Modelsim獨立仿真vivado的IP
最近一直在做local dimming項目的FPGA硬體實作，算法的其中一步就是直方圖統計，即數字圖像的某一灰階級的像素數，這個直方圖的源碼找了半天才搞到，就在<<牟新剛周曉鄭曉亮著: 基千FPGA的數字圖像處理原理及應用>>這一本書有詳細的描述。但有了這個代碼，還得檢視直方圖處理的效果，那我隻有搭建仿真檢視，但modelsim一直出錯，提示直方圖子產品調用的雙口ram不存在，于是下面介紹modelsim獨立仿真帶有vivado的IP的解決辦法。
後面還會附上我一直在用的仿真腳本，十分友善！
一：實作步驟
第一步在vivado中編譯仿真庫，将編譯後的仿真庫放在自己建立的檔案夾，如D:/xilinx/xlib，我已經編譯好了，如下圖
二：源碼
1.設計子產品源碼histogram_2d的源碼，已經将其中的雙口ram的IP核調用和其中一些代碼注釋（報錯的），因為書中的vivado版本比較老，故不能仿真運作，會報錯。
1 `timescale 1ns/1ns
2
3 module histogram_2d(
4 rst_n,
5 clk,
6 din_valid,
7 din,
8 dout,
9 vsync,
10 dout_valid,
11 rdyOutput,
12 //`ifdef Equalize
13 hist_cnt_addr,
14 hist_cnt_out,
15 //`endif
16 //`ifdef LinearTransfer
17 lowCnt,
18 highCnt,
19 lowIndex,
20 highIndex,
21 //`endif
22 int_flag
23 );
24
25 parameter DW = 14;
26 parameter IH = 512;
27 parameter IW = 640;
28 parameter TW = 32;
29
30 localparam TOTAL_CNT = IW * IH;
31 localparam HALF_WIDTH = (TW>>1);
32
33 input rst_n;
34 input clk;
35 input din_valid;
36 input [DW-1:0]din;
37 input rdyOutput;
38
39 output reg [HALF_WIDTH:0]dout;
40 input vsync;
41 output reg dout_valid;
42 output reg int_flag;
43
44 //`ifdef LinearTransfer
45 input [TW-1:0]lowCnt;
46 input [TW-1:0]highCnt;
47 output reg[DW-1:0]lowIndex;
48 output reg[DW-1:0]highIndex;
49 //`endif
50
51 //`ifdef Equalize
52 input [DW-1:0]hist_cnt_addr;
53 output reg [TW-1:0]hist_cnt_out;
54 //`endif
55
56 reg vsync_r;
57 reg dvalid_r;
58 reg dvalid_r2;
59 reg [DW-1:0]din_r;
60 reg [DW-1:0]din_r2;
61 wire hsync_fall;
62 wire hsync_rise;
63 reg [9:0]hsync_count;
64 reg count_en;
65 wire [DW-1:0]mux_addr_b;
66 wire [DW-1:0]mux_addr_b2;
67 wire [TW-1:0]q_a;
68 wire [TW-1:0]q_b;
69 reg [TW-1:0]counter;
70 wire [TW-1:0]count_value;
71 wire rst_cnt;
72 wire inc_en;
73 wire we_a;
74 wire we_b;
75 wire we_b_l;
76 reg we_b_h;
77
78 reg int_r;
79
80 wire [DW-1:0]addr_a;
81 wire [DW-1:0]clr_addr;
82 reg [DW-1:0]clr_addr_r;
83 reg [DW:0]out_pixel;
84
85 reg count_all;
86 //reg count_all_r;
87 reg count_en_r;
88
89 reg [TW-1:0]hist_cnt;
90 wire rstOutput;
91
92
93 wire [TW-1:0]dataTmp2;
94 wire clr_flag;
95
96 assign #1 hsync_fall = dvalid_r & (~(din_valid));
97 assign #1 hsync_rise = (~(dvalid_r)) & din_valid;
98
99 always @(posedge clk or negedge rst_n)
100 if (((~(rst_n))) == 1'b1)
101 hsync_count <= #1 {10{1'b0}};
102 else
103 begin
104 if (vsync_r == 1'b1)
105 hsync_count <= #1 {10{1'b0}};
106 else if (hsync_fall == 1'b1)
107 hsync_count <= hsync_count + 10'b1;
108 end
109
110 always @(posedge clk or negedge rst_n)
111 if (((~(rst_n))) == 1'b1)
112 count_en <= #1 1'b0;
113 else
114 begin
115 if (hsync_count >= IH)
116 count_en <= #1 1'b0;
117 else if (hsync_rise == 1'b1)
118 count_en <= #1 1'b1;
119 else
120 count_en <= #1 count_en;
121 end
122
123 assign mux_addr_b = ((count_en == 1'b1)) ? din_r :
124 clr_addr;
125 assign mux_addr_b2 = ((count_en == 1'b1)) ? din_r :
126 clr_addr_r;
127
128
129 always @(posedge clk)
130 begin
