出現(xiàn)子菜單選擇打開(kāi)File（文件）、Project（工程）及Dataset（WLF文件）。?

（3）Close（關(guān)閉）。

單擊會(huì)出現(xiàn)子菜單選擇關(guān)閉Project（工程）或Dataset（仿真數(shù)據(jù)文件）。

（4）Import（導(dǎo)入）。

導(dǎo)入新的庫(kù)。在進(jìn)行某些仿真時(shí)需要的一些仿真庫(kù)可以通過(guò)該方法導(dǎo)入，根據(jù)提示指定仿真庫(kù)的路徑及目標(biāo)庫(kù)路徑，一步一步操作完成。注意ModelSim安裝目錄下的modelsim.ini文件不能為只讀，該文件保存了ModelSim的一些設(shè)置信息

（5）Save（保存）。

保存當(dāng)前仿真數(shù)據(jù)。

（6）Delete（刪除）。

刪除指定的工程，即刪除.mpf文件，.mpf是ModelSim工程的后綴名。

（7）Change?Directory（改變路徑）。

改變當(dāng)前工作路徑，ModelSim使用的是絕對(duì)路徑，而不是相對(duì)路徑。這與ISE不同。在ISE中，用戶(hù)可以將設(shè)計(jì)的整個(gè)目錄復(fù)制到其他任何地方，只要目錄完整，可以直接打開(kāi)工程文件。而在ModelSim中，若將整個(gè)目錄復(fù)制到其他地方，打開(kāi)工程時(shí)其指向仍為原來(lái)工程的地址，可以通過(guò)更改路徑來(lái)設(shè)置新的路徑。

（8）Transcript（腳本）。

單擊會(huì)出現(xiàn)子菜單，可選擇操作Save?Transcript（保存主窗口中腳本）、Save?Transcript?As（把主窗口中腳本另存為一個(gè)新文件）或Clear?Transcript（清除主窗口中的腳本）。

（9）Add?to?Project（添加到工程）。

單擊會(huì)出現(xiàn)子菜單，可選擇操作File（添加文件到當(dāng)前工程）、Simulation?Configuration（添加設(shè)定的仿真配置）或Folder（添加文件夾）。

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（10）Recent?Directories（最近幾次工作路徑）。

可以從中選取最近幾次的工作路徑。

（11）Recent?Projects（最近幾次工程）。

可以打開(kāi)最近幾次的工程。

（12）Quit（退出）。

退出Modelsim。

2．“Edit”菜單

類(lèi)似于Windows應(yīng)用程序，在編輯菜單中包含了對(duì)文本的一些常用的操作。

（1）Copy（復(fù)制）。

復(fù)制選中的文檔

（2）Paste（粘貼）。

把剪切或復(fù)制的文檔粘貼到當(dāng)前插入點(diǎn)之前。

（3）Select?All（全選）。

選中主窗口中所有的抄本文檔。

（4）Unselect?All（取消全選）。

取消已選文本的選中狀態(tài)。

（5）Find（查找）。

在命令窗口中查找字符或字符串。

3．“View”菜單

類(lèi)似于其他Windows應(yīng)用程序，視圖菜單可以控制在屏幕上顯示哪些窗口。

（1）All?Windows（所有窗口）。

打開(kāi)所有的ModelSim窗口，試一下該命令會(huì)發(fā)現(xiàn)ModelSim打開(kāi)了許多窗口，包括波形窗口、信號(hào)列表窗口、源文件窗口等。

（2）Dataflow（數(shù)據(jù)流）。

打開(kāi)Dataflow窗口，在該窗口中顯示數(shù)據(jù)的流向。

（3）List（列表）。

打開(kāi)列表窗口。

（4）Process（進(jìn)程）。

打開(kāi)過(guò)程窗口，該窗口顯示了設(shè)計(jì)中的進(jìn)程所在的位置。

（5）Signals（信號(hào)）。

打開(kāi)信號(hào)窗口。該窗口顯示了設(shè)計(jì)中所有信號(hào)的列表。

（6）Source（源文件）。

打開(kāi)源文件窗口，可以在源文件窗口中顯示設(shè)計(jì)中使用的源文件。

（7）Structure（結(jié)構(gòu)）。

打開(kāi)結(jié)構(gòu)窗口，該窗口以列表方式顯示了設(shè)計(jì)中所有到的結(jié)構(gòu)，雙擊某一結(jié)構(gòu)，可以查找定義該結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句。

