如何脫離Vivado建立單獨(dú)仿真環(huán)境軟件呢？

開發(fā)目的

FPGA項(xiàng)目開發(fā)的過(guò)程中，需要完成設(shè)計(jì)代碼開發(fā)、驗(yàn)證環(huán)境搭建、仿真分析、板級(jí)驗(yàn)證等操作，在這個(gè)過(guò)程中，許多操作雖然必不可少但是步驟是重復(fù)的。輔助軟件通過(guò)預(yù)先定義的處理模式，對(duì)一些重復(fù)性復(fù)雜操作通過(guò)Python輔助軟件使操作簡(jiǎn)化以提高項(xiàng)目開發(fā)效率。獨(dú)立仿真可以不依賴Vivado，簡(jiǎn)化仿真步驟，但建立獨(dú)立仿真往往需要復(fù)雜繁瑣的步驟，所以簡(jiǎn)化建立獨(dú)立仿真的步驟很有必要。

重要的是，有了脫離Vivado建的第三方仿真工具單獨(dú)的環(huán)境，為FPGA工程后續(xù)ASIC化提前搭建好仿真環(huán)境，只把用到的庫(kù)和相關(guān)文件從Vivado庫(kù)里抽取出來(lái)，同時(shí)，每次仿真時(shí)不用啟動(dòng)非常占資源的Vivado軟件，直接運(yùn)行仿真腳本即可。同時(shí)，軟件生成的仿真環(huán)境后也可以手動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，按照用戶自己熟悉的仿真習(xí)慣進(jìn)行定制化修改。

功能描述

該軟件用于提升FPGA仿真效率，節(jié)省仿真時(shí)間和步驟。本軟件可以建立獨(dú)立仿真，生成Questasim、modesim或VCS環(huán)境下的獨(dú)立仿真，可視化界面，更加方便用戶操作。

RTL設(shè)計(jì)完后會(huì)進(jìn)行仿真Vivado內(nèi)自帶仿真器，或者可以通過(guò)Vivado啟動(dòng)第三方仿真工具聯(lián)合仿真。但是在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中，當(dāng)我們修改代碼后，需要關(guān)閉仿真軟件并重啟仿真，之前加載的波形信號(hào)也需要重新加載。因而很多時(shí)候，我們希望脫離Vivado，利用Modelsim或者VCS等第三方仿真工具，提高仿真效率；在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)提取工程中的代碼文件和IP核信息文件，縮減工程所占用的內(nèi)存空間，方便項(xiàng)目開發(fā)人員同步及備份。該軟件建立獨(dú)立仿真首先會(huì)提取源仿真工具、目的仿真工具，了解要建立哪種環(huán)境下的獨(dú)立仿真。

還要提取自動(dòng)化仿真文件名和創(chuàng)建獨(dú)立仿真的路徑，用于建立獨(dú)立仿真文件夾，該文件夾有rtl和sim兩個(gè)文件夾，仿真用到的文件都會(huì)放到該文件夾里面。然后會(huì)提取tb的module名字和vivado生成do文件路徑，該軟件會(huì)根據(jù)路徑和tb的module名字找到Vivado生成do文件，提取do文件里面的信息，把對(duì)應(yīng)文件放到自動(dòng)化仿真文件夾里面。提取目的仿真工具的win64和.setup文件的路徑，用于建立批處理文件和makefile文件。提取完信息后，點(diǎn)擊“開始生成按鈕”即完成建立自動(dòng)化仿真操作。

該軟件在可執(zhí)行python的環(huán)境下均可以運(yùn)行，在實(shí)際項(xiàng)目測(cè)試中，能夠自動(dòng)生成自動(dòng)化仿真工程，減少仿真對(duì)vivado的依賴，減少了大量的重復(fù)性操作。

為了方便項(xiàng)目開發(fā)人員對(duì)輔助軟件的使用，輔助軟件需要具有良好的可視化操作界面，在完成一些基本參數(shù)的配置后，可一鍵式完成復(fù)雜操作。GUI界面如圖1所示：

使用說(shuō)明

1 安裝和初始化

本軟件免安裝，通過(guò)點(diǎn)擊FPGA_simulate_tool.exe文件即可執(zhí)行，如圖2所示：

2 輸入

根據(jù)GUI界面的提示輸入需要執(zhí)行的命令。

3 輸出

運(yùn)行軟件后，首先會(huì)根據(jù)選擇生成不同的輸出文件，選擇“自動(dòng)化仿真生成工具”，輸入提示信息后，點(diǎn)擊生成“開始生成”，會(huì)生成自動(dòng)化仿真工程，如圖3所示，其中所有rtl文件存放在rtl文件夾下，include文件存放在inlcud文件夾下，sim文件存放do文件和批處理文件。

