基于XilinxISE&ModelSim的FPGA初学者仿真指南

"FPGA使用方法的一般试验" 在电子设计领域，FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，允许工程师在硬件级别实现数字电路设计。本试验主要针对FPGA的新手，通过一系列步骤，提供了一个理解和操作FPGA的基本流程，特别是在Xilinx ISE和ModelSim环境下进行VHDL设计和仿真的实践。 **1. ISE软件的运行及ModelSim的配置** Xilinx ISE（Integrated Software Environment）是Xilinx公司提供的FPGA设计工具，它包含了一系列用于设计、仿真、综合和实现FPGA逻辑功能的工具。配置ModelSim作为ISE的仿真伙伴工具，首先需要在菜单栏选择“Edit -> Preferences…”，然后在“PartnerTools”选项卡中指定ModelSim的执行文件（ModelSim.exe）。对于不同的ISE版本，配置方法略有差异，例如在ISE 6.1中，需要指定ModelSim.exe的完整路径，而早期版本可能只需指定目录。配置完成后，必须退出并重新启动ISE，才能确保设置生效。 **2. 创建新工程** 在开始FPGA设计之前，需要创建一个新的工程。在ISE中，选择“File -> New Project…”会打开一个窗口，与早期版本相比，ISE 6.1的界面有所改变，不再直接提供器件选择等功能。用户需要按照提示逐步设置工程属性，包括项目名称、保存位置、目标器件、封装和速度等级等。 **3. 创建VHDL源文件框架** VHDL是硬件描述语言之一，用于编写FPGA的设计代码。在工程中，需要创建一个VHDL源文件，用于定义逻辑功能。可以通过新建文件并选择VHDL作为文件类型来完成。 **4. 利用计数器模板向导生成设计** 为了简化设计过程，ISE提供了计数器模板向导。通过这个向导，新手可以快速生成一个简单的计数器设计，理解基本的VHDL语法和FPGA设计流程。 **5-12. 仿真流程** 接下来的步骤主要涉及仿真过程，包括： - **5. 仿真**：这是验证设计功能的关键步骤。 - **6. 创建Testbench波形源文件**：Testbench是一个虚拟测试环境，用于模拟设计输入并观察输出。 - **7. 设置输入仿真波形**：在Testbench中定义输入信号的行为，以模拟实际应用中的输入。 - **8. 调用ModelSim进行仿真简介**：ModelSim是一款强大的仿真工具，可以对VHDL代码进行行为仿真。 - **9. Simulate Behavioral Model**：行为仿真检查设计的逻辑行为，不考虑时序。 - **10. Simulate Post-Translate VHDL Model**：翻译后仿真，将VHDL代码转换为门级表示，并进行仿真。 - **11. Simulate Post-Map VHDL Model**：映射后仿真，考虑了实际FPGA内部资源的分配。 - **12. Simulate Post-Place & Route VHDL Model**：布局布线后仿真，是最接近实际硬件性能的仿真。 这些步骤逐步加深了对设计实现的理解，从抽象的逻辑行为到具体的硬件实现，确保设计在实际FPGA上的功能正确性。 通过本试验，新手能够掌握基本的FPGA设计流程，包括VHDL编程、ISE工具的使用、ModelSim的配置与仿真。随着经验的积累，设计师可以进一步探索更复杂的设计和优化技术，从而更好地利用FPGA的灵活性和高性能特性。