本文主要概括一下，如何針對(duì)Xilinx+ModelSim進(jìn)行FPGA的仿真設(shè)計(jì)。

1. xHDL仿真器

常用的硬件描述語(yǔ)言的仿真器有很多種，例如，VCS，Ncsim，Affirima，Verilog-XL，SpeedWave，F(xiàn)inisim和 ModelSim。個(gè)人認(rèn)為比較流行的就是ModelSim和Ncsim，像opencores提供的源碼大部分都含有Ncsim仿真支持，或者 ModelSim仿真支持。

1.1 ModelSim簡(jiǎn)介

ModelSim仿真器在FPGA/CPLD設(shè)計(jì)中的使用得到了廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)镸odel Technology公司為各個(gè)FPGA/CPLD廠家都提供了OEM版本的ModelSim工具。ModelSim仿真原理是基于事件驅(qū)動(dòng)的，它可支持Verilog和VHDL語(yǔ)言的的單獨(dú)仿真與混合仿真。

1.2 ModelSim版本

ModelSIm仿真工具有許多版本，首先就是他的版本號(hào)很多，這里不多介紹，因?yàn)樗鼰o(wú)非就是軟件性能，功能的升級(jí)。這里主要是要說(shuō)明ModelSim PE/LE/SE之間的區(qū)別：

為了滿足不同用戶的需要，ModelSim每個(gè)版本號(hào)都可以分為PE，LE和SE等類別。其中SE功能是比較完善的，但是它有一個(gè)特點(diǎn)就是，在進(jìn)行仿真前，要首先編譯相應(yīng)的仿真庫(kù)(通過(guò)設(shè)置，也可以一老永逸)，后面會(huì)專門介紹。

在進(jìn)行Xilinx FPGA產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，我們有時(shí)會(huì)遇到ModelSim XE版本，這是ModelSim的Xilinx OEM版本，里面集成了Xilinx的仿真庫(kù)。同樣道理也適用于Altera。

2. 仿真庫(kù)的生成

結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文以Verilog + ModelSim SE + Xilinx ISE為例來(lái)說(shuō)明仿真庫(kù)的生成。

2.1 仿真庫(kù)的命名

在ModelSim中編譯器件的仿真庫(kù)時(shí)，使用的仿真庫(kù)的名稱可以隨意定義，只要滿足操作系統(tǒng)的命明規(guī)則就行。但是在實(shí)際操作中，則不然。

當(dāng)我們使用Xilinx ISE + ModelSim進(jìn)行仿真時(shí)，Xilinx ISE會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)ModelSim進(jìn)行控制的文件，而在這些文件中，包含仿真庫(kù)的映射機(jī)制，因此為了兼容性，這里的仿真庫(kù)的命名就是固定的了，而不是任意定義。他們分別是Unisim_ver，Simprim_ver，Xilinxcorelib_ver。

2.2 仿真庫(kù)文件的說(shuō)明

上面提到了ModelSim仿真所需要的3個(gè)基本的庫(kù)，這里主要介紹一下他們的作用。

Unisim_ver：如果要做綜合后的仿真，還要編譯這個(gè)庫(kù)。即UNISIM，Library of Unified Component simulation models，這個(gè)庫(kù)用來(lái)做功能仿真。這個(gè)庫(kù)包含了Xilinx的所有的標(biāo)準(zhǔn)元件，可以被絕大多數(shù)的綜合工具推論。UNISIM庫(kù)被分為VHDL和Verilog兩種。以Verilog為例：Verilog UNISIM庫(kù)文件中每一個(gè)元件使用一個(gè)獨(dú)立的文件。根據(jù)器件的不同，這個(gè)庫(kù)分為兩個(gè)目錄，對(duì)于FPGA器件家族，源文件位置在$Xilinx\Verilog\src\unisims目錄下，對(duì)于CPLD家族，源文件位置在$Xilinx\Verilog\src\uni9000目錄下。

Simprim_ver：這個(gè)庫(kù)用于布局布線后的仿真。對(duì)于Verilog來(lái)說(shuō)，這個(gè)庫(kù)位于$Xilinx\Verilog\src\simprimes，對(duì)于VHDL來(lái)說(shuō)，這個(gè)庫(kù)位于$Xilinx\VHDL\src\simprimes。

Xilinxcorelib_ver：這個(gè)庫(kù)僅僅用來(lái)做功能仿真。 但其和Unisim_ver不同，如果設(shè)計(jì)中調(diào)用了CoreGen產(chǎn)生的核，則需要編譯這個(gè)庫(kù)。Core Generator HDL Library models, 它包含了適用Core Generator產(chǎn)生的各種IP核的仿真模型。Xilinx的IP核都針對(duì)不同的器件結(jié)構(gòu)作了很好的優(yōu)化，但是對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，大部分只能夠做為黑合來(lái) 處理。對(duì)于Verilog來(lái)說(shuō)，其對(duì)應(yīng)的源文件位置所在的位置是$Xilinx\Verilog\src\xilinxcorelib，對(duì)VHDL來(lái)說(shuō)， 其對(duì)應(yīng)的源文件所在的位置是$Xilinx\VHDL\src\xilinxcorelib。

2.3 仿真庫(kù)的建立

本節(jié)將以Verilog語(yǔ)言中時(shí)序仿真庫(kù)simprimes為例來(lái)說(shuō)明，為ModelSim建立仿真庫(kù)。

