ModelSim+Synplify+Quartus的Altera FPGA的仿真實現(xiàn)

工作內(nèi)容:
1、設(shè)計一個多路選擇器，利用ModelSimSE做功能仿真；
2、利用Synplify Pro進行綜合，生成xxx.vqm文件；
3、利用Quartus II導(dǎo)入xxx.vqm進行自動布局布線，并生成xxx.vo(Verilog
4、利用ModelSimSE做后仿真，看是否滿足要求。

注：
1. 仿真器(Simulator)是用來仿真電路的波形。
2. 綜合工具(Synthesizer)的功能是將HDL轉(zhuǎn)換成由電路所組成的Netlist。
3. 一般而言，在電路設(shè)計的仿真上可分為Pre-Sim 和Post-Sim。Pre-Sim 是針而Post-Sim則是針對綜合過且做完成了Auto Place and Route（APR)的電路進行仿真，以確保所設(shè)計的電路實現(xiàn)在FPGA上時，與Pre-Sim 的功能一樣。

1、前仿真（Pre-Sim）
步驟一：打開ModelSimSE，然后建立一個Project；
※建立Project的方式為點選File → New → Project…；
※設(shè)定Project Name 與Project location，按OK 即可建立Project。

步驟二：新增設(shè)計文檔或加入文檔。
※新增文檔的方式為點選File → New → Source → Verilog，然后對文檔進行編輯并儲存為xxx.v；
※加入文檔的方式為點選File → Add to Project → File...，然后點選xxx.v；

步驟三：編譯(Compile)。
※編譯文檔的方式為點選Compile → Compile All，即可編譯所有的文檔。
※如果編譯時發(fā)生錯誤，在顯示錯誤的地方(紅字)點兩下，即可跳到錯誤。

步驟四：新增或加入測試平臺(Testbench)。
※當設(shè)計完電路后，為了確定所設(shè)計的電路是否符合要求，我們會寫一個測 試平臺(Testbench)；
※新增或加入測試平臺，然后編譯它。

步驟五：仿真(Simulate)。
※仿真的方式為點選Simulate → Simulate…；
※打開Design里面的work，然后點選mux_4_to_1_tb 并Add 它，最后按Load 即可跳到仿真窗口。

步驟六：加入信號線。
※在窗口上按右鍵，然后點選Add → Add to Wave；

步驟七：看波形。
※在工具列上按Run，然后就會顯示波形；
※慢慢看波形吧，沒有波形就沒有真相!

以上就是使用ModelSim做Pre-Sim的基本流程，在此要特別強調(diào)的是，ModelSim所有的功能并不僅僅于此，如果你想要了解更多的話，一切都要靠自己花時間去問去試，只有努力的人才能有豐富的收獲，加油！

2、綜合（Synthesis）
步驟一：打開Synplify Pro，然后建立一個Project。
※先點選File，再點選New；
※選擇Project File，并設(shè)定File Name與File Location；

步驟二：加入設(shè)計文件。
※點選欲加入的xxx.v，然后按Add，再按OK后就可以將檔案加入。

步驟三：選擇FPGA的Device 與其它相關(guān)設(shè)定。
※先點選Project，再點選Implementation Options。
※在Device 的設(shè)定如下：Technology為Altera Stratix，Part為EP1S10，Speed 為-6，Package 為FC780。
※在Options 的設(shè)定是將FSM Compiler與Resource Sharing打勾。
※在Constraints的設(shè)定是將Frequency設(shè)定至100Mhz。
※在Implementation Results的設(shè)定是將Result File Name填入與電路模塊相同的名稱，而xxx.vgm這個文件會在QuartusII做APR時被使用。然后將下列兩個選項打勾(Write Vendor Constraint File與Write Mapped Verilog Netlist)。
※在Timing Report的設(shè)定是將Number of Critical Paths與Number of Start/End Points都設(shè)為11。
※在Verilog里是將TOP Level Module填入與電路模塊相同的名稱，然后將 Use Verilog 2001打勾。

步驟四：綜合(Synthesis)。
※點選RUN → Synthesize，最后出現(xiàn)Done!就是已經(jīng)綜合完畢。

步驟五：檢查綜合后的電路。
※先點選HDL Analyst，再點選RTL，最后點選Hierarchal View，畫面會出現(xiàn)綜合后的電路Netlist。

以上就是使用Synplify將HDL程序合成為電路Netlist的基本流程，值得注意的是，當你針對不同要求而設(shè)定的Constraints不同時，你就會得到不同的電路Netlist，所要付出的硬件代價也不同，這就需要大家多花點心思來了解其中的奧妙之處。

3、自動布局布線（APR）
步驟一：開啟Quartus II，然后建立一個Project。
※先點選File，再點選New Project Wizard…。
※設(shè)定Work Directory，Project Name與Top-Level Entity Name，再按Next。

步驟二：加入設(shè)計文件。
※點選Add…，將Synplify合成出來的xxx.vqm加入，再按Next。

步驟三：設(shè)定相關(guān)的EDA Tools。
※在Tool Type點選Simulation，Tool Name點選ModelSim。

※點選Settings，將Time Scale設(shè)定為1 ns。


步驟四：設(shè)定Family。
※設(shè)定Family為Stratix，再按Next。

步驟五：設(shè)定Device。
※設(shè)定Device 為EP1S10F780C6，再按Finish，即可完成Project的設(shè)定。

步驟六：編譯。
※點選Processing → Start Compilation，即可開始編譯。

步驟七：完成編譯。
※彈出下面窗口即代表編譯完畢。

以上就是使用Quartus II對電路Netlist做APR的基本流程，并且利用設(shè)定仿真工具所產(chǎn)生的xxx.vo(Verilog Output File)與xxx.sdo(Standard Delay Output File)做后仿真。

4、后仿真（Post-Sim）
步驟一：啟動ModelSim，然后建立一個Project。
※建立Project的方式為點選File → New → Project…。
※設(shè)定Project Name與Project location，按OK即可建立Project。

步驟二：加入設(shè)計文檔。
※將xxx.vo更改為xxx.v，然后加入。

步驟三：加入組件庫文件。
※由于我們是采用Altera的Cell Library來合成電路，所以合成后的電Netlist里所包括的那些Logic Gates與Flip-Flop 都是出自于Cell Library，所以模擬時要將此Cell Library加入。
※我們所選用的Family是Stratix，所以到QuartusIIedasim_lib 里將Stratix的Cell Library(stratix_atoms.v)加入。

步驟四：加入測試平臺。
※加入Pre-Sim的測試平臺，并在測試平臺里加上`timescale 1ns/100ps。

步驟五：編譯。
※編譯檔案的方式為點選Compile → Compile All，即可編譯所有的檔案。
※如果編譯時發(fā)生錯誤，在顯示錯誤的地方(紅字)點兩下，即可跳到錯誤。

步驟六：仿真。
※仿真文件的方式為點選Simulate → Simulate…。

步驟七：加入要觀察的信號。
※在窗口上按右鍵，然后點選Add → Add to Wave。

步驟八：觀察波形。

※慢慢看波形吧，沒有波形就沒有真相!

步驟九：比對Pre-Sim 與Post-Sim。
※很明顯地，Post-Sim 的輸出有不穩(wěn)定的信號，并且受到延遲時間的影響。