Modelsim软件的使用方法

3、时序仿真 • 时序仿真也称为布局布线后仿真或者后仿真，是指电路已经映射到特
定的工艺环境后，综合考虑电路的路径延时与门延时的影响，验证电 路的行为是否能够在一定时序条件下满足设计构想的功能。 布线抽象出的门级网表、Testbench以及扩展名为SDO的标准延时文 件。 FPGA的实际运行情况是否一致，确保设计的可靠性和稳定性。
仿真系 统软件、 硬件运 行
比较判断 输出、存 储结果
10.1 仿真简介（续1）
• 仿真与验证主要包括3个方面的内容：
第一是仿真系统的组织原则，主要是如何有效的测试目标 系统的理论和方法； 第二是测试模板与测试向量的设计； 最后是仿真工具的使用。
• 一般来说，仿真分为三种类型，即功能仿真、综合后功能仿真
和时序仿真，分别对应于设计输入后、综合完成后、布局布线 完成后等步骤，这些步骤也是仿真的切入点。
10.1 仿真简介（续2）
1、功能仿真 • 功能仿真也称为前仿真，主旨在于验证电路功能是否符合设计要求，
其特点是不考虑电路门延时与路径延时，考察重点为电路在理想环境 下的行为和设计构想是否一致。 • 可综合FPGA仿真代码是用RTL级代码语言描述的，功能仿真的输入是 设计的RTL代码，也就是HDL源文件与Testbench.。
10.2.2 Modelsim仿真步骤(续1)
1、建立库
仿真库是指存储已经编译计单元（design units）的目录。 Modelsim中仿真库可以分为工作库（Working）和资源库（Resource） 两大类。
建立仿真库的常用方 法有两种：一是在界面模 式下，执行主菜单命令 File/New/Library，打开 Create a New Library对 话框，选择第一项生成一 个新库并映射它，如右图 图所示。二是在命令行模 式下也可以在主窗口执行 vlib命令建立新库，语法 格式如下： Vlib<library_name>
生成后的 IP核如下图所示
10.2.3 Modelsim功能仿真（续2）
3、回到QuartusII主窗口，点击Project选项卡，选择 add/Remove Files in Project；点击添加刚生成的 counter.vhd文件到工程中，添加后如下图所示。至此， HDL源文件创建完毕。
10.2.3 Modelsim功能仿真（续3）
4、编写测试文件Testbench。 先建立一个新的工作库如work。Testbench文件可以 在Modelsim中新建的VHDL（或verilog）文档编辑页面中 进行编辑，同样也可以在QuartusII中新建一个VHDL（或 Verilog）空白模板来编写。 除了直接编写测试文件，Modelsim还提供了很多 Testbench模板，可以直接调用以减少工作量，但前提是 设计的顶层HDL源文件已经编译到工作库当中 。
10.2.2 Modelsim仿真步骤(续2)
2、映射库到物理目录；
映射是将已经编译好的设计单元映射为一个库，库路径内的文件应该是 已经编译好的。 常用操作方法有两种：一是 在界面模式下，执行主菜单命令 File/New/Library，打开Create a New Library对话框，选择第二 项映射已经编译好的库，单击 browse按钮选择所已经编译好 的库，如右图所示；第二种方法 是命令模式下主窗口执行vmap命 令，语法格式如下： Vmap<logical_name><direcetory_path>
• 其主要特点是仿真速度快，仿真精度高，而且支持VHDL、
Verilog HDL以及两者的混合使用，是目前业界最流行最通用的 仿真器之一。
10.2.1 Modelsim的图形用户界面
• Modelsim 6.3软件在默认的条件下提供了主窗口、源文件窗口、信号
窗口、波形窗口、数据流窗口、进程窗口、存储器窗口、列表窗口等 不同窗口，如下图。
10.2.1 Modelsim的图形用户界面（续1）
• 主窗口：主窗口main在Modelsim启动时直接打开，是其他窗口运行的 • • • • • • •
基础。 源文件窗口：源文件窗口source主要用来显示和编辑HDL源文件代码。 波形窗口：波形窗口是最常用的窗口之一，主要是用来查看仿真结果。 数据流窗口：数据流窗口Dataflow是一般仿真软件都提供的一个通用 窗口，通过该窗口可以跟踪设计中的物理连接、事件的传播，也可以 用来跟踪寄存器、网线和进程等，极大的丰富了调试方法并对其进行 显示，也可以显示设计中的内部连接。 列表窗口：列表窗口使用表格的形式显示仿真结果。 进程窗口：进程窗口显示了仿真中用到的所有进程列表。 信号窗口Object主要是用来选择需要查看的信号，同时可以在仿真过 程中强制某一个信号的值发生变化，也可以通过信号窗口的 Edit/Force和Edit/Clock命令将任意信号强制转化成时钟信号。 寄存器窗口Memory可以显示设计中寄存器的内容。使用此窗口可以 通过加载源文件或改变存储器内容的方式对设计中的存储器进行初始 化，同时窗口中的内容也可以保存成一个存储器文件，以便日后使用。
