Anleitung ModelSim. ModelSim SE6.3j, PE (Mentor Graphics) Designflow. 1/14 Aktualisiert: 11/2012 Pal

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1 Anleitung ModelSim ModelSim SE6.3j, PE (Mentor Graphics) Designflow 1/14 Aktualisiert: 11/2012 Pal

2 Inhaltsverzeichnis 1 Konfiguration Projekterstellung Einbinden von Dateien in das Projekt 4 2 Funktionale Simulation Compilieren Fehlerkorrektur beim Compilieren Starten der Simulation Stimulation ohne DO-Datei Stimulation, Ausführen einer DO-Datei Bedienung Wave-Fenster 10 3 Timing Simulation, Start der Simulation Start der Simulation mit der DO-Datei Timing Simulation mit der Testbench Testbench für die Timing Simulation 14 2/14

3 Starten von vom Desktop : 1. Konfiguration 1. 1 Projekterstellung Ein neues Projekt (Projektordner, Projektdatei ~.mpf) wird angelegt mit: File New Project Das Menü Create Project erscheint: Der einzig zu tätigende Eintrag ist die Angabe eines Namens für das Projekt. Hierbei ist zu beachten, daß keine Sonderzeichen (ausgenommen Unterstrich), kein Leerzeichen, keine Umlaute und nicht mehr als 20 Zeichen verwendet werden. In den Feldern Project Location, Default Library Name, und Copy Settings From ist darauf zu achten, dass die obigen Einträge übereinstimmen. Hier sind normalerweise keine Änderungen nötig. Weiter mit Klick auf Es geht automatisch weiter mit dem Auswahlmenü Add Items to the Project. 3/14

4 1.2 Einbinden von Dateien in das Projekt Die zu verwendenden Quelldateien sind in das Projekt einzubinden mit: Project Add to Project Existing File (Wird auch erreicht mit : Rechter Mausklick in das Workspace -Feld Add to Project Existing File) Das Auswahlmenü Add Items to the Project erscheint : Klicke Add Existing File, um die benötigten Dateien (~.vhd, evtl. ~.do) über das darauf folgende Menü Add file to Project einzubinden: Über die Schaltfläche Browse die Quelldatei(en) im Open-Menü auswählen. Weiter mit Klick auf: Schließe das Menü Add Items to the Project mit: Im Feld Workspace, unterer Reiter Project im Vordergrund, sieht man den Dateinamen der in das Projekt eingebundenen Datei. 4/14

5 2. Funktionale Simulation 2.1 Compilierung Vor der Simulation müssen die VHD-Quelldatein fehlerfrei compiliert sein. Dazu ist der Eintrag der angesprochenen Quelldatei im Workspace zu markieren und folgendes auszuführen: Compile Compile Selected Der Compiliervorgang wird gestartet mit ausgewähltem Dateieintrag (markiert) im Workspace und : Compile Compile Selected oder rechte Maustaste auf den Dateieintrag und: auch möglich: Compile Selected Compile All Wenn kein Fehler vorliegt erscheint im Transcript-Fenster die Meldung: # Compile of >Dateiname< was successful. S.u. Der Status der Datei erhält einen grünen Haken. Hier kann man weitergehen zum Punkt : Starten der Simulation. Ein Fehler beim Compilieren wird durch ein rotes Kreuz in der Status-Spalte angezeigt:. Und durch eine Fehlermeldung im Transcript-Fenster: Hier muss man weitergehen zum Punkt : Fehlerkorrektur beim Compilieren 5/14

6 2.2 Fehlerkorrektur beim Compilieren Fehlerkorrektur beim Compilieren Doppelklick mit der linken Maustaste auf den Dateinamen im Workspace öffnet diese in einem Editor. Doppelklick mit der linken Maustaste auf die Fehlermeldung im Transcript -Fenster öffnet ein Fenster mit näherer Fehlerbeschreibung: Hierbei wird der Dateiname mit dem kompletten Pfad angegeben und in runden Klammern die Zeilennummer hier z.b.: (3) Dahinter folgt eine Fehlerbeschreibung. Doppelklick auf diese Error -Zeile markiert die fehlerhafte Zeile des Quelltextes im Editor: Nun muss der Fehler im Quelltext korrigiert, die Datei abgespeichert, das Fehlerfenster wieder geschlossen und erneut compiliert werden. Empfohlenes Vorgehen: Den obersten Fehler in der Fehlerliste korrigieren ( die weiteren Fehler sind meist nur Folgefehler ), Quelltext abspeichern und neu compilieren Es kann auch durchaus vorkommen, dass nach einer Fehlerkorrektur beim erneuten Compilieren noch mehr Fehler angezeigt werden als zuvor. Das kann z.b. daran liegen, dass bei einem Fehler in der Portbeschreibung, die Architektur gar nicht compiliert wird. Manchmal ist der eigentliche Fehler eine Zeile darüber zu finden z.b. fehlendes Semikolon. Auch Warnungen sind zu korrigieren. Dieser Kreislauf muss ggf. noch weitere Male wiederholt werden, bis die Compilierung fehlerfrei ist.. Der Status der Datei erhält ein grünes Häkchen: Nun kann man weitergehen zum Punkt : Starten der Simulation. 6/14