131 din_r2 <= #1 din_r;
132 dvalid_r2 <= #1 dvalid_r;
133 end
134
135 always @(posedge clk)
136 begin
137 if (rst_cnt == 1'b1)
138 counter <= #1 {{TW-1{1'b0}},1'b1};
139 else if (inc_en == 1'b1)
140 counter <= #1 counter + {{TW-1{1'b0}},1'b1};
141 else
142 counter <= #1 counter;
143 end
144
145 assign #1 rst_cnt = (((din_r != din_r2) | ((dvalid_r2 == 1'b1) & (dvalid_r == 1'b0)))) ? 1'b1 :
146 1'b0;
147 assign #1 inc_en = (((din_r == din_r2) & (dvalid_r2 == 1'b1))) ? 1'b1 :
148 1'b0;
149
150 assign #1 we_a = ((((din_r != din_r2) & (dvalid_r2 == 1'b1)) | ((dvalid_r2 == 1'b1) & (dvalid_r == 1'b0)))) ? 1'b1 :
151 1'b0;
152 assign #1 count_value = ((count_en == 1'b1)) ? counter + q_b :
153 {TW{1'b0}};
154
155 assign #1 addr_a = din_r2;
156
157 assign dataTmp2 = {TW{1'b0}};
158
159 // hist_buffer dpram_bin_l(
160 // .address_a(addr_a), //addra
161 // .address_b(mux_addr_b), //addrb
162 // .clock(clk),
163 // .data_a(count_value[HALF_WIDTH - 1:0]), //dina
164 // .data_b(dataTmp2[HALF_WIDTH - 1:0]),
165 // .wren_a(we_a),
166 // .wren_b(we_b_l),
167 // .q_a(q_a[HALF_WIDTH - 1:0]), //douta
168 // .q_b(q_b[HALF_WIDTH - 1:0]) //doutb
169 // );
170 //
171 hist_buffer dpram_bin_l (
172 .clka(clk), // input wire clka
173 .ena(1), // input wire ena
174 .wea(we_a), // input wire [0 : 0] wea
175 .addra(addr_a[9 : 0]), // input wire [9 : 0] addra
176 .dina(count_value[HALF_WIDTH - 1:0]), // input wire [31 : 0] dina
177 .douta(q_a[HALF_WIDTH - 1:0]), // output wire [31 : 0] douta
178 .clkb(clk), // input wire clkb
179 .enb(1), // input wire enb
180 .web(we_b_l), // input wire [0 : 0] web
181 .addrb(mux_addr_b[9 : 0]), // input wire [9 : 0] addrb
182 .dinb(0), // input wire [31 : 0] dinb
183 .doutb(q_b[HALF_WIDTH - 1:0]) // output wire [31 : 0] doutb
184 );
185 //
186 // defparam dpram_bin_l.AW = DW;
187 // defparam dpram_bin_l.DW = HALF_WIDTH;
188
189 // hist_buffer dpram_bin_h(
190 // .address_a(addr_a),
191 // .address_b(mux_addr_b2),
192 // .clock(clk),
193 // .data_a(count_value[TW - 1:HALF_WIDTH]),
194 // .data_b(dataTmp2[TW - 1:HALF_WIDTH]),
195 // .wren_a(we_a),
196 // .wren_b(we_b_h),
197 // .q_a(q_a[TW - 1:HALF_WIDTH]),
198 // .q_b(q_b[TW - 1:HALF_WIDTH])
199 // );
200
201 hist_buffer dpram_bin_h (
202 .clka(clk), // input wire clka
203 .ena(1), // input wire ena
204 .wea(we_a), // input wire [0 : 0] wea
205 .addra(addr_a[9 : 0]), // input wire [9 : 0] addra
206 .dina(count_value[TW - 1:HALF_WIDTH]), // input wire [31 : 0] dina
207 .douta(q_a[TW - 1:HALF_WIDTH]), // output wire [31 : 0] douta
208 .clkb(clk), // input wire clkb
209 .enb(1), // input wire enb
210 .web(we_b_h), // input wire [0 : 0] web
211 .addrb(mux_addr_b2[9 : 0]), // input wire [9 : 0] addrb
212 .dinb(0), // input wire [31 : 0] dinb
213 .doutb(q_b[TW - 1:HALF_WIDTH]) // output wire [31 : 0] doutb
214 );
215
216 // defparam dpram_bin_h.AW = DW;
217 // defparam dpram_bin_h.DW = HALF_WIDTH;
218
