基于ModelsimFLI接口的FPGA仿真技术

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1、基于ModelsimFLI接口的FPGA仿真技术摘要：介绍了如何利用modelsim提供的FLI（Poreign Language Interface）接口对VHDL设计文件进行同仿真，给出了协同仿真的意义以及协同仿真的程序结构和系统结构。    关键词：FPGA 仿真软件 协同仿真1 Modelsim及FLI接口介绍      Modelsim是Model Technology(Mentor Graphics的子公司)的HDL硬件描述语言仿真软件，可以实现VHDL、Verilog以及VHDL-Ve

2、rilog混合设计的仿真。除此之外，Modelsim还能够C语言一起对HDL设计文件实现协同仿真。同时，相对于大多数的HDL仿真软件来说，Modelsim在仿真速度上也有明显优势。这些特点使Modelsim越来越受到EDA设计者、优尤其是FPGA设计者的青睐。        Modelsim的FLI接口（即Foreign Language Interface）提供了C语言动态链接程序与仿真器的接口，可以通过C语言编程对设计文件进行辅助仿真。2 协同仿真系统结构及意义       协同仿真就是利用仿真

3、工具提供的外部接口，用其它程序设计语言（非HDL语言，如C语言等）编程，用辅助仿真工具进行仿真。Modelsim提供了与C语言的协同仿真接口。以Windows平台为例，用户可通过modelsim提供的C语言接口函数编程，生成动态链接库，由modelsim调用这些动态链接库进行辅助仿真，如图1所示。       Modelsim与C语言协同仿真，一是用于产生测试向量，避免手工编写测试向量的繁琐；二是可以根据程序计算结果自动检查仿真结果正确与否；三是模拟其它模块（如RAM）的功能，在系统级对设计文件仿真

4、。实践中一般是把一和二结合在一起，用程序产生仿真向量，方面输出给设计文件作为输入，另一方面由程序本身对该向量计算，把得到的结果与仿真器的输出结果比较，检查逻辑是否正确，如图2所示。至于模拟功能，现在已经有一些通用芯片的模拟程序，如denali可以模拟RAM的功能。另外，用户也可以利用modelsim提供的编程接口自己模拟一些芯片的行为，然后与设计文件连接到一起仿真。3 C语言对VHDL设计文件的协同仿真3.1 构成框图      仿真文件的构成如图3所示，包括HDL文件和动态链接库（即C程序）。图中

5、C程序对应的VHDL文件要负责声明对应的动态链接库文件名及初始化函数，另外还可以给出一些调用参数。动态链接中用到的输入输出信号也要在对应的VHDL文件中声明。      例如，假定有一个DLL文件名为sim.dll，对应的初始化函数为sim_init，有输入信号in1、in2，输出信号out1、out2，可以这样编写对应的VHDL文件（sim.vhd）：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all；entity sim isport(in1 : in std_lo

6、gic;in2 : in std_logic;out1 : out std_logic；out2 ：out std_logic；）；end entity sim；architecture dll of sim isattribute foreign : string；attribute foreign of dll : architecture is "sim_init sim.dll"beginend;仿真时，仿真器对顶层的HDL文件进行仿真，并根据各VHDL文件的动态链接库声明来调用、执行相应的

7、动态链接库。3.2 动态链接库的程序结构利用modelsim仿真时，可根据VHDL文件的声明，调用DLL文件（如sim.dll）。在VHDL文件中已经给出了调用文件（sim.dll）和初始化函数名（如sim_init），modelsim根据这些信息，调用sim.dll中的sim_init函数，完成初始化工作。初始化包括：（1）初始化全局变量；（2）设置VHDL输入输出信号与C程序变量的对应关系；（3）设置输出信号的一些初始状态（mti_ScheduleDriver）；（4）设置在仿真器重新仿真（re

8、start）和仿真器退出仿真（quit）等情况下执行的一些函数（mti_AddRestartCB和mti_AddQuitCB等），如释放动态申请内存等；（5）设置敏感表，给出在某些信号发生某些变化（如时钟上升沿等）时执行的函数。（6）其它。给合3.1节的例子（sim.vhd），给出C程序的设计步骤如下：（1）包含头文件，包括C程序常用的一些头文件和modelsim给出的外部语言接口头文件mti.h。Modelsim给出的外部接口函数说明、类型定义等都在mti.h中。（