7 2.3 Starten der Simulation Die Simulation ist erst nach fehlerfreier Compilierung zu starten mit: Simulation Start Simulation Das Menü Start Simulation öffnet sich: Hier ist unter Design Work unter E = Entity die A = Architektur auszuwählen. Die Zeitauflösung ist in unserer Modelsim-Ini für die timing-simulation auf ps = Pikosekunde gesetzt. Weiter geht es mit:. Es entstehen neue Fenster: Objects, Active Processes und zusätzliche hinterlegte Fenster im Bereich Workspace : Sim, Files, Memories : 7/14

8 2.4 Stimulation ohne Do-Datei Stimulation ohne DO-Datei Nach Simulate Start Simulation mit Auswahl der Entity oder Architektur sieht man im Fenster Objects die verfügbaren Ein- und Ausgangssignale. Hier mit rechter Maustaste auf ein Signal klicken und auswählen: Add to Wave Signals in Region Darauf öffnet sich das Wave -Fenster für die Zeitdarstellung mit den Signalen in der linken Spalte. Mit rechter Maustaste auf ein Signal klicken und auswählen: Force Ermöglicht im Fenster Force Selected Signal (siehe darunter) im Feld Value eine Wertzuweisung ( Nur Eingangssignale stimulieren! Bit als 0 oder 1, Vektoren in Hex: z.b. 1E3 ) Dann eine Laufzeit Run Length in das kleine Feld der Buttonleiste eingeben z. B. 100 ns und den Button rechts daneben Run klicken: 8/14

9 2.5 Stimulation, Ausführen einer DO-Datei Tools TCL Execute Makro Die erste Anweisung restart in der DO-Datei erzeugt dieses Menü: Deaktiviere Keep Wave Format (Beim 1. Mal nicht nötig.) Über die Schaltfläche Restart wird die DO-Datei fortgesetzt. DO-Datei schnellerer Start: Mit rechter Maustaste auf den Workspace klicken und Add to Project Existing File. Im Menü Add File to Project Browse ausführen und die DO-Datei importieren. Dabei den Extensionfilter rechts unten auf All Files (*.*) setzen. Damit erscheint die DO-Datei zusätzlich im Workspace und kann leicht mit: Rechte Maustaste auf den Eintrag der DO-Datei und Execute gestartet werden. 3 Beispiele einer Stimulation (DO-Datei): Minimal benötigt werden die Anweisungen: restart, add wave2 und force. Um das Zahlenformat zu setzen : radix hex { bin, dec, oct } Force ist die Wertezuweisung und wird wie folgt verwendet: force >Signalname< >Wert< [ >Zeitpunkt<, >Wert< >Zeitpunkt<, >Wert< >Zeitpunkt< ] Im Repeat -Mode -r besonders für einen Takt (Clock) : force >Signalname< >Wert< >Zeitpunkt<, >Wert< >Zeitpunkt< -r >Periodenzeit< 9/14

10 2.6 Bedienung Wave-Fenster Das Wave Fenster Das Wave-Fenster öffnet sich mit der kleinsten Auflösung, d.h. man sieht evtl. nur das letzte Ende. Mit Klick auf die Funktion Full Zoom wird das Ergebnis vom Zeitpumkt 0 an dargestellt. Zoomfunktionen: 1. Zoom In : Vergrößern 2. Zoom Out : Verkleinern 3. Zoom Full : Alles im Fenster 4. Zoom In on active Cursor : Vergrößern an der Position des aktiven Cursors In der ersten Spalte werden die Signalnamen aufgelistet. In der zweiten erscheint der numerische Wert der Daten an der Cursorposition. Weitere Cursor werden durch Klicken auf den kleinen grünen Spalte eingesetzt: - Button der Zeitskalenzeile, erste Der Bildhintergrund des Wave-Fensters lässt sich durch vorbereitete TCL-Kommandodateien ändern: Mit im Ordner Tools TCL Execute Makro D:/ISE_Lab_Files/ModelSim_Makros die Datei WaveBackgroundBlack.tcl für schwarzen oder WaveScreenshotFormat.tcl für weißen Hintergrund auswählen. Vergrößerung des Wave-Fensters mit: 1. Vergößerung auf die gesamte Bildschirmbreite 2. Auskoppeln des Wave-Fensters Die Cursor können mit Hilfe der Buttons Find Previous Transition und Find Next Transition genau auf die Flanken eines Signals gesetzt werden: 10/14

