基于fpga设计的功能仿真和时序仿真

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1、基于FPGA设计的功能仿真和时序仿真　　摘要：介绍了FPGA设计流程中的仿真应用；详细讨论了FPGA设计的功能仿真和时序仿真的各个步骤，重点阐述了仿真激励的添加方法和仿真库的编译等。　　关键词：FPGA；ModelSim；功能仿真；时序仿真；库编译引言　　FPGA设计流程包括设计输入，仿真，综合，生成，板级验证等很多阶段。在整个设计流程中，完成设计输入并成功进行编译仅能说明设计符合一定的语法规范，并不能说明设计功能的正确性，这时就需要通过仿真对设计进行验证。在FPGA设计中，仿真一般分为功能仿真（前仿真）和时序仿真（后仿真）。功能仿真又叫逻辑仿真，是指在不考虑

2、器件延时和布线延时的理想情况下对源代码进行逻辑功能的验证；而时序仿真是在布局布线后进行，它与特定的器件有关，又包含了器件和布线的延时信息，主要验证程序在目标器件中的时序关系。在有些开发环境中，如XilinxISE中，除了上述的两种基本仿真外，还包括综合后仿真，转换（post-translate）仿真，映射后（post-map）仿真等，这样做完每一步都可进行仿真验证，从而保证设计的正确性。　　ModelSim是MentorGraphics子公司MentorTechnology的产品，是当今最通用的FPGA仿真器之一。ModelSim功能强大，它支持FPGA设计的

3、各个阶段的仿真，不仅支持VHDL仿真，Verilog仿真，而且支持VHDL和Verilog混合仿真。它不仅能做仿真，还能够对程序进行调试，测试代码覆盖率，对波形进行比较等。ModelSim有很多版本，像ModelSim/SE是首要版本，除此之外还有ModelSim/XE和ModelSim/AE，分别是为Xilinx公司和Altera公司提供的OEM版，其中已包含各公司的库文件，故用特定公司OEM版进行仿真时就不需编译该公司的库了。用ModelSim进行功能仿真　　进行功能仿真首先要检查设计的语法是否正确；其次检查代码是否达到设计的功能要求。下文主要介绍仿真步骤

4、和测试激励的加载。仿真步骤（1）建立库并映射库到物理目录　　因为用ModelSim进行仿真是建立在仿真库的基础上的（此处进行的是功能仿真，因而不用编译特定厂商的库），所以首先要建立库并把库映射到实际的物理路径。通常用户编译的文件都放在work库中，所以必须先建立work库。有两种方法建立并映射库，第一种方法是通过图形界面，在菜单Design→CreateaNewLibrary弹出对话框，如图1所示。在LibraryName中输入work，如果建立其它库，可以输入其它名字。LibraryMapto是映射的物理路径。第二种方法是用命令行的形式，建立库用ModelS

5、im>vlib<库名>，映射库用ModelSim>vmap，如建立并映射库work，就可以在ModelSim主窗口命令提示符下输入vlibworkvmapworkwork　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1建立新库的对话框（2）编译源代码　　该步骤主要检查源文件的语法错误。实现方法有两种，一是通过菜单Design→Compile，出现选择源文件对话框，选择要编译的源文件，编译即可；二是通过命令行方式，这一步对于VHDL和Verilog所使用的命令是不一样的，对于VHDL代码用vcom-work.vhd.vhd，对于

6、Verilog代码用vlog-work.v.v，文件按出现的先后顺序编译，且支持增量编译。编译后的文件会放在缺省当前work库中。（3）启动仿真器　　该步骤主要是把所有仿真的文件加载到当前的仿真环境中。实现的方法两种，一是通过菜单Design→LoadDesign，出现加载对话框，选择要仿真的程序即可；二是通过命令行的形式vsim-lib，这条命令对于VHDL和Verilog都一样。（4）执行仿真　　该步骤是正式执行仿真了，在仿真前最重要的一个步骤就是加载激励，如要对下面的加法器进行仿真，加法器实体说明如下：entityAddisport(D1:instd_l

7、ogic_vector(7downto0)；--输入D2:instd_logic_vector(7downto0)；--输入D0:outstd_logic_vector(7downto0)；--输出CE:instd_logic；-使能，低有效Clk:instd_logic)；--时钟endAdd;测试激励的加载激励的加载有四种方法：（1）命令行方式　　这种方法是通过在命令行下直接输入命令给信号加载激励，然后进行仿真。如要对上面的加法器进行仿真，则输入如下命令：Vsim–tpswork.add//加载work库中的实体add，时间分辨率为psAddwave–he

8、xD1Addwave–hexD2Add