219 always @(posedge clk or negedge rst_n)
220 if (((~(rst_n))) == 1'b1)
221 count_en_r <= #1 1'b0;
222 else
223 count_en_r <= #1 count_en;
224
225 assign rstOutput = count_en_r | (~(rdyOutput));
226
227 reg [DW-1:0]lowIndex_tmp;
228 reg [DW-1:0]highIndex_tmp;
229 reg [DW-1:0]highIndex_tmp2;
230 reg bFindMax;
231 reg bFindMin;
232
233 always @(posedge clk or negedge rst_n)
234 if ((~(rst_n)) == 1'b1)
235 begin
236 lowIndex_tmp <= {DW{1'b0}};
237 highIndex_tmp <= {DW{1'b1}};
238 bFindMin <= 1'b0;
239 bFindMax <= 1'b0;
240 highIndex_tmp2 <= {DW{1'b0}};
241 end
242 else
243 begin
244 if (vsync_r == 1'b0 & vsync == 1'b1)
245 begin
246 lowIndex_tmp <= {DW{1'b0}};
247 highIndex_tmp <= {DW{1'b1}};
248 highIndex_tmp2 <= {DW{1'b0}};
249 lowIndex <= lowIndex_tmp;
250 if (bFindMax == 1'b1)
251 highIndex <= highIndex_tmp;
252 else
253 highIndex <= highIndex_tmp2;
254 bFindMin <= 1'b0;
255 bFindMax <= 1'b0;
256 end
257 else
258 begin
259 if (out_pixel[0] == 1'b1)
260 begin
261 if ((~(q_b == {HALF_WIDTH{1'b0}})))
262 highIndex_tmp2 <= clr_addr - 4'h1;
263 if ((hist_cnt >= lowCnt) & bFindMin == 1'b0)
264 begin
265 lowIndex_tmp <= clr_addr - 4'h1;
266 bFindMin <= 1'b1;
267 end
268 if (hist_cnt >= (TOTAL_CNT - highCnt) & bFindMax == 1'b0)
269 begin
270 highIndex_tmp <= clr_addr - 4'h1;
271 bFindMax <= 1'b1;
272 end
273 end
274 end
275 end
276
277 // hist_buffer hist_cnt_buf(
278 // .address_a(out_pixel_r2),
279 // .address_b(hist_cnt_addr),
280 // .clock(clk),
281 // .data_a(hist_cnt),
282 // .data_b(),
283 // .wren_a(dout_valid),
284 // .wren_b(1'b0),
285 // .q_a(),
286 // .q_b(hist_cnt_temp)
287 // );
288 // defparam hist_cnt_buf.AW = DW;
289 // defparam hist_cnt_buf.DW = TW;
290
291 hist_buffer hist_cnt_buf (
292 .clka(clk), // input wire clka
293 .ena(1), // input wire ena
294 .wea(dout_valid), // input wire [0 : 0] wea
295 .addra(out_pixel[9:0]), // input wire [9 : 0] addra
296 .dina(hist_cnt), // input wire [31 : 0] dina
297 .douta(), // output wire [31 : 0] douta
298 .clkb(clk), // input wire clkb
299 .enb(1), // input wire enb
300 .web(0), // input wire [0 : 0] web
301 .addrb(hist_cnt_addr[9:0]), // input wire [9 : 0] addrb
302 .dinb(0), // input wire [31 : 0] dinb //data_b
303 .doutb(hist_cnt_temp) // output wire [31 : 0] doutb
304 );
305
306 endmodule histogram_2d
2.原創的腳本檔案
A添加信号和顯示波形的tb_top_wave.do
1 #添加信号和顯示其波形
2 onerror {resume}
3 quietly WaveActivateNextPane {} 0
4 add wave -noupdate -divider {input paramters}
5 add wave -noupdate -radix unsigned /tb_top/CLK_FREQ
6 add wave -noupdate -radix unsigned /tb_top/CLK_PERIOD
7
8 add wave -noupdate -divider {histogram_2d input}
9 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/clk
10 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/rst_n
11 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/din_valid
12 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/din
13
14 add wave -noupdate -divider {histogram_2d output}
