Vivado Modelsim聯合仿真

一、仿真的基礎概念

1、什麼是仿真？

仿真是指在計算機上實現對某個系統、處理器、模塊或電路的軟件模擬。它可以用於驗證設計的正確性，提高設計的可靠性，同時減少設計的試錯成本。在ASIC和FPGA的設計中，仿真是非常重要的一個環節。

2、為什麼需要仿真？

在硬件設計過程中，我們需要保證設計的正確性和可靠性。但是硬件設計往往需要消耗大量的時間、人力和物力，而在設計初期的錯誤發現和修改可能造成巨大的成本和時間損失。因此，通過仿真可以大幅度減少試錯成本，及時發現並改正設計中的錯誤，而且能夠提高設計的可靠性和穩定性。

3、仿真的分類

仿真可以分為邏輯仿真和時序仿真。邏輯仿真主要用來驗證電路的邏輯功能，檢測電路中是否存在邏輯的錯誤或者寄存器的精度問題。時序仿真可以精確模擬硬件電路中的時鐘頻率、時序延遲等時序信息，以檢測電路在不同頻率下的穩定性和響應能力。

二、Vivado Modelsim聯合仿真原理

1、Vivado

Vivado是Xilinx公司發布的FPGA綜合工具，旨在提供面向硬件設計工程師的全流程解決方案。它能夠自動生成硬件邏輯、進行邏輯仿真、進行波形查看、生成Bitstream程序等各種功能。Vivado的主要思想是進行可編程邏輯的高層次綜合設計。

2、Modelsim

Modelsim是Mentor Graphics公司發布的EDA軟件，是一種可用於VHDL和Verilog設計的仿真器。它具有代碼調試、單元測試、性能優化、波形查看等功能。它是硬件設計和驗證工程師使用的重要工具，支持多種語言和平台的設計和仿真。

3、聯合仿真的原理

聯合仿真是指將Vivado生成的設計文件(.v)與Modelsim中的testbench文件(.v)聯合使用，同時在Vivado和Modelsim中運行仿真。聯合仿真的基本原理是將Verilog Stimulus模塊導入Modelsim，並在Modelsim中生成波形圖，以便於觀察和調試模塊。同時，Vivado也會生成相同的波形圖，方便調試和驗證。

三、實現聯合仿真的步驟

1、在Vivado中生成硬件設計文件

// 代碼示例1
module test_module(
  input clock,
  input reset,
  input [7:0] data_in,
  output [7:0] data_out
);
  // 硬件設計代碼
endmodule

2、編寫和導入Verilog Stimulus模塊

// 代碼示例2
`timescale 1ps/1ps

module testbench();
  reg clock = 0;
  reg reset = 1;
  reg [7:0] data_in = 0;
  wire [7:0] data_out;
  
  test_module ModuleUnderTest(
    .clock(clock),
    .reset(reset),
    .data_in(data_in),
    .data_out(data_out)
  );
  
  initial begin
    #100ns reset = 0;
  end
  
  always begin
    #50ns clock = ~clock;
  end
  
  initial begin
    #200ns data_in = 8'hAA;
    #400ns data_in = 8'h55;
  end
endmodule

編寫好Verilog Stimulus模塊後，將其保存為testbench.v文件，然後導入到Modelsim的工程中。

3、Vivado設置

在Vivado上打開任意一個設計項目，打開“Simulation”選項卡，選擇“Run Simulation > Run Behavioral Simulation”菜單。等待仿真器打開後，選擇“File > Add Wave”菜單，將相關模塊的信號添加到波形窗口中。

4、Modelsim設置

在Modelsim中打開剛才導入的testbench文件，然後進行編譯，如果編譯沒有錯誤提示，則會在Vivado的波形窗口中實時刷新模塊的波形圖。

四、Vivado Modelsim聯合仿真的特點和優勢

1、聯合仿真可以更加全面地檢測設計的正確性和可靠性，能夠快速定位設計中的錯誤和問題；

2、Vivado與Modelsim的結合，能夠有效地提高開發效率和仿真精度，同時減少設計的試錯成本；

3、聯合仿真具有跨平台性和通用性，能夠支持多種硬件語言和系統設計。