vcomvlog vsim
10.2.2 Modelsim仿真步骤
• Modelsim仿真步骤分为以下5步：
（1）建立库； （2）映射库到物理目录； （3）编译源代码，包括所有的HDL代码和Testbench； （4）启动仿真器并加载设计顶层； （5）执行仿真 注：本章主要介绍在界面模式下modelsim的使用方法
EDA设计的仿真和测试
主要内容
• 对仿真的概念进行了简单说明 • 以Modelsim6.2版本为例，重点介绍了
Modelsim软件的使用方法。
10.1 仿真简介
• 仿真是指在软件环境下，验证电路的行为和设计意图是否
•
一致。 简化的仿真验证系统框图如下：
DUT 测试内容
TestVector 测试向量 Testbench 测试模板
10.2.2 Modelsim仿真步骤(续6)
5、 执行仿真
执行主菜单命令下的Simulate/Run，选中相 应的 选项来执行仿真，也可以选 中使用等快捷键按钮来进行仿真 ，仿真结果将会 显示在Wave窗口中。
10.2.3 Modelsim功能仿真
在本节中，用一个简单的计数器设计实例来演示功能 仿真的具体操作流程，此处使用的QuartusII版本为7.2。 步骤如下： 1、新建一个名为counter的文件夹，在QuartusII新建 一个同名工程，选择合适的器件。在此例中选择的目标芯 片为CycloneIIEP2C35F672C6N。
10.2.1 Modelsim的图形用户界面(续2)
• 在Modelsim的主窗口的工具栏中常用快捷键图标的功能如下表：
图标 Redo Find Collapse All Expand All Compile Compile all Simulate Break Environment up Environment back Environment forward Restart 名称 用途 撤消最后一步操作 在当前窗口查找文本 隐藏当前窗口所有的例程 显示当前窗口所有的例程 打开编译对话框编译源文件 编译工程中的所有文件 指定设计进行仿真 停止当前仿真 返回上一层 返回到前一次选择的内容 返回到后一次选择的内容 装载设计， 将仿真复位到零， Simulate > Run > Restart 重新仿真 Run Length Run Continue Run Run -All Show Templates Language 设定单步仿真步长 单步运行当前仿真 继续仿真直到仿真结束 运行所有仿真到仿真结束 打开一个语言模板 Simulate>Runtime Options Simulate > Run >Run length Simulate > Run > Continue Simulate > Run > Run -All Source>Show LanguageTemplates run Run length run-continue Run-all restart 对应菜单 Edit > Redo Edit > Find Edit > Expand > Collapse All Edit > Expand > Expand All Compile>Compile Compile > Compile All Simulate > Start Simulation Simulate > Break Vcom vlog 对应命令
10.2.2 Modelsim仿真步骤(续3)
3、编译源代码
• GUI图像界面模式下编译文件的快捷方式是建立一个工程，
在工程中添加所要编译的文件，然后执行主窗口的 Compile子菜单中的各种命令或者是右键单击工程中的文 件执行Compile的不同命令。
• 如果编译的是VHDL源文件，其编译顺序由文件的排列顺
5、映射库到物理目录，编译源文件。
10.2.3 Modelsim功能仿真（续4）
6、新建一个仿真工程。
使用工程可以简化编译和仿真的操作。 在Modelsim的主窗口 中选择File/New/Project，设置工程名并向工程中添加文件，设置如 下二图。 设置完成后编译所有文件。
10.2.3 Modelsim功能仿真（续5）
2、计数器的HDL源文件可以在Modelsim中编写，也可 以在QuartusII中编写或者利用MegaWizard生成的IP核以 及直接调用LPM等方式生成。在这里选择利用MegaWizard 生成的简单的IP核作演示使用，在定制中生成的IP核的语 言选择VHDL。
10.2.3 Modelsim功能仿真（续1）
7、启动仿真仿真器加载顶层文件。指定仿真的设计单元 为测试文件counter_tb