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浅析基于Modelsim FLI接口的协同仿真技术

中国电子科技集团公司第四十七研究所 裴志强 刘淼?? 2010年06月29日 ?? 收藏0

  1 前言

  协同仿真就是利用仿真工具提供的外部接口,用其它程序设计语言(非HDL语言,如c语言等)编程,用辅助仿真工具进行仿真。MODELsim 提供了与c语言的协同仿真接口。以Windows平台为例,用户可通过MODELsim 提供的c语言接口函数编程,生成动态链接库,由MODELsim 调用这些动态链接库进行辅助仿真,如图1所示。

协同仿真示意图

图1 协同仿真示意图

  2 MODELsim及FLI接口介绍

  MODELsim是MODEL Technology(Mentor Graphics的子公司)的HDL硬件描述语言仿真软件,可以实现VHDL、Verilog以及VHDL-Verilog混合设计的仿真。除此之外,MODELsim 还能够与c语言一起对HDL设计文件实现协同仿真。同时,相对于大多数的HDL仿真软件来说,MODELsim 在仿真速度上也有明显优势。这些特点使MODELsim 越来越受到EDA设计者、尤其是FPGA设计者的青睐。

  MODELsim的FLI(Foreign Language Interface)接口,提供了c语言动态链接程序与仿真器的接口,可以通过c语言编程对设计文件进行辅助仿真。

  3 协同仿真系统的结构及意义

  MODELsim与c语言协同仿真,一是用于产生测试向量,避免手工编写测试向量的繁琐;二是可以根据程序计算结果自动检查仿真结果正确与否;三是模拟其它模块(如RAM)的功能,在系统级对设计文件仿真。实践中一般是把一和二结合在一起,用程序产生仿真向量,一方面输出给设计文件作为输入,另一方面由程序本身对该向量计算,把得到的结果与仿真器的输出结果比较,检查逻辑是否正确,如图2所示。至于模拟功能,现在已经有一些通用芯片的模拟程序,如denali可以模拟RAM的功能。另外,用户也可以利用MODELsim 提供的编程接口自己模拟一些芯片的行为,然后与设计文件连接到一起仿真。

语言测试程序对VHDL设计文件的协同仿真结构图

图2 语言测试程序对VHDL设计文件的协同仿真结构图

  4 C语言对VHDL设计文件的协同仿真

  4.1 构成框图

  仿真文件的构成如图3所示,包括HDL文件和动态链接库(即c程序)。图中c程序对应的VHDL文件要负责声明对应的动态链接库文件名及初始化函数,另外还可以给出一些调用参数。动态链接中用到的输入输出信号也要在对应的VHDL文件中声明。

  例如,假定有一个DLL文件名为sim.dll,对应的初始化函数为sim_init,有输入信号in1、in2,输出信号out1、 out2,可以这样编写对应的VHDL文件

  (sim.vhd):

  library ieee;

  use ieee.std_logic_1164.all;

  entity sim is

  port(

  in1 :in std_logic;

  in2 :in std logic;

  out1 :out std_logic;

  out2 :out std_logic;

  );

  end entity sire;

  architecture dll of sim is

  attribute foreign :string;

  attribute foreign of dll :architecture is "sim_init

  sim.dll”

  begin

  end;

  仿真时,仿真器对顶层的HDL文件进行仿真,并根据各VHDL文件的动态链接库声明来调用、执行相应的动态链接库。

  4.2 动态链接库的程序结构

  利用MODELsim仿真时,可根据VHDL文件的声明,调用DLL文件(如sim.dll)。在VHDL文件中已经给出了调用文件(sim.dll)和初始化函数名(如sim_init),MODELsim 根据这些信息,调用sim.dll中的sim_init函数,完成初始化工作。初始化包括:

  ①初始化全局变量;

  ②设置VHDL输入输出信号与c程序变量的对应关系;

  ③设置输出信号的一些初始状态(mti_ScheduleDriver);

  ④设置在仿真器重新仿真(restart)和仿真器退出仿真(quit)等情况下执行的一些函数(mti_AddRestartCB和 mti_AddQuitCB等),如释放动态申请内存等;

  ⑤设置敏感表,给出在某些信号发生变化(如时钟上升沿等)时执行的函数。

  ⑥其它。

  C程序的设计步骤如下:

  (1)包含头文件,包括c程序常用的一些头文件和MODELsim 给出的外部语言接口头文件mti.h。MODELsim 给出的外部接口函数说明、类型定义等都在mti.h中。


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Modelsim FLI? 协同仿真? VHDL?

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