Modelsim là công cụ hỗ trợ mô phỏng của Mentor Graphics Corporation, cho phép mô phỏng kết quả thực thi thiết kế trên ISE, mô tả cho ta thấy dạng sóng, số liệu,…của các tín hiệu trong chương trình.
Modelsim có nhiều dạng khác nhau như Modelsim SE, Modelsim PE,…và mỗi dạng có nhiều phiên bản khác nhau như Modelsim SE 6.1a,
Modelsim SE 6.3b, Modelsim SE 6.5a, Modelsim PE 6.1a, Modelsim- pe_student_edition 10.1a,…Trong đó Modelsim-pe_student_edition là phiên bản cung cấp license miễn phí cho sinh viên nghiên cứu và học tập (download từ website:http://model.com).
Để cài đặt Modelsim-pe_student_edition 10.1a, ta kích đúp vào file chương trình modelsim-pe_student_edition.exe, khi đó chương trình
Modelsim-pe_student_edition sẽ bắt đầu được cài đặt (hình 5.23).
Hình 5.23 - Bắt đầu cài đặt modelsim-pe_student_edition
Sau khi quá trình cài đặt được khởi tạo, sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 5.24, ta chọnNext để tiếp tục quá trình cài đặt.
Hình 5.24
Sau khi chọn Next sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 5.25, ta tiếp tục chọn
Yes để tiếp tục quá trình cài đặt.
Sau khi chọn Yes, sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 5.26, hộp thoại này cho phép ta thay đổi đường dẫn chứa chương trình cài đặt. Sau khi thay đổi xong ta chọnNext.
Hình 5.26 – Chọn đường dẫn chứa chương trình cài đặt
- Chọn Next
- Sau khi chọn Next, chương trình chính bắt đầu được cài đặt như hình 5.28, ta đợi cho đến khi chương trình cài đặt được hoàn thành. Hình 5.28
- Sau khi quá trình cài đặt hoàn thành, chương trình hỏi ta có tạo Shortcut trên desktop không (hình 5.29) , nếu ta muốn tạo thì chọn Yes, còn không muốn tạo thì chọnNo. Hình 5.29
- Chọn Yes để add đường dẫn cho chương trình modelsim vừa được cài đặt (hình 5.30).
Hình 5.30 – Add đường dẫn cho modelsim
- Sau khi add đường dẫn xong, ta chọn finish để kết thúc quá trình cài đặt modelsim, đồng thời tại thời điểm đó chương trình sẽ dẫn đường link tới website của Mentor Graphics Corporation để ta điền thông tin yêu cầu license.
Hình 5.31 – Kết thúc cài đặt và yêu cầu license
Sau khi đã nhận được license qua email, ta copy license vào thư mục chương trình modelsim vừa cài đặt, sau đó thiết lập môi trường biến và license cho modelsim theo các bước như sau:
v Kích chuột phải vào My computer, chọn Properties (hình 5.32).
Hình 5.32
v Sau khi hộp thoại System Properties xuất hiện, ta vào
Advanced, chọn Enviroment Variables (hình 5.33).
v Từ hộp thoại Enviroment Variables ta chọn New (hình 5.34), sau đó: - Tại vùng Variable name: ta điền: LM_LICENSE_FILE - Tại vùng Variable value: ta chọn đường dẫn tới file license đã nhận trước đó.
- Sau đó nhấn Ok để kết thúc việc thiết lập license.
Hình 5.34
Chú ý là, để yêu cầu và nhận được license qua email, thì trong quá trình cài đặt máy tính phải được kết nối internet.
Sau khi cài đặt xong modelsim, ta có thể khởi động modelsim bằng nhiều cách khác nhau:
v Ta vào:Start -> All Program -> Modelism PE Student Edition 10.1a -> Modelsim
v Khởi động modelsim bằng cách kích vào biểu tượng của modelsim trên desktop (hình 5.35)
Hình 5.35 – Biểu tượng Modelsim trên desktop
v Khởi động modelsim bằng cách link từ ISE
3.2.2. Chức năng chuyển đổi( Converter) Mô phỏng trên ISE:
Phần mềm ISE cung cấp cho ta một công cụ hỗ trợ mô phỏng tích hợp sẵn trong ISE là Isim (VHDL/Verilog).
