FPGA工程開發(fā)中仿真的重要性

在進(jìn)行FPGA工程開發(fā)中，我們都會接觸到仿真這個環(huán)節(jié)。筆者在之前就粗略的提及過FPGA開發(fā)一定要仿真，要養(yǎng)成仿真的習(xí)慣。

很多初學(xué)者或者學(xué)藝不精的工程師都比較排斥仿真。當(dāng)然，如果您也排斥仿真，那么您就要捫心自問一下自己是屬于初學(xué)者還是學(xué)藝不精的工程師。

很多初學(xué)者入門FPGA的時候所學(xué)習(xí)的編程例子都是很簡單的，比如流水燈、數(shù)碼管點亮之類的。這種入門級別的例子有個特點，代碼量少，邏輯簡單，分析容易。而且大家剛開始都是照著書本抄一遍的，基本上都是沒有什么問題的。一上板子就發(fā)現(xiàn)效果出來了。

當(dāng)然，初學(xué)者也會進(jìn)行一些仿真，但是也僅僅是因為書籍有提及到這樣一個功能，然后就嘗試一下這個功能。久而久之很多人厭倦了仿真，覺得仿真很浪費時間，他們往往更傾向于直接燒錄到板子上，然后觀察效果，最后調(diào)試代碼。

突然有一天，初學(xué)者發(fā)現(xiàn)了FPGA開發(fā)工具中有個虛擬邏輯分析儀，以Xilinx 公司為例，初學(xué)者發(fā)現(xiàn)了ChipScope這個工具。這個工具可以直接在板子上捕捉內(nèi)部寄存器值。很多初學(xué)者覺得可以用這個軟件完全取代仿真。

筆者想先從哲學(xué)的角度來分析一下。一個技術(shù)沒有被淘汰，證明它是市場公認(rèn)的，不可取代的。遙想當(dāng)年的BB機(jī)，一下子就被淘汰了，因為已經(jīng)有了可以取代它的產(chǎn)品出現(xiàn)了。FPGA的仿真是一個大方向，甚至有很多第三方的仿真軟件。為什么這些軟件沒有被淘汰，這就說明了還沒有哪項技術(shù)可以取代仿真這個環(huán)節(jié)，如果真的有，就不會有仿真軟件了。

為什么需要仿真？仿真有什么優(yōu)勢？

仿真可以讓設(shè)計者能夠很快知道模塊輸出值是否正確。說到這，就有讀者想問，直接上板子不是更快嗎？如果你以后的工作都是用FPGA來跑流水燈，點數(shù)碼管的話，那么直接上板子確實是比較快。但是筆者相信，不會有哪個公司要求你用FPGA僅僅是跑個流水燈的。如果設(shè)計者遇到稍微復(fù)雜一點的工程，注意筆者說的是稍微復(fù)雜一點，還不是很復(fù)雜。那么當(dāng)您完成一次綜合、布局布線、生成bit文件的時間超過半個小時是很正常的。當(dāng)你發(fā)現(xiàn)效果不對，又返回來打算用個ChipScope插入寄存器查看懷疑對象，那么問題來了，你打算用ChipScope查看多少個寄存器值呢？ChipScope是利用FPGA內(nèi)部資源來存儲數(shù)據(jù)達(dá)到捕捉的功能，加入過大的ChipScope會使得布局布線更為困難，時間會更久。再者ChipScope存儲量是有限的，不可能從時間0開始一直存儲下去。存滿了，下次再來就刷新了。從上面看開，如果不仿真，單純的用ChipScope進(jìn)行捕捉，每綜合一次消耗大量的時間，再者ChipScope能觀察到的信號有限，以及功能單一。這樣一個流程下來，也許一天也未必能找到問題的所在，更別說處理問題了。

如果換成仿真，你可以添加大量的觀察信號，可以從時間0開始就得到數(shù)據(jù)，對于稍微復(fù)雜的工程，不用跑半個小時的仿真已經(jīng)可以出很多數(shù)據(jù)了，足夠開發(fā)者逐步分析了。

可能初學(xué)者在筆者的再三強(qiáng)調(diào)下還是不喜歡仿真。筆者也只是希望大家不要走太多彎路，縱觀現(xiàn)在網(wǎng)上FPGA論壇或者是交流社區(qū)，大家更多討論的是我這里有個項目，我這里出了個問題，我這里這個不知道應(yīng)該怎么處理。很多書籍也是，直接告訴大家怎么建工程，舉例一些代碼什么的，甚至有些書籍只是翻譯FPGA廠家手冊而已。筆者并不是說哪些書籍不好，哪些論壇不好，大家還是要多讀書，多交流。只是在FPGA的學(xué)習(xí)上，有很多東西被大家忽略的，人們忽略的不是技術(shù)，而是思想。沒有一個正確的思想，怎么能做好一件事呢。

最后，讓我們從今天開始，打開軟件，開始仿真！