（8）Variables（變量）。

打開(kāi)變量窗口，該窗口以列表方式顯示了設(shè)計(jì)中定義的所有變量。

（9）Wave（波形）。

打開(kāi)波形窗口，這是我們仿真時(shí)經(jīng)常需要查看的窗口，在其中顯示了輸入和輸出的波形。

（10）Dataset。

打開(kāi)Dataset瀏覽器來(lái)打開(kāi)、關(guān)閉、重命名或激活一個(gè)Dataset。用戶(hù)在使用的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有什么變化，這時(shí)候可以看看Workspace窗口下是不是多了一個(gè)選項(xiàng)卡。該選項(xiàng)卡顯示的內(nèi)容與Structure窗口顯示的完全相同。

（11）Coverage（覆蓋率）。

查看仿真的代碼覆蓋率。

（12）Active?Processes（活動(dòng)的進(jìn)程）。

當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程。

（13）Workspace（工作區(qū)）。

打開(kāi)當(dāng)前的工作區(qū)。

（14）Encoding（編碼）。

以不同的編碼查看。

（15）Properties。

顯示工作區(qū)中選中對(duì)象的屬性。

4．“Compile”菜單

（1）Compile（編譯）。

把HDL源文件編譯到當(dāng)前工程的工作庫(kù)中。

（2）Compile?Options（編譯選項(xiàng)）。

設(shè)置VHDL和Verilog編譯選項(xiàng)，例如可以選擇編譯時(shí)采用的語(yǔ)法標(biāo)準(zhǔn)等。

（3）Compile?All（全編譯）

編譯當(dāng)前工程中的所有文件。

（4）Compile?Select（編譯選中的文件）

編譯當(dāng)前工程中的選中文件。

（5）Compile?Order（編譯順序）

設(shè)置編譯順序，一般系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)VHDL自動(dòng)生成編譯順序，但對(duì)于Verilog需要指定編譯順序。

（6）Compile?Report（編譯報(bào)告）

有關(guān)工程中已選文件的編譯報(bào)告。

（7）Compile?Summary（編譯摘要）

有關(guān)工程中所有文件的編譯報(bào)告。

5．“Simulate”菜單

這里的編譯及運(yùn)行命令類(lèi)似于Visual?Ctf等高級(jí)語(yǔ)言的調(diào)試時(shí)候的命令。

（1）Simulate（仿真）。

裝載設(shè)計(jì)單元。

（2）Simulation?Options（仿真選項(xiàng)）。

設(shè)置仿真選項(xiàng)。

（3）Run（運(yùn)行）。

·??Run?***ns：在該仿真時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行仿真。若要改變長(zhǎng)度，可在Simulation?Options中設(shè)置或在工具欄中修改。

·??Run-All（運(yùn)行所有仿真）：進(jìn)行仿真，直到用戶(hù)停止它。

·??Continue（繼續(xù)）：繼續(xù)仿真。

·??Run-Next（運(yùn)行到下一事件）：運(yùn)行到下一個(gè)事件發(fā)生為止。

·??Step（單步）：?jiǎn)尾椒抡妗?/p>

·??Step-Over：仿真至子程序結(jié)束。

·??Restart：重新開(kāi)始仿真，重新加載設(shè)計(jì)模塊，并初始化仿真時(shí)間為零。

（4）Break（停止）。

停止當(dāng)前的仿真。

（5）End?Simulation（結(jié)束仿真）。

結(jié)束當(dāng)前仿真。

6．“Tools”菜單

（1）Waveform?Compare（波形比較）。

在子菜單中有具體進(jìn)行波形比較的命令。

（2）Coverage（覆蓋率）。

測(cè)試仿真的代碼覆蓋率，所謂代碼覆蓋率是指仿真運(yùn)行到當(dāng)前已運(yùn)行的代碼占所有代碼的比例，當(dāng)然是越接近100%越好。