Để thiết lập link mô phỏng gọi chương trình ISim có sẵn trong ISE, ta khởi động ISE lên, sau đó kích chuột phải vào cửa sổ quản lý project chọn
Design Properties, khi đó một cửa sổ mới được mở ra như hình 5.36.
Hình 5.36 – Thiết lập cho project
Tại mụcSimulator ta chọnISim (VHDL/Verilog), sau đó nhấn ok. Để bắt đầu quá trình mô phỏng, trên ISE ta chọn Simulation, sau đó chọn file chương trình cần mô phỏng như hình 5.37.
Hình 5.37 – Chọn file cần mô phỏng
Sau khi chọn file chương trình cần mô phỏng, ta kích đúp vào biểu tượng mô phỏng Simulate Behavioral Model trong cửa sổ Processes để gọi chương trình mô phỏng ISim như hình 5.38.
Hình 5.38 – Gọi chương trình mô phỏng
Sau khi gọi chương trình mô phỏng ISim, cửa sổ giao diện chương trình ISim sẽ được mở lên với các các vùng soạn thảo như hình 5.39.
Giá trị của tín hiệu hiện thời Vùng lệnh Vùng quản lý source Dạng sóng của tín hiệu mô phỏng Vùng quản lý tên của tín hiệu
Hình 5.39 – Giao diện chương trình ISim
Vùng quản lý Source: cho phép ta truy cập vào nội dung của source chương trình. Để đọc nội dung của một source chương trình, ta kích đúp vào tên của source chương trình cần đọc thì nội dung của source đó sẽ hiện ra (hình 5.40).
Vùng quản lý tên của tín hiệu (Name), vùng giá trị hiện thời của tín hiệu (Value) và vùng dạng sóng của tín hiệu mô phỏng cho phép ta theo dõi, phân tích và thao tác trên dạng sóng của tín hiệu.
Để copy, xóa, cắt hay sửa lại tên của tín hiệu nào thì ta kích chuột phải vào tên hay dạng sóng của tín hiệu đó như hình 5.41.
Trong đó:
- Cut: cho phép ta cắt tín hiệu
- Copy: cho phép copy
tín hiệu
- Delete: cho phép xóa
tín hiệu
- Rename: sửa tên của tín hiệu
Hình 5.41 – Thao tác trên dạng sóng của tín hiệu
Khi khởi tạo mô phỏng, thì mặc định dữ liệu sẽ được hiện dưới dạng kiểu dữ liệu nhị phân, để thay đổi kiểu dữ liệu của tín hiệu nào ta kích chuột phải vào tín hiệu đó, sau đó chọn Radix, khi đó sẽ xuất hiện một danh sách các kiểu dữ liệu để ta lựa chọn như hình 5.42.
Trong đó: - Binary: kiểu nhị phân - Hexadecimal: kiểu thập lục phân - Unsigned Decimal: kiểu thập phân không dấu - Signed Decimal: kiểu thập phân có dấu - Octal: kiểu octal - ASCII: kiểu mã ASCII Hình 5.42 – Chọn kiểu dữ liệu cho tín hiệu
Mặc định, khi khởi tạo thì màu sắc của tất cả các dạng sóng là giống nhau. Do đó, nếu trong quá trình mô phỏng có nhiều dạng sóng thì vấn đề quan sát trở nên khó khăn, vì vậy ISim cho phép ta thay đổi màu sắc của dạng sóng để dễ dàng quan sát hơn. Để thay đổi màu của dạng sóng, ta kích chuột phải vào dạng sóng cần quan sát, sau dó chọnSignal Color, khi đó sẽ hiện ra một danh sách các màu sắc để ta lựa chọn như hình 5.43.
Trong quá trình quan sát dạng sóng, nếu có quá nhiều dạng sóng, lúc đó ta muốn quan sát dạng sóng nào thì ta kích chuột phải vùng quản lý tên dạng sóng và chọn Find (hình 5.44a), sau đó gõ tên dạng sóng cần quan sát vào vùng Find, sau đó nhấn enter sẽ hiện ra dạng sóng mà ta cần tìm (hình 5.44b).
(a) (b)
Hình 5.44 – Tìm dạng sóng
Để biết được tín hiệu mà ta đang quan sát được xử lý ở đâu trong chương trình thì ta kích chuột phải vào dạng sóng đó (hình 5.45a) sau đó chọnGo To Source Code, khi đó chương trình sẽ chỉ tới tín hiệu mà ta cần biết xử lý ở đâu trong chương trình (hình 5.45b).
