### 使用ModelSim SE 进行功能仿真与时序仿真的方法详解
#### 一、引言
在FPGA设计过程中，验证设计的正确性是非常重要的一步。ModelSim SE是一款广泛使用的仿真工具，能够帮助设计者在不同的设计阶段进行功能仿真和时序仿真。本文将详细介绍如何使用ModelSim SE进行功能仿真和时序仿真的方法，并以ALTERA的FPGA为例进行说明。
#### 二、准备工作
在开始仿真之前，需要确保以下软件环境已经准备妥当：
1. **Quartus II**：这是ALTERA公司提供的FPGA开发软件。对于Stratix II、Cyclone II或MAX II等系列的FPGA，建议使用Quartus II 6.0 + SP1 + SP2版本，因为该版本在实际使用过程中表现较为稳定。
2. **ModelSim SE**：用于进行功能和时序仿真的工具。本示例中使用的是ModelSim SE 6.1b版本。同时，需要确保已经正确安装了ALTERA的仿真库，具体安装步骤可以参考《在ModelSim SE中添加ALTERA仿真库的详细步骤》文档。
#### 三、创建示例程序
接下来，我们将通过Quartus II创建一个简单的示例程序来演示三种不同类型的仿真方法。
1. **新建工程**：在Quartus II中新建一个工程，命名为`lpm_shift`，选择器件为Cyclone II EP2C5Q208C。
2. **添加组件**：使用MegaWizard插件管理器添加LPM_SHIFTREG组件，输出文件格式选择Verilog HDL，并命名为`lpm_shift`。
3. **配置参数**：根据需求配置移位寄存器的参数，例如添加异步清零端口等。
4. **集成到项目**：将生成的`lpm_shift.v`文件添加到工程中。
5. **编写测试平台**：创建一个名为`top_tb`的简单测试平台文件。
#### 四、ModelSim SE仿真流程
在ModelSim SE中，可以采用基于项目的仿真流程来进行验证，主要包括以下几个步骤：
1. **新建工程**：在ModelSim SE中新建一个工程，指定保存路径。
2. **添加文件到工程**：将HDL源文件(`lpm_shift.v`)、测试平台文件(`top_tb.v`)以及仿真原型文件(`220model.v`)添加到工程中。
3. **编译设计文件**：选中所有需要的文件并进行编译。
4. **启动仿真器并指定顶层设计单元**：启动仿真器，并指定顶层模块。
5. **查看和调试仿真结果**：分析仿真波形，确认设计行为符合预期。
#### 五、不同阶段的仿真
针对ALTERA FPGA设计，通常会经历以下三个阶段的仿真：
1. **纯粹的功能仿真**：在这一阶段，主要关注设计的功能是否正确实现，不考虑任何物理实现细节。此时，只需要HDL源文件和测试平台文件即可完成仿真。
2. **综合后的功能仿真**：在经过综合过程后，设计会被转换成门级网表，这时进行的功能仿真可以更接近实际硬件的行为。
3. **布局布线后的时序仿真**：在完成布局布线之后，可以通过时序仿真来检查设计的时序特性，如建立时间和保持时间等关键指标是否满足要求。
#### 六、具体操作步骤
以功能仿真为例，具体操作步骤如下：
1. **新建工程**：打开ModelSim SE，新建一个工程，并指定工程名称和保存路径。
2. **添加文件**：将HDL源文件(`lpm_shift.v`)、测试平台文件(`top_tb.v`)及仿真原型文件(`220model.v`)添加到工程中。
3. **编译设计文件**：选择所有文件，点击“编译”按钮进行编译。
4. **启动仿真器**：进入“仿真”菜单，点击“开始仿真”，并指定顶层模块(`top`)。
5. **查看仿真结果**：通过波形视图查看仿真结果，确认设计行为符合预期。
#### 七、总结
通过上述步骤，我们可以有效地利用ModelSim SE进行功能仿真和时序仿真，这对于验证FPGA设计的正确性和优化设计具有重要意义。无论是初学者还是经验丰富的设计师，掌握这些技巧都是非常有益的。希望本文能够帮助您更好地理解和应用ModelSim SE在FPGA设计中的仿真功能。
lyswp2012-09-07很佩服作者，很细心，分享了，谢谢了。