15 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/dout
16 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/vsync
17 add wave -noupdate /tb_top/inst_hist/dout_valid
18
19 add wave -noupdate -divider {end signal}
20
21 TreeUpdate [SetDefaultTree]
22 WaveRestoreCursors {{Cursor 1} {912366093 ps} 0}
23 configure wave -namecolwidth 150
24 configure wave -valuecolwidth 100
25 configure wave -justifyvalue left
26 configure wave -signalnamewidth 0
27 configure wave -snapdistance 10
28 configure wave -datasetprefix 0
29 configure wave -rowmargin 4
30 configure wave -childrowmargin 2
31 configure wave -gridoffset 0
32 configure wave -gridperiod 1
33 configure wave -griddelta 40
34 configure wave -timeline 0
35 configure wave -timelineunits ns
36 update
37 WaveRestoreZoom {891247063 ps} {925431255 ps} tb_top_wave.do
B建立work庫，編譯.v檔案和啟動頂層仿真檔案，及執行添加信号和顯示波形的tb_top_wave.do的編譯do檔案tb_top.do
1 #不需要建立modelsim工程，直接運作.do檔案就可以仿真
2 quit -sim
3 #建立work庫
4 vlib work
5
6 #将work庫映射到目前工作目錄
7 #vmap [-help] [-c] [-del] [<logical_name>] [<path>]
8 vmap work
9
10 #編譯所有.v檔案到work工作庫
11 #-work <path> Specify library WORK
12 #-vlog01compat Ensure compatibility with Std 1364-2001
13 #-incr Enable incremental compilation
14 #"rtl/*.v" 目前工作目錄下的rtl檔案夾中的所有.v檔案，支援相對路徑，但是要加雙引号“”
15 #vlog
16
17 vlog -work work -vlog01compat -incr "../testbench/prim_sim.v"
18 vlog -work work -vlog01compat -incr "../testbench/tb_top.v"
19
20 vlog -work work -vlog01compat -incr "../rtl/histogram_2d.v"
21 vlog -work work -vlog01compat -incr "../rtl/*.v"
22 #vlog -work work -vlog01compat -incr "../rtl/uart_master_src/*.v"
23
24
25 #編譯所有.vhd檔案
26 #-work <path> Specify library WORK
27 #-93 Enable support for VHDL 1076-1993
28 #-2002 Enable support for VHDL 1076-2002
29 #vcom
30
31 #啟動仿真頂層檔案
32 #-L <libname> Search library for design units instantiated from Verilog and for VHDL default component binding
33 #+nowarn<CODE | Number> Disable specified warning message (Example: +nowarnTFMPC)
34 #-t [1|10|100]fs|ps|ns|us|ms|sec Time resolution limit VHDL default: resolution setting from .ini file)
35 # (Verilog default: minimum time_precision in the design)
36 #-novopt Force incremental mode (pre-6.0 behavior)
37
38 vsim +nowarnTFMPC -L work -novopt -l tb_top.log work.tb_top
39
40 #産生一個wave log format(WLF)......
41 log -r /*
42
43 #打開wave視窗
44 view wave
45
46 #添加仿真信号
47 #在已經添加好信号和設定好格式的wave視窗，點選【File】->【Save Fomat】
48 #存為任意名字的.do檔案，該檔案包含了加載哪些信号及其顯示格式的指令
49 do tb_top_wave.do
50
51 #設定運作時間
52 run -all
53
54 #dataflow調試
55 #具體方法是在仿真後執行指令 view dataflow 就可以打開dataflow檔案，
56 #在dataflow的視窗菜單中點選add中的view all nets就可以觀察到各個子產品之間的邏輯聯系，
57 #子產品一般都為initial子產品、always子產品、assign子產品等等。點選中一個子產品，則這個子產品變為紅色。
58 #這時候在view菜單下點選show wave就可以在視窗下方彈出wave視窗，
59 #不同的是這個wave視窗所顯示的信号變量僅為點選中的子產品所包括的信号變量，
60 #這時候也可以點選仿真run –all小圖示來仿真有關這個子產品的輸入輸出關系。
61 #view dataflow tb_top.do
三，總結
本文通過實踐得出，不同于下面的部落格。書中的設計思路及網上資料很有幫助，但具體細節實作上會碰到問題。故多嘗試自己動手編寫代碼實作，多借鑒别人的算法架構和思路。