操作步驟

本軟件在Window10的python可執(zhí)行環(huán)境下示例操作。自動(dòng)化仿真生成工具使用步驟如下：

步驟1：首先選擇源仿真工具和目的仿真工具。源仿真工具可供選擇的有：ModeSim、Questasim，目的仿真工具可供選擇的有ModeSim、Questasim、VCS，如圖7所示。

步驟2：輸入tbmodule名字、自動(dòng)化仿真文件名字，會(huì)產(chǎn)生該名字的文件夾，自動(dòng)化仿真工程在該文件夾里面。

步驟3：選擇“創(chuàng)建獨(dú)立仿真路徑”后面的“選擇路徑”按鈕，會(huì)讓選擇路徑，選擇好后點(diǎn)擊“選擇文件夾”按鈕，選擇創(chuàng)建獨(dú)立仿真路徑，如圖8所示：

步驟4：點(diǎn)擊“選擇路徑”按鈕，選擇vivado的do文件路徑和win64或.setup路徑，整體輸入信息如圖9所示：

步驟5：點(diǎn)擊“開始生成”按鈕，生成獨(dú)立仿真工程，生成成功會(huì)顯示“PASS”。如圖10所示。其中獨(dú)立仿真工程目錄在D盤文件夾“bus0123_40_25_NO_UDP_1”，文件名為“2”。該文件夾下內(nèi)容如圖11所示，其中所有rtl文件在rtl文件夾下，所有include文件在include文件夾下。

當(dāng)目的仿真工具選擇“modelsim”或者“questasim”，sim文件夾內(nèi)容如圖12所示。其中.coe文件是源vivado工程的RAM的初始化文件，不是該軟件生成的文件。filelist.f文件存放所有需要編譯的rtl列表，run.do文件是用于自動(dòng)化仿真，sim.bat和sim_fast_no_gui.bat是批處理文件，以上四個(gè)文件都是該軟件生成。點(diǎn)擊sim.bat或者sim_fast_no_gui.bat即可運(yùn)行仿真工具進(jìn)行自動(dòng)化仿真，其中sim_fast_no_gui.bat省去了仿真工具的GUI界面，可以加速仿真速度。

當(dāng)目的仿真工具選擇“VCS”時(shí)（雖然Vivado聯(lián)合VCS仿真時(shí)有自帶的一鍵轉(zhuǎn)換到VCS仿真的功能，但本文軟件提供的是一種更直接的脫離方式，把用到的庫(kù)和所有文件單獨(dú)提取出來(lái)放到一個(gè)文件夾中，便于分享，也便于為ASIC化的IP替換創(chuàng)建必要的環(huán)境），sim文件夾內(nèi)容如圖13所示。其中.coe文件是源vivado工程的RAM的初始化文件，不是該軟件生成的文件。

filelist.f文件存放所有需要編譯的rtl列表，makefile是自動(dòng)仿真文件，輸入make即可進(jìn)行VCS的自動(dòng)化仿真，仿真完后輸入makeverdi，即可用verdi打開波形文件。

上圖中雙擊sim.bat文件即可運(yùn)行。

說(shuō)明：建議在原Vivado工程所在的機(jī)器上運(yùn)行該軟件提取相關(guān)腳本信息，原Vivado工程需要調(diào)用第三方仿真工具運(yùn)行過(guò)并保留相應(yīng)的sim文件夾。如有問(wèn)題，請(qǐng)檢查vivado版本和仿真工具版本，以及編譯的vivado仿真庫(kù)所用的vivado版本和仿真工具版本。

結(jié)論

本軟件根據(jù)預(yù)先定義的Python腳本命令，通過(guò)用戶與GUI界面的交互，輸入必要的信息，將原本重復(fù)繁瑣操作通過(guò)輔助軟件進(jìn)行簡(jiǎn)化，提升了RTL的仿真的工作效率。本軟件通過(guò)將大量重復(fù)性文件和文件夾進(jìn)行批處理，減少了人力創(chuàng)建文件夾，書寫重復(fù)代碼，人工轉(zhuǎn)化表項(xiàng)等繁瑣操作。此外，通過(guò)GUI界面的交互，提供了一個(gè)可視化界面，極大的提高了軟件的可操作性。

審核編輯：劉清