第一步：將ModelSim根目錄下的配置文件Modelsim.ini屬性由只讀改為可讀寫(xiě)。這樣做的目的就是為了讓軟件可以記錄仿真庫(kù)建立的路徑以及 映射關(guān)系。以后每次啟動(dòng)Modelsim時(shí)，軟件會(huì)根據(jù)ModelSim.ini中的配置尋找仿真庫(kù)，并且形成映射關(guān)系。

第二步：在這一步，有2種方法可以作。

(1) 在modelsim環(huán)境下，新建工程，工程的路徑與你想把庫(kù)存儲(chǔ)的路徑一致。這里Project Name: Xilinx_lib;

Project Location: D:/My_Work/ModelSim_Simulation/Xilinx—即仿真庫(kù)保存的路徑。如下圖所示：

(2): 在主窗口中選擇[File] / [Change Directory]命令，將工作目錄改到我們想要保存仿真庫(kù)的目錄下，即D:/My_Work/ModelSim_Simulation/Xilinx。

以上兩個(gè)方法均可，最終的結(jié)果都是一樣的。

第三步：新建庫(kù)，庫(kù)名起作simprim_ver。我們首先就是要建的就是這個(gè)庫(kù)。

即在主窗口選擇[File] / [New] / [Library]命令，然后根據(jù)下圖設(shè)置[Create]選項(xiàng)，[Library Name]選項(xiàng)，以及Libray Physical Name]選項(xiàng)(軟件自動(dòng)生成)。如下圖所示：

這一操作實(shí)際上相當(dāng)于在ModelSim主窗口的腳本區(qū)域輸入命令

vlib simprimes_ver

vmap simprimes_ver simprimes_ver

第四步：這一步有兩種方法實(shí)現(xiàn)，這兩種方式是等效的

(1): 在modelsim的命令欄上，打下如下命令：

vlog -work simprim_ver $xilinx/verilog/src/simprims/*.v

其中的$xilinx是Xilinx ISE的安裝路徑，你把這個(gè)改成你的就行了。編譯完之后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的工程文件夾下出現(xiàn)了一個(gè)simprim文件夾，里面又有很多個(gè)文件夾。這些就是我們要的庫(kù)了。

(2): 在主窗口選擇[Compile] / [Compile]命令，彈出[Compile Source Files]窗口，然后選擇$xilinx/verilog/src/simprims/目錄下的所有*.v文件，點(diǎn)擊Compile按鈕執(zhí)行編譯。

第五步：按照第三步中的任意一種方式編譯其它兩個(gè)庫(kù)，對(duì)應(yīng)的命令行是：

vlog -work unisim_ver $xilinx /verilog/src/unisims/*.v

vlog -work xilinxcorelib_ver $xilinx /verilog/src/XilinxCoreLib/*.v

第六步：庫(kù)文件編譯好了以后，為了方便以后使用，可以修改ModelSim.ini配置文件，打開(kāi)配置文件之后，可添加對(duì)Xilinx仿真庫(kù)的映射。經(jīng)過(guò)修改后，Xilinx ISE+ ModelSim進(jìn)行各個(gè)階段的仿真就不會(huì)出現(xiàn)任何的錯(cuò)誤了。PS：有的人反映，在仿真過(guò)程中，有時(shí)還需要指定庫(kù)的路徑，其原因就是ModelSim.ini文件沒(méi)有配置正確。

如果還需要其它的仿真庫(kù)支持，例如abel_ver, cpld_ver，可按照上述的1~5步完成這些仿真庫(kù)的添加。

完成上面的步驟后，如果重新打開(kāi)ModelSim，發(fā)現(xiàn)下面的庫(kù)文件的話，就說(shuō)明，你的仿真環(huán)境建立好了，接下來(lái)就可以做你該做的事情了。

3. ModelSim常用命令

在作FPGA開(kāi)發(fā)時(shí)，由于需要屢次的修改源文件進(jìn)行調(diào)試，因此，每次仿真都不可避免的要進(jìn)行編譯。這道程序比較麻煩，ModelSim提供了一個(gè)捷徑，即我們只需要編寫(xiě)一個(gè)*.do文件，然后再M(fèi)odelSim命令行里鍵入do *.do就可以替代這一麻煩過(guò)程。

下面以Giga Eth MAC開(kāi)發(fā)仿真為例，說(shuō)明一下*.do的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

(1) vlib work >> 由于vlib<庫(kù)名>，表示創(chuàng)建一個(gè)庫(kù)，因此vlib work表示創(chuàng)建一個(gè)work庫(kù)，這里的work是庫(kù)的名稱。

(2) vmap work work >>vmap表示映射庫(kù)，前一個(gè)work表示以創(chuàng)建的庫(kù)的名稱，后一個(gè)work表示當(dāng)前ModelSim工作目錄下的文件夾，即將一個(gè)名為work的庫(kù)映射到當(dāng)前目下的work文件夾。

(3) vlog -work work C:/Xilinx91i/verilog/src/glbl.v >> vlog表示編譯源代碼，”-work”表示其后面跟著的參數(shù)表示編譯完的源文件要存放的位置，最后的參數(shù)表示源文件的位置，即該語(yǔ)法表示，將文件 C:/Xilinx91i/verilog/src/glbl.v編譯，得到的編譯后的文件，存放在當(dāng)前工作目錄下的work目錄下。

最終的仿真結(jié)果如下圖所示：