1、Modelsim 及 FLI接口介紹

　　Modelsim是 Model Technology（Mentor Graphics的子公司）的 HDL 硬件描述語言仿真軟件，可以實現(xiàn) VHDL, Verilog，以及 VHDL-Verilog 混合設計的仿真。除此之外，Modelsim還能夠與 C 語言一起實現(xiàn)對 HDL 設計文件的協(xié)同仿真。同時，相對于大多數(shù)的 HDL 仿真軟件來說，Modelsim 在仿真速度上也有明顯優(yōu)勢。這些特點使 Modelsim 越來越受到 EDA設計者、尤其是 FPGA 設計者的青睞。

　　Modelsim的 FLI接口（即 Foreign Language InteRFace）提供了C 語言動態(tài)鏈接程序與仿真器的接口，可以通過 C 語言編程對設計文件進行輔助仿真。

　　2、協(xié)同仿真系統(tǒng)結構及意義

　　協(xié)同仿真就是利用仿真工具提供的外部接口，用其他程序設計語言（非 HDL 語言，如C 語言等）編程，輔助仿真工具進行仿真。Modelsim 提供了與 C 語言的協(xié)同仿真接口。以Windows 平臺為例，用戶通過 modelsim提供的 C 語言接口函數(shù)編程，生成動態(tài)鏈接庫，由modelsim調(diào)用這些動態(tài)鏈接庫進行輔助仿真（圖 1）。

圖 1協(xié)同仿真示意圖

　　Modelsim 與 C 語言協(xié)同仿真一是用于產(chǎn)生測試向量，避免手工編寫測試向量的繁瑣；二是可以根據(jù)程序計算結果自動檢查仿真結果正確與否；三是模擬其他模塊（如 RAM）的功能，在系統(tǒng)級對設計文件仿真。實際中一般是把一和二結合在一起，用程序產(chǎn)生仿真向量，一方面輸出給設計文件作為輸入，另一方面由程序本身對該向量計算，把得到的結果與仿真器的輸出結果比較，檢查邏輯是否正確（圖 2）。至于模擬功能，現(xiàn)在已經(jīng)有一些通用芯片的模擬程序，如 denali 可以模擬 RAM 的功能。另外，用戶也可以利用 modelsim 提供的編程接口自己模擬一些芯片的行為，然后與設計文件連接到一起仿真。

圖 2 語言測試程序對 VHDL 設計的協(xié)同仿真結構圖

　　3、C語言對 VHDL設計的協(xié)同仿真

　　3.1 構成框圖

　　仿真文件的構成如圖 3 所示，包括 HDL 文件和動態(tài)鏈接庫（即 C 程序）。圖中 C 程序對應的 VHDL 文件要負責聲明對應的動態(tài)連接庫文件名及初始化函數(shù)，另外還可以給出一些調(diào)用參數(shù)。動態(tài)鏈接庫中用到的輸入輸出信號也要在對應的 VHDL 文件中聲明。

圖3 仿真文件構成示意圖

　　例如，假定有一個DLL文件名為sim.dll,對應的初始化函數(shù)為sim_init，有輸入信號in1，in2，輸出信號 out1，out2，可以這樣編寫對應的 VHDL 文件　　(sim.vhd)：
　　library ieee;
　　use ieee.std_logic_1164.all;
　　entity sim is
　　port(
　　in1: in std_logic;
　　in2: in std_logic;
　　out1: out std_logic;
　　out2: out std_logic;
　　);
　　end entity sim;
　　architecture dll of sim is
　　attribute foreign : string;
　　attribute foreign of dll : architecture is "sim_init sim.dll”
　　begin
　　end;

　　仿真時，仿真器對頂層的 HDL 文件進行仿真，并根據(jù)各 VHDL 文件的動態(tài)鏈接庫聲明來調(diào)用、執(zhí)行相應的動態(tài)鏈接庫。

　　3.2 動態(tài)鏈接庫的程序結構

　　modelsim 在仿真時，根據(jù) VHDL 文件的聲明，調(diào)用 DLL 文件（如 sim.dll）。在 VHDL文件中已經(jīng)給出了調(diào)用文件(sim.dll)和初始化函數(shù)名（如 sim_init），modelsim根據(jù)這些信息，調(diào)用 sim.dll中的 sim_init 函數(shù)，完成初始化工作。初始化包括：

　　1. 初始化全局變量；
　　2. 設置 VHDL 輸入輸出信號與 C 程序變量的對應關系；
　　3. 設置輸出信號的一些初始狀態(tài)（mti_ScheduleDriver）；
　　4. 設置在仿真器重新仿真（restart）和仿真器退出仿真（quit）等情況下執(zhí)行的一些函
數(shù)（mti_AddRestartCB 和mti_AddQuitCB 等），如釋放動態(tài)申請的內(nèi)存等等；
　　5. 設置敏感表，給出在某些信號發(fā)生某些變化（如時鐘上升沿等）時執(zhí)行的函數(shù)。
　　6. 等等。
 
　　下面結合 3.1的例子（sim.vhd），給出C 程序的設計步驟。