（3）Breakpoints（斷點(diǎn)設(shè)置）。

單擊此選項(xiàng)出現(xiàn)斷點(diǎn)設(shè)置對(duì)話(huà)框，設(shè)置斷點(diǎn)。

（4）Execute?Macro（執(zhí)行宏文件）。

所謂的宏文件就是保存后的腳本，腳本保存起來(lái)，以后可以利用該命令來(lái)重新執(zhí)行。

（5）Options（選項(xiàng)）。

·??Transcript?File：設(shè)置腳本文件的保存。

·??Command?History：命令歷史。

·??Save?File：保存腳本文件。

·??Saved?Lines：限制腳本文件的行數(shù)。

·??Line?Prefix：設(shè)置每一行的初始前綴。

·??Update?Rate：設(shè)置狀態(tài)條的刷新頻率。

·??ModelSim?Prompt：改變ModelSim的命令提示符。

·??VSIM?Prompt：?改變VSIM的命令提示符。

·??Paused?Prompt：?改變Paused的命令提示符。

·??HTML?Viewer：設(shè)置打開(kāi)在線幫助的文件。

（6）Edit?Preferences（編輯參數(shù)選?。?。

設(shè)置編輯參數(shù)。

（7）Save?Preferences（保存參數(shù)選?。?。

設(shè)置保存用的參數(shù)。

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7．“Window”菜單

（1）Initial?Layout（初始化版面）。

恢復(fù)所有窗口到初始時(shí)的大小和位置。

（2）Cascade（層疊）。

使所有打開(kāi)的窗口層疊。

（3）Tile?Horizontally（水平平鋪）。

水平分隔屏幕，顯示所有打開(kāi)的窗口。

（4）Tile?Vertically（垂直平鋪）。

垂直分隔屏幕，顯示所有打開(kāi)的窗口。

（5）Layout?Style（版面格式）。

·??Default（默認(rèn)格式）：與Initial?Layout格式相同。

·??Classic（經(jīng)典格式）：采樣低于5.5版本的格式。

·??Cascade：與Cascade格式相同。

·??Horizontally：與Tile?Horizontally格式相同。

·??Vertically：與Tile?Vertically格式相同。

（6）Icon?Children。

除了主窗口之外的其他窗口縮為圖標(biāo)。

（7）Icon?All。

將所有窗口縮為圖標(biāo)。

（8）Deacon?All。

將所有縮為圖標(biāo)的窗口還原。

8．“Help”窗口

（1）About?ModelSim。

顯示ModelSim的版本、版權(quán)等信息。

（2）Release?Notes。

顯示ModelSim的版本發(fā)布信息。

（3）Welcome?Menu。

顯示歡迎畫(huà)面。

（4）PDF?Documentation。

在子菜單中可以選擇ModelSim的PDF文檔。

SE?HTML?Documentation：ModelSim的超文本文檔。

（5）Tcl?Help：Tcl幫助文檔。

Tcl是Tools?Command?Language的縮寫(xiě)，它是一種可擴(kuò)充的命令解釋語(yǔ)言，具有與C語(yǔ)言的接口和命令的能力，應(yīng)用非常廣泛，這方面也有專(zhuān)門(mén)的書(shū)籍。

（6）Tcl?Man?Pages：Tcl主頁(yè)面。

（7）Technotes：技術(shù)文檔。

7.2.3??工具欄

ModelSim的工具欄如圖7.4所示。從左到右依次為：打開(kāi)、復(fù)制、粘貼、編譯選定、編譯全部、仿真、停止仿真、重新開(kāi)始仿真、仿真步長(zhǎng)、運(yùn)行一步、繼續(xù)運(yùn)行、運(yùn)行所有、單步執(zhí)行、主程序的單步執(zhí)行。

圖7.4

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7.2.4??工作區(qū)

由圖7.3可以看到，在用戶(hù)使用界面里面工作區(qū)占有的面積最大，工作區(qū)初始可以分為左右兩部分：左邊是文件或者工程列表，右邊是相應(yīng)的文件的顯示區(qū)。

7.2.5??狀態(tài)欄

ModelSim的狀態(tài)條如圖7.5所示，其中左面為當(dāng)前工程的名稱(chēng)，右面為與當(dāng)前仿真相關(guān)的一些系數(shù)，如仿真時(shí)間和仿真變量等。

圖7.5??狀態(tài)欄