使用ModelSim作前仿真与后仿真_FPGA_FPGA开发板_FPGA教程_FPGA学习

使用环境：

Quartus II 8.1 + ModelSim-Altera 6.3g

由于FPGA可重复编程，所以不少开发人员就不写testbench，直接使用Quartus II的programmer烧进开发板看结果，或者使用Quartus II自带的Waveform Editor进行仿真，这种方式虽然可行，但仅适用于小project，若project越写越大，Quartus II光做fitter就很耗时间，一整天下来都在作Quartus II编译。

比较建议的方式，还是学ASIC那招：“写testbench先对每个module作前仿真，再对每个module作后仿真，最后再烧入FPGA测试。”

这种方式的优点是：

1.testbench比waveform editor可更灵活的描述电路规格。

2.testbench可使用Verilog的系统函数，如$display()、$fwrite()...等。

但要使用testbench作仿真，单独Qaurtus II并无法做到，就得使用ModelSim了，这又牵涉到“前仿真”与“后仿真”。

所谓的“前仿真”，就是Quartus II的Functional Simulation，不考虑电路的门延迟与线延迟，重点在观察电路在理想环境下的行为与设计构想是否一致。由于没经过fitter阶段，所以仿真速度很快。前仿真结果正确，并不表示将来结果结果正确，但若前仿真结果不正确，则将来结果一定不正确。

所谓的“后仿真”，就是Quartus II的Timing Simulation，考虑了电路的门延迟与线延迟，由于经过fitter阶段，所以模拟结果最为精准。但fitter在Quartus II编译需耗费很多时间，所以建议“前仿真”正确后，再考虑“后仿真”。

使用Quartus II的waveform editor作前仿真与后仿真，我就不再多谈，本文主要是谈如何使用ModelSim-Altera作前仿与后仿。

1.使用GUI的方式在ModelSim-Altera作前仿真。

2.使用DO macro在ModelSim-Altera作前仿真。

3.使用Quartus II + ModelSim-Altera作后仿真。

Counter.v / Verilog

1 /*
2 (C) OOMusou 2008 http://oomusou.cnblogs.com
3
4 Filename    : Counter.v
5 Compiler    : Quartus II 8.1 / ModelSim-Altera 6.3g
6 Deｓｃｒｉｐｔion : simple counter
7 Release     : 01/30/2009 1.0
8 */
9
10 `timescale 1ns/100ps
11
12 module Counter (
13  input        CLK,
14  input        RST_N,
15  output [3:0] CNT
16 );
17
18 reg [3:0] cnt;
19 assign CNT = cnt;
20
21 always@(posedge CLK, negedge RST_N) begin
22  if (!RST_N)
23     cnt <= #5 4'h0;
24  else
25     cnt <= #5 cnt + 1'b1;
26 end
27
28 endmodule

一个很简单的counter，从0数到15重复数。由于要使用ModelSim作前仿，所以在reg做了delay，不过这在Quartus II作合成时会自动忽略，因为delay并非可合成的Verilog。

一般写给FPGA的RTL，都不会去设定timescale，不过由于要用ModelSim作前仿，所以要加上timescale。

Counter_tb.v / Verilog

1 /*
2 (C) OOMusou 2008 http://oomusou.cnblogs.com
3
4 Filename    : Counter_tb.v
5 Compiler    : Quartus II 8.1 / ModelSim-Altera 6.3g
6 Deｓｃｒｉｐｔion : simple counter testbench
7 Release     : 01/30/2009 1.0
8 */
9
10 `timescale 1ns/100ps
11
12 module Counter_tb;
13
14 reg        clk;
15 reg        rst_n;
16 wire [3:0] cnt;
17
18 parameter PERIOD = 20;
19
20 Counter counter (
21   .CLK(clk),
22   .RST_N(rst_n),
23   .CNT(cnt)
24 );
25
26 initial begin
27   #0 clk   = 1'b0;
28      rst_n = 1'b0;
29   #5 rst_n = 1'b1;
30 end
31
32 // 50MHz
33 always #(PERIOD/2) clk = ~clk;
34
35 endmodule

一个很典型的testbench，唯一要注意的是第28行。

rst_n = 1'b0;
#5 rst_n = 1'b1;

之所以一开始要将rst_n为0，是因为ModelSim与Quartus II对reg初始值看法不一样，Quartus II认为reg初始值为0，但ModelSim认为reg初始值为x，所以需要rst_n=1'b0将reg归0，这样用ModelSim前仿才会正确，但ModelSim后仿可以不这样做，因为Quartus II会先做处理。

不过为了前仿与后仿都使用同一个testbench，建议加上rst_n = 1'b0设定reg初始值为0。

有了RTL与testbench之后，来看看如何使用ModelSim作前仿与后仿。

1.使用GUI的方式在ModelSim-Altera作前仿真
ModelSim提供了全GUI的方式，只要使用操作的方式，就能做前仿。

Step 1：
File -> New Project