(a) (b)
Đối với những tín hiệu nhiều bit, khi đó trạng thái mà ta quan sát được là giá trị của nhiều bit. Để quan sát giá trị của từng bit ta kích vào tín hiệu đó như hình 5.46.
Hình 5.46 – Quan sát giá trị của từng bit
Trong trường hợp ta chưa quan sát được trạng thái của dạng sóng mà ta cần quan sát do thời gian của mô phỏng ngắn hơn thời điểm trạng thái đó xuất hiện, lúc đó để quan sát trạng thái này, ta vàoSimulation chọnRun All(hình 5.47a), sau đó muốn ngừng mô phỏng lúc nào ta vào Simlation và chọn
break (hình 5.47b).
(a) (b)
Nếu ta không muốn chạy mô phỏng Run All, thì ta chạy mô phỏng theo từng bước cho đến khi có được số liệu mà ta cần quan sát. Để chạy mô phỏng từng bước ta vào Simulation và chọnStep hoặcRun như hình 5.48.
Hình 5.48 – Chạy mô phỏng từng bước
Để chia dạng sóng thành những khoảng thời gian nhỏ đều nhau, ta chọn Add Marker, khi đó tín hiệu sẽ được chia thành các khoảng thời gian nhỏ đều nhau như hình 5.49(a).
Trong quá trình quan sát, nếu ta muốn xóa Add Marker nào ta kích chuột phải vào Add Marker đó và chọnDelete Marker (hình 5.49b), còn nếu muốn xóa hết Add Marker thì ta chọnDelete All Markers (hình 5.49b).
(a) (b)
Khi ta muốn nới rộng dạng sóng quan sát ở vùng nào, ta kéo và giữ chuột giữa ở vùng đó (hình 5.50a), khi đó dạng sóng ở vùng đó sẽ được nới rộng ra hình (5.50b).
(a) (b)
Hình 5.50 – Nới rộng dạng sóng
Ngoài ra ISim còn hỗ trợ nhiều chức năng khác nữa như; zoom in, zoom out,..và một số chức năng khác để thao tác trên dạng sóng như những phần mềm khác.
Mô phỏng trên modelsim:
Để thiết lập link mô phỏng gọi chương trình modelism_pe_student, ta khởi động ISE lên, sau đó kích chuột phải vào cửa sổ quản lý project chọn
Hình 5.51 – Thiết lập chọn chương trình mô phỏng
Tại mụcSimulator ta chọnModelsim_PE Verilog sau đó nhấn ok. Để bắt đầu quá trình mô phỏng, trên ISE ta chọn Simulation, sau đó chọn file chương trình cần mô phỏng như hình 5.52.
Hình 5.52 – Chọn file cần mô phỏng
Sau khi chọn file chương trình cần mô phỏng, ta kích đúp vào biểu tượng mô phỏng Simulate Behavioral Model trong cửa sổ Processes để gọi chương trình mô phỏng modelsim_pe_student như hình 5.53.
Sau khi gọi chương trình mô phỏng modelim_pe_student, cửa sổ giao diện chương trình modelsim_pe_student sẽ được mở lên với các các vùng soạn thảo như hình 5.54. Vùng lệnh Vùng quản lý source Dạng sóng của tín hiệu mô phỏng Vùng quản lý tên của tín hiệu Vùng quản lý dạng sóng Vùng hiển thị tín hiệu I/O và các tín hiệu khác Giá trị hiện thời của tín hiệu Vùng hiển thị source chương trình
Hình 5.54 – Giao diện chương trình modelsim_pe_student
Vùng quản lý Source: cho phép ta truy cập vào nội dung của source chương trình. Để đọc nội dung của một source chương trình, ta kích đúp vào tên của source chương trình cần đọc thì nội dung của source đó sẽ hiện ra ở vùng hiển thị source chương trình như hình 5.55.
Vùng quản lý tên của tín hiệu, vùng giá trị hiện thời của tín hiệu và vùng dạng sóng của tín hiệu mô phỏng cho phép ta theo dõi, phân tích và thao tác trên dạng sóng của tín hiệu.
Để copy, xóa, cắt hay sửa lại tên của tín hiệu nào thì ta kích chuột phải vào tên hay dạng sóng của tín hiệu đó sau đó chọnEdit như hình 5.56.
Trong đó:
- Cