Modelsim 教程

快速上手四部曲：建立Project、引進HDL Files、Compile、模擬(Simulate/Loading and Run)

1.  

   建立一個新的Project

 

1-1 第一次執行程式時，可以從 [開始] [程式集] ModelSim SE ModelSim；或是執行ModelSim在桌面的捷徑

 

在Library標籤頁中，展開各Library就可以看到其下含的所有Package (for VHDL)，進一步以Edit打開，可檢視該Package與Package Body內容

1.  

   載入Project 的HDL source codes

 

按”Add items to the Project”視窗中的”Add Existing File” (或是從File Add to Project Existing Files …)

 

HDL files擺放的位置，路徑名稱不能有中文，否則軟體會抓不到files

關掉”Add items to the Project”視窗，此時的Project下出現了HDL File，一堆問號表示這些檔案都還沒compile。

如果要對project新增或移除HDL File：

在Workspace內按滑鼠右鍵，選擇 Add to Project Existing File… (新增)

                                                    Remove from Project                (移除)

1.  

   Compile

 

在Project標籤頁內，選定任一檔案，按滑鼠右鍵選擇 Compile Compile All 或是直接按 icon

Compile Out-of-Data只重新compile有修改過的檔案 (比較節省時間，故也較常用)

 

此刻只做Compile 還沒做Simulate，而ModelSim必須要作完Simulate (Loading)後才會把所有檔案link起來。如果compiler的結果出現有errors或warnings的訊息，直接在該訊息上雙擊，即可進一步帶出詳細的訊息說明。

 

如果您處理的是VHDL project，那在做Compile前，先在Project標籤頁內，選定所有檔案，按滑鼠右鍵選擇”Properties”做如下設定：

1.  

   Simulate (Loading)

 

切換到Library標籤頁，展開”work”目錄，其下可以看到此project包含的所有檔案，檔案前的符號”M”，表示這些檔案的性質是”Module”；如果你寫的是VHDL程式那檔案前所看到的符號會變成”E”(Entity) and “A”(Architecture)。

 

如果compiler完，work目錄底下仍然看不到東西，無法展開，請稍等5~10秒(等程式update最新狀態)，或是按滑鼠右鍵選擇”Update”重新整理

4-1 直接以滑鼠左鍵雙擊要Simulate 的檔案，或是按滑鼠右鍵選擇Simulate。

此處選擇要Simulate (Loading)的檔案不一定要是top-level file，但如果你選的不是top-level file，project中的sub-ciricuit必須一個一個load，比較麻煩。

 

請注意，這裡的”Simulate”並沒有真的做模擬，只是把程式”Loading”進來，並將sub-module 彼此間 link 起來

Loading 要simulate 的檔案的動作，也可以按Simulate icon 來完成

 

執行以上動作時，如果再附加一個設定步驟：到Options標籤頁下，核選”Enable source file coverage”，即可在模擬的程序中，附帶幫你檢查testbench 對於 if / case conditional statement的模擬涵蓋率。

執行完Simulate (Load)的動作後，程式會自動再跳出兩個標籤頁Sim與Files，此時在Sim下可以看到整個Project的Hierarchy關係

 

要編輯HDL file，可以從Project(顯示檔案的狀態)或File標籤頁內雙擊HDL檔案以開啟編輯視窗(edit window)。sim標籤頁內雖然也有列出所有HDL檔案，但雙擊HDL檔案開啟的是來源視窗(source window)，不能edit。

檔案編輯(修改)完成(存檔)後，回到Project標籤頁內看該檔案的狀態時，會發現它變成未compile的問號，要重新對它做compile，把目前的Simulate關掉(Simulate End Simulation…)，再重新 load一次，才能對新的程式做模擬 。

若要查看此project架構，必須切換到Sim標籤頁；不像VeriLogger Pro只要Compiler完，就可以在同一個Project畫面下看到整個project structure / hierarchy。Sim 標籤頁另外一個有趣的功能是：在Sim 標籤頁內選定哪一個module，其相對的內容會自動update 於signals、source、edit…等window (如果你有開啟這些視窗的話)。

另外，source與edit window兩者都可用來查看模擬時的某一個變數值或設定中斷點，但前者不可編輯。

•  

  Project 標籤頁用以顯示HDL檔案的狀態(也可以開啟其編輯視窗)

•  

  Library 標籤頁用以選定要Simulate的檔案

•  

  Sim 標籤頁用以查看project structure與開啟某module的來源視窗

•  

  File 標籤頁用以開啟某HDL檔案的編輯視窗

  ==>   四個功能拆成四個設定頁，這是ModelSim 比較耍寶的地方。

 

以下，我們接著要把想觀察的訊號引出來，然後”Run” simulation …

4-2 在Sim標籤頁內選定top-level file (system.v)，打開 signals window：View Signals 就可以看到top-level file的所有I/O signal。

 

4-3 在signals window的左半邊欄位內選定想看的訊號(如orig_bit_s1、y1_s1、y2_s1、decoded_coulmn_s1)，按滑鼠右鍵 Add to Wave Selected Signals，會跳出另一個”wave window”並把您想觀察的訊號都列出來

 

直接把signals window 的訊號拖曳到wave window 也可以 (訊號的排列次序也可以用左鍵拖曳搬移)。

      訊號的排列次序，可以直接用滑鼠拖曳調整。

如果要看的是module / sub-module 所有訊號，4-2~4-3步驟可以一次完成：

 