11 3.1 Timing Simulation, Start der Simulation mit der DO-Datei Timing simulation Simulation Start Simulation Benötigt werden zwei Dateien, die vom Implementierungstool ISE (Xilinx) durch Ausführen der Funktion Implementation Optional Implementation Tools --> Generate Post-Fit Simulation Model in den Unterordner <projektname>/netgen/fit bei CPLDs oder <projektname>/netgen/par bei FPGAs gelegt werden: <Entity_name>_timesim.vhd und <Entity_name>_timesim.sdf (Standard Delay Format) Die Datei ~_timesim.vhd ist dem Projekt hinzuzufügen mit Rechtem Mausklick in das Workspace -Feld und Auswahl von : Add to Project Existing File und Schaltfläche Browse zur o.g. Datei. Diese ist mit Rechtem Mausklick zu compilieren und Auswahl von: Compile Compile Selected Beim Menüpunkt Simulate Start Simulation ist zusätzlich auszuführen: Im folgenden Menü jetzt zuerst den SDF -Tab anklicken und über Add die SDF-Datei aus dem ISE-Projektordner auswählen: Mit Delete oder Modify kann dies korrigiert werden. Fortfahren über das Design -Tab : Der von ISE gelieferte Logikentwurf ~_timesim.vhd besteht aus einer Entity gleichen Namens wie der eigene Ursprungsentwurf, jedoch unterschiedlich ist der Architekturname hier: structure Die Zeitauflösung Resolution kann im Labor auf default bleiben, da default : ps. ( Bei anderen als der Laborinstallation ist auf ps zu stellen). 11/14

12 Ergebnis: Die internen Signale sind im obigen Bild gelöscht ( oberes Signal markieren, Strg-Taste Ein zweiter Cursor ist durch Linker Mausklick auf den kleinen grünen Knopf mit dem unteres und Entf-Taste. Zeichen entstanden. Die Cursor sind mit Hilfe der Buttons Find Previous Transition und Find Next Transition genau auf die Flanken des Eingangssignals X1 und des Ausgangssignals Q1 gesetzt. 12/14

13 3.2 Timing Simulation mit der Testbench Timing simulation Simulation Start Simulation Von ISE (Xilinx) erhält man durch: Implementation Optional Implementation Tools --> Generate Post-Fit Simulation Model unter /netgen/fit bei CPLDs oder /netgen/par bei FPGAs ~_timesim.vhd und ~_timesim.sdf Die Datei ~_timesim.vhd ist dem Projekt hinzuzufügen mit: Add to Project Existing File und zu compilieren mit: Compile Compile Selected Beim Menüpunkt Simulate Start Simulation ist zusätzlich auszuführen: Im folgenden Menü jetzt zuerst den SDF -Tab anklicken und über Add die SDF-Datei aus dem ISE-Projektordner auswählen: Mit Delete oder Modify kann dies korrigiert werden. In das Feld Apply to Region ist der Instanzname einzutragen (incl. / Slash ). Die Zeitdaten in der SDF-Datei müssen der jeweiligen Instanz zugeordnet werden. Oft z.b. DUT (Device under Test) oder UUT ( Unit under Test) In der Testbench wird die Komponente des Entwurfs als Instanz aufgebaut und in der port map werden die Signale verbunden. Nun geht es weiter mit dem Tab: Design. Dann weiter im Tab Design die Entity der Testbench markieren und unten starten mit: Die Zeitauflösung Resolution kann im Labor auf default bleiben, da default : ps. ( Bei anderen als der Laborinstallation ist auf ps zu stellen). 13/14

14 Eine minimale DO-Datei oder zu Fuß liefert das hardwarenahe Ergebnis: Ein zweiter Cursor ist durch Linker Mausklick auf den kleinen grünen Knopf mit dem Zeichen entstanden. Die Cursor sind mit Hilfe der Buttons Find Previous Transition und Find Next Transition genau auf die Flanken des Eingangssignals X1 und des Ausgangssignals Q1 gesetzt. 3.3 Testbench für die Timing Simulation Testbench Der von ISE gelieferte ~timesim.vhd-entwurf bedingt Änderungen in der Testbench. Durch das benutzte Datenformat std_logic und std_logic_vector sind folgende Anpassungen erforderlich: 1. Zusätzliche Bibliotheksangaben: library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; 2. Alle bit ändern auf std_logic, alle bit_vector ändern auf std_logic_vector mit Edit Replace Die Signale erscheinen in der ~_timesim.vhd -Datei gewöhnlich nicht in der gleichen Reihenfolge. D.h. 3. In der Instanziierung ist die port map -Verbindungsliste reihenfolgeunabhängig zu machen: z.b. port map ( X1 => X1_TB, X2 => X2_TB, Q1 => Q1_TB ); Generics werden nicht unterstützt. D.h. 4. Generics müssen ersetzt werden. Zur einfacheren Bedienung ist eine minimale DO-Datei sinnvoll: restart view signals view wave add wave EXOR_TB/* run 200 ns 14/14