FPGA系统设计的仿真验证之： 功能仿真和时序仿真的区别和实现方法

admin

        7.4  功能仿真和时序仿真的区别和实现方法

          这里我们使用一个波形发生器作为例子，来说明如何使用Modelsim对Quartus II生成的IP Core和相应的HDL文件进行功能仿真和时序仿真。这个例子里面使用到了由Quartus II生成的一个片上ROM存储单元。这种存储单元和RAM一样，都是基本的FPGA片上存储单元，在以后的设计里面会经常使用到。
           
        7.4.1  功能仿真

          （1）在Quartus II中设置第三方仿真工具，选择“Assignments－Settings－EDA Tool Settings－Simulation”，选择“ModelSim－Verilog”。如图7.17所示。

       

        图7.17  EDA工具设置

           
          （2）编译工程。编译带有IP Core的工程文件。
           
          （3）编译完成后会在工程目录下生成“simulation－modelsim”的目录，如图7.18所示。其中包含了3个文件：“.vo”是仿真网表文件，可以用来代替设计文件；“.xrf”是Quartus编译生成的信息文件；“.sdo”是工程延时信息。

       

        图7.18  编译生成文件

           
          （4）加入仿真库文件。
          仿真库的路径为“C：\altera\quartus50\eda\sim_lib”，包含了如下3个仿真库文件。
          ·  220model.v：带有用户原语类型的Quartus自带的IP核的库文件。
          ·  altera_mf.v：Quartus自带的IP核的库文件。
          ·  cyclone_atoms.v：相应系列的器件库。
          在本例中需要添加altera_mf.v，cyclone_atoms.v两个库文件。
           
          （5）编写测试文件（详见7.5节）。
           
          （6）将测试文件粘贴到刚才生成的目录中，如图7.19所示。

       

        图7.19  添加测试文件

           
          （7）打开modelsim。
           
          （8）创建工程并添加源文件，如图7.20所示。

       

        图7.20  为工程添加源文件

          （9）编译工程。结合库文件一起进行编译、如图7.21和7.22所示。

       

        图7.21  全部编译前

       

        图7.22  全部编译后

         
          （10）修改wave.vo文件。将文件中的延时信息注释掉，即：
          //initial $sdf_annotate("WAVE_v.sdo");
           
          （11）重新编译wave.vo文件。
           
          （12）打开开始仿真对话框，如图7.23所示对话框。
          选择顶层模块wave_top，开始进行仿真，如图7.24所示。

              

            图7.23  选择开始仿真的文件   图7.24  选择顶层模块文件

         

          （13）添加信号。右键选择添加信号到波形图。并在命令行中敲入“run 1ms”，按“回车”键，开始仿真。结果波形如图7.25和图7.26所示，分别是二进制显示、十进制显示。

       

        图7.25  二进制显示

       

        图7.26  十进制显示

          放大查看细节的波形时序，可以发现，功能仿真的结果是没有延迟的，如图7.27所示。

       

        图7.27  功能仿真结果无延迟

         

        7.4.2  时序仿真

          （1）将功能仿真第（10）步中对wave.vo文件做的注释改回来，重新进行编译。
          （2）重新打开开始仿真对话框，选择顶层模块，如图7.28所示。
          （3）选择“SDF”选项卡，如图7.29所示。

              

        图7.28  选择顶层模块仿真           图7.29  “SDF”选项卡

         

          （4）加入“.sdo”文件，将两个SDF Options都选中，如图7.30所示。

       

        图7.30  添加“.sdo”文件

         

          （5）和功能仿真一样，为波形窗口添加信号，开始进行仿真。
           
          （6）通过波形图，查看时序仿真的延时，如图7.31所示。

       

        图7.31  查看时序仿真延迟