浅谈用ModelSim+Synplify+Quartus来实现Altera FPGA的仿真

浅谈用ModelSim+Synplify+Quartus来实现Altera FPGA的仿真

　　工作内容：

　　Mentor公司的ModelSim是业界最优秀的HDL语言仿真软件，它能提供友好的仿真环境，是业界唯一的单内核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。它采用直接优化的编译技术、Tcl/Tk技术、和单一内核仿真技术，编译仿真速度快，编译的代码与平台无关，便于保护IP核，个性化的图形界面和用户接口，为用户加快调错提供强有力的手段，是FPGA/ASIC设计的首选仿真软件。

　　Synplify、Synplify Pro和Synplify Premier是Synplicity（Synopsys公司于2008年收购了Synplicity公司）公司提供的专门针对FPGA和CPLD实现的逻辑综合工具，Synplicity的工具涵盖了可编程逻辑器件（FPGAs、PLDs和CPLDs）的综合，验证，调试，物理综合及原型验证等领域。Quartus® II design 是最高级和复杂的，用于system-on-a-programmable-chip （SOPC）的设计环境。 QuartusII design 提供完善的 timing closure 和 LogicLock? 基于块的设计流程。QuartusII design是唯一一个包括以timing closure 和 基于块的设计流为基本特征的programmable logic device （PLD）的软件。 Quartus II 设计软件改进了性能、提升了功能性、解决了潜在的设计延迟等，在工业领域率先提供FPGA与mask-programmed devices开发的统一工作流程。

　　1、设计一个多路选择器，利用ModelSimSE做功能仿真；多路选择器是数据选择器的别称。在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路选出来的电路，叫做数据选择器，也称多路选择器或多路开关。

　　2、利用Synplify Pro进行综合，生成xxx.vqm文件；

　　3、利用Quartus II导入xxx.vqm进行自动布局布线，并生成xxx.vo（Verilog

　　4、利用ModelSimSE做后仿真，看是否满足要求。

　　注：

　　1. 仿真器（Simulator）是用来仿真电路的波形。仿真器（emulator）以某一系统复现另一系统的功能。与计算机模拟（Computer Simulation）的区别在于，仿真器致力于模仿系统的外在表现、行为，而不是模拟系统的抽象模型。请参阅仿真和模拟词条。

　　2. 综合工具（Synthesizer）的功能是将HDL转换成由电路所组成的Netlist.

　　3. 一般而言，在电路设计的仿真上可分为Pre-Sim 和Post-Sim.Pre-Sim 是针而Post-Sim则是针对综合过且做完成了Auto Place and Route（APR）的电路进行仿真，以确保所设计的电路实现在FPGA上时，与Pre-Sim 的功能一样。多路选择器还包括总线的多路选择，模拟信号的多路选择等，相应的器件也有不同的特性和使用方法。具体可以查找相关网站 .

　　1、前仿真（Pre-Sim）

　　步骤一：打开ModelSimSE,然后建立一个Project;

　　建立Project的方式为点选File → New → Project…；

　　设定Project Name 与Project location,按OK 即可建立Project.

　　步骤二：新增设计文档或加入文档。

　　新增文档的方式为点选File → New → Source → Verilog,然后对文档进行编辑并储存为xxx.v;

　　加入文档的方式为点选File → Add to Project → File…，然后点选xxx.v;

　　步骤三：编译（Compile）。

　　编译文档的方式为点选Compile → Compile All,即可编译所有的文档。

　　如果编译时发生错误，在显示错误的地方（红字）点两下，即可跳到错误。

　　步骤四：新增或加入测试平台（Testbench）。

　　当设计完电路后，为了确定所设计的电路是否符合要求，我们会写一个测 试平台（Testbench）；

　　新增或加入测试平台，然后编译它。

　　步骤五：仿真（Simulate）。

　　仿真的方式为点选Simulate → Simulate…；

　　打开Design里面的work,然后点选mux_4_to_1_tb 并Add 它，最后按Load 即可跳到仿真窗口。

　　步骤六：加入信号线。

　　在窗口上按右键，然后点选Add → Add to Wave;

　　步骤七：看波形。

　　在工具列上按Run,然后就会显示波形；

　　慢慢看波形吧，没有波形就没有真相.

　　以上就是使用ModelSim做Pre-Sim的基本流程，在此要特别强调的是，ModelSim所有的功能并不仅仅于此，如果你想要了解更多的话，一切都要靠自己花时间去问去试，只有努力的人才能有丰富的收获，加油！

　　2、综合（Synthesis）

　　步骤一：打开Synplify Pro,然后建立一个Project.