4-4 切回主視窗，Simulate Run Run 100ns     –>    預設Run length=100ns (一次跑100ns；可以更

Simulate Run Run-All          –>    跑到按 “Break” 才暫停   

                                                                                      –>    按”Continue Run”  則繼續

Simulate Run Step             –>    單步執行程式 (for debugging)

Simulate Run Restart         –>    重新執行模擬

 

程式執行暫停或是跑到中斷點時，要查看任一訊號或變數的數值，方法有三種

•  

  從wave window查看

•  

  游標指到source or edit視窗內的該變數，即會顯示該變數當時的數值

•  

  View Variables

 

     模擬結果如下

 

     如果想要看所有波形的範圍：View Zoom Zoom Full

     以滑鼠左鍵在波形顯示區域點一下，就會出現黃色的垂直座標線(cursor, 參閱step 5-4)。

直接在訊號波形上雙擊，會帶出Dataflow window (step 5-3)；如果你是在紅色的(unknown)線上雙擊，還可以進一步的在Dataflow window內選定該unknown signal 的wire，按滑鼠右鍵選擇 TraceX 協助你debug

如果訊號不想以預設的二進位表示，可以在wave window內選定該訊號名稱，按滑鼠右鍵選擇Signal Properties…，然後選擇表示方法(如十進位表示Decimal)。

1.  

   Dataflow window (for debugging and tracing)

 

“Dataflow window”可用來檢視所設計的電路，其訊號的實際連接情況(Drivers / Receivers)，也就是顯示訊號在執行模擬的過程中，經過哪些程序(process)，開啟的方法有兩個：

•  

  直接雙擊wave window的訊號波形，會自動跳出dataflow window，其中顯示該訊號的連接情況；以這種方法帶出dataflow window會在下方同時顯示wave viewer，不需要的話可以從ViewShow Wave取消。

•  

  從ModelSim主視窗中的ViewDataflow開啟視窗，從signals window將要看的訊號”拖曳”到Dataflow window

 

5-1 假設我們要看的是orig_del_bit_s1訊號，此時Dataflow window顯示如下：

 

5-2 如果想進一步察看此訊號的Receiver，選定其輸出連線(red highlight)，按 (expand net to all readers, ie. dow-stream circuit) 就會顯示如下結果： (直接以滑鼠左鍵雙擊red highlighted line也有同樣效果)

 

同理，可以使用 查看訊號的Drivers (ie. up-stream circuit)、使用 查看訊號的Drivers and Receivers。

(Erase All)：清除dataflow window

5-3 從dataflow視窗的ViewShow Wave，打開embedded wave viewer

       選定dataflow視窗內的元件#ASSIGN#104，此時會看到wave視窗內列出該元件的所有I/O：

       (此時如果有打開edit or source window，會自動顯示出元件#ASSIGN#104在原始碼的相對位置)

 

5-4 執行模擬3500 ns，結果如下：可以看到此cell的輸入觸發輸出的情況

1.  

   選定想要用cursor測量觸發時間點的訊號

2.  

   以滑鼠左鍵在wave顯示視窗上點一下，cursor(黃色垂直線含時間座標)會自動出現

3.  

   利用”Finder Previous Transition”、”Finder Next Transition”兩個icons，可以讓cursor自動貼到trigger edge，以便正確的量測觸發時間點。此功能非常便於尋找訊號的觸發/轉態點(active point)

 

如果想將某一個cursor快速顯示在wave window內(將顯示波形範圍移到該處)：

     View Cursors 選擇想跳至的cursor

5-5 如何step by step追蹤output被input觸發的情況呢?

1.  

   選定想要追蹤被觸發情況的訊號

2.  

   按 “Trace input net to event” icons

3.  

   自動產生另一個cursor指到前一個觸發output的input時間點，多按幾次”Trace input net to event”，會看到如下圖所示的情況，兩個cursor之間的時間間距，為白色文字所顯示的100 ns。

1.  

   如果只要編輯與Compile HDL file

 

File New Source VHDL or Verilog or Other

或是

File Add to Project New File (或是在Project標籤內，按滑鼠右鍵Add to Project New File)

1.  

   儲存檔案並關閉程式

 

File Save …   

Simulate End Simulation…

File Close Project  (要先關掉simulation，project才能關掉)

File Quit  (直接Quit 最快，可以省下上面關閉Simulation、Project的動作)  

1.  

   重新開啟 Project

 

File Open Project… (選擇.mpf檔)

1.  

   進一步訊息，請參考

   Help SE PDF Documentation Tutorials 線上使用手冊

   一些值得進一步參閱的功能：creating and viewing datasets、performance analyzer、code coverage …

   •  

     如何用ModelSim產生.vcd檔(Value Change Dump)

    

   在testbench內加入以下這段程式，然後執行ModelSim從compile -> Simulate -> Run -All，關閉ModelSim後，就會在工作目錄下看見”file_name.vcd”。

   

   •  

     如何用ModelSim產生.fsdb檔

    

   在testbench內加入以下這段程式，然後執行ModelSim從compile -> Simulate -> Run -All，關閉ModelSim後，就會在工作目錄下看見”file_name.fsdb”。

   

   要用ModelSim產生.fsdb的條件是：跑ModelSim的環境下必須有安裝Debussy，否則ModelSim會說它看不懂”fsdbDumpfile”這個指令

   •  

     如何用ModelSim(參閱NanoSim教學Step 1 ~ 2)

     系統任務(system task)命令$monitor, $fmonitor, $display, $fdisplay的用法，請自行參閱Verilog書籍[2]sec. 3-3, sec. 9-5

今天的文章Modelsim 教程分享到此就结束了，感谢您的阅读。