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Verilog 環境構築

Verilogでシミュレーションを作成する場合、さまざまなシミュレーション環境を選択できます。 FPGA開発環境には、Xilinx会社のISE(現在は更新が停止しました)、VIVADO、Intel会社のQuartus II、ASIC開発環境にはSynopsys会社のVCSが含まれ、多くの人がIcarusVerilogおよびGTKwaveメソッドを使用しています。

ISEまたはQuartus IIには独自のシミュレーターがありますが、まだ機能が不足しています。次にはQuartus II + Modelsim組み合わせシミュレーションのテスト方法を説明します。実行環境は64bit-win10システムです。

Quartus IIのインストール

次にはQuartusの10.1バージョンを説明します。

現在、Quartus IIの公式Webサイトには、13.1バージョン以降のインストールパッケージしかありません。機能は同じのため、13.1以降のバージョンをご安心にダウンロードしてください。ダウンロードリンクは次の通りです。

https://fpgasoftware.intel.com/13.1/?edition=subscription&platform=windows

13.1バージョン以降の quartus IIをダウンロードする場合、公式Webサイトではバージョンが対応するModelsimも推奨されます。一緒にダウンロードすればいいです。

インストールを開始し、インストールパスを変更して、デフォルト設定に従ってください。

次の図は、正常にインストールされたスクリーンショットです。

次の図に示すように、 License fileが必要であるというメッセージが表示された場合は、ソフトウェアを購入する時のlicenseファイルを指定する必要があります。

licenseファイルがHost-IDを置き換える必要がある場合は、次の図が示すように、licenseファイルのHOSTIDをNICオプションの任意のIDに置き換えるだけでいいです。

Quartus II 10.1をインストールした後、Deviceもインストールする必要があります。つまり、さまざまなプログラマブルロジックデバイス(PLD)をサポートするライブラリファイルをインストールする必要があります。そうしなければ、Quartus IIはプロジェクトを正常に作成できません。

インストールパスに対しては、Quartus IIのインストールパスを選択する必要があります。DeviceのインストールはQuartusIIを自動的に識別できます。

最新のQuartus II(2016バージョンなど)は、すでに一連のインストールをサポートしています。

Modelsimのインストール

Modelsimをインストールする場合には、modelsim-win64-10.1c-seバージョンを選択します。

また、インストールパスを変更するだけで、デフォルト設定に従って操作すればいいです。

インストールが完了すると、コンピュータを再起動するように求められる場合、再起動すればいいです。

Quartus IIプロジェクトを作成する

プロジェクトを作成する

File->New project Wizard

作業パス、プロジェクト名、top module名を設定します。

パスと名前を設定する時、日本語を含めることはできませんのでご注意ください。

デバイスの型番を選択する

ただ簡単なシミュレーションを実行し、ダウンロードや書き込みなどは行わないため、特定の信号を気にする必要がなく、ランダムに1つを選択するだけでいいです。

次には、[Finish]が表示するまで[Next]をクリックし続けます。

Verilogソースファイルを新規作成する

次には、幅が4ビットの10進カウンタに簡単なシミュレーションを行います。

順番にクリックしてください:File->New->Verilog HDL File->OK

順番にクリックしてください:File->Save As

module 名をcounter10.vとして入力します。

top module名はproject名と同じである必要があることを注意してください。名前が同じではない場合、エラーが表示されます。(図のように表示します)

Verilogコードをファイルcounter10.vにコピーし、ワンクリックでコンパイルを実行します(実際には、コンパイル、合成、配置などが含まれます)。

エラーが表示された場合は、[Error log]をクリックしてエラーを見つけ、エラーがなくなるまで訂正します。

Quartus IIはModelsimシミュレーションを呼び出す

シミュレーションはModelsim-alteraに設定します。

順番にクリックしてください:Tool->Options->EDA Tool Options

ModelsimのアドレスパスをModelsimのスタートアッププログラムのパスに変更します。

エミュレーターを選択する

順番にクリックしてください:Assignments -> Simulation

図が示すように、Tool nameにはModelSimを選択し、Format、Time scaleなどを設定します。

testbenchファイルを書き込む

順番にクリックしてください:Processing->start->Start TestBench Template Writer

設定が正しければ、プロジェクトパスsimulation/modelsimの下に.vtファイルが生成されます。

.vtファイルのテンプレートには、ポート部分のコード、インターフェイス変数の宣言、インスタンス化ステートメントなどが提供しているため、テストベンチの適切な場所にテストコードを入力すればいいです。

次の図が示すように、クロックを記述してドライブコードをリセットするだけでいいです。

プロジェクトにtestbenchを追加する

順番にクリックしてください:Assignments -> Settings -> Simulation

Compile test benchオプションで、[new]を選択し、Test bench nameを設定し、 File nameを検索して、生成した.vtファイルをプロジェクトに追加します。

testbenchファイルの名前は、testbenchの top module名と一致している必要があることを注意してください。一致していないと、後でModelsimを起動する時エラーが表示され、通常のシミュレーションを実行できません。

ワンクリックで再コンパイルする

[Tasks]タブのコンパイルのステータスが疑問符に変わっている場合には、ワンクリックでコンパイルを再度実行する必要があります。

Modelsimシミュレーションを呼び出す

順番にクリックしてください:Tools->Run simulation Tool->RTL Simulation

この場合には、Modelsimソフトウェアが自動的に起動します。

Modelsimの操作は詳しく説明しません。

シミュレーション図から、設計が10進カウンタの基本機能を完了していることがわかります。

まとめ

Quartus II + Modelsimの協調シミュレーション機能は強力であり、インストールも簡単です。このプロセスは数年後に繰り返され、少し面倒であることがわかり、完了するのに著者が一晩かかりました。多くの詳細も上記に説明しているため、注意してください。将来、大規模なデジタルモジュールをシミュレートするきっかけがあれば、この方法の有効性がわかります。

他の記事では、いくつかの簡単なシミュレーションが他のソフトウェアを使用する可能性があり、スクリーンショットはModelsimと不一致の可能性がありますが、読者はシミュレーションの結果を疑う必要はないことを注意してください。

デザインモジュールとtestbenchのソースコードも提供されるので、自分でシミュレーションして検証できます。

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