　　先点选File,再点选New;

　　选择Project File,并设定File Name与File Location;

　　步骤二：加入设计文件。

　　点选欲加入的xxx.v,然后按Add,再按OK后就可以将档案加入。

　　步骤三：选择FPGA的Device 与其它相关设定。

　　先点选Project,再点选Implementation Options.

　　在Device 的设定如下：Technology为Altera Stratix,Part为EP1S10,Speed 为-6,Package 为FC780.

　　在Options 的设定是将FSM Compiler与Resource Sharing打勾。

　　在Constraints的设定是将Frequency设定至100Mhz.

　　在Implementation Results的设定是将Result File Name填入与电路模块相同的名称，而xxx.vgm这个文件会在QuartusII做APR时被使用。然后将下列两个选项打勾（Write Vendor Constraint File与Write Mapped Verilog Netlist）。

　　在Timing Report的设定是将Number of Critical Paths与Number of Start/End Points都设为11.

　　在Verilog里是将TOP Level Module填入与电路模块相同的名称，然后将 Use Verilog 2001打勾。

　　步骤四：综合（Synthesis）。

　　点选RUN → Synthesize,最后出现Done!就是已经综合完毕。

　　步骤五：检查综合后的电路。

　　先点选HDL Analyst,再点选RTL,最后点选Hierarchal View,画面会出现综合后的电路Netlist.

　　以上就是使用Synplify将HDL程序合成为电路Netlist的基本流程，值得注意的是，当你针对不同要求而设定的Constraints不同时，你就会得到不同的电路Netlist,所要付出的硬件代价也不同，这就需要大家多花点心思来了解其中的奥妙之处。

　　3、自动布局布线（APR）

　　步骤一：开启Quartus II,然后建立一个Project.

　　先点选File,再点选New Project Wizard…

　　设定Work Directory,Project Name与Top-Level Entity Name,再按Next.

　　步骤二：加入设计文件。

　　点选Add…，将Synplify合成出来的xxx.vqm加入，再按Next.

　　步骤三：设定相关的EDA Tools.

　　在Tool Type点选Simulation,Tool Name点选ModelSim.

　　点选Settings,将Time Scale设定为1 ns.

　　步骤四：设定Family.

　　设定Family为Stratix,再按Next.

　　步骤五：设定Device.

　　设定Device 为EP1S10F780C6,再按Finish,即可完成Project的设定。

　　步骤六：编译。

　　点选Processing → Start Compilation,即可开始编译。

　　步骤七：完成编译。

　　弹出下面窗口即代表编译完毕。

　　以上就是使用Quartus II对电路Netlist做APR的基本流程，并且利用设定仿真工具所产生的xxx.vo（Verilog Output File）与xxx.sdo（Standard Delay Output File）做后仿真。

　　4、后仿真（Post-Sim）

　　步骤一：启动ModelSim,然后建立一个Project.

　　建立Project的方式为点选File → New → Project…

　　设定Project Name与Project location,按OK即可建立Project.

　　步骤二：加入设计文档。

　　将xxx.vo更改为xxx.v,然后加入。

　　步骤三：加入组件库文件。

　　由于我们是采用Altera的Cell Library来合成电路，所以合成后的电Netlist里所包括的那些Logic Gates与Flip-Flop 都是出自于Cell Library,所以模拟时要将此Cell Library加入。

　　我们所选用的Family是Stratix,所以到QuartusIIedasim_lib 里将Stratix的Cell Library（stratix_atoms.v）加入。

　　步骤四：加入测试平台。

　　加入Pre-Sim的测试平台，并在测试平台里加上`timescale 1ns/100ps.

　　步骤五：编译。

　　编译档案的方式为点选Compile → Compile All,即可编译所有的档案。

　　如果编译时发生错误，在显示错误的地方（红字）点两下，即可跳到错误。

　　步骤六：仿真。

　　仿真文件的方式为点选Simulate → Simulate…

　　步骤七：加入要观察的信号。

　　在窗口上按右键，然后点选Add → Add to Wave.

　　步骤八：观察波形。

　　慢慢看波形吧，没有波形就没有真相

　　步骤九：比对Pre-Sim 与Post-Sim.

　　很明显地，Post-Sim 的输出有不稳定的信号，并且受到延迟时间的影响。

 

 

摘抄自：http://bbs.dzsc.com/space/viewspacepost.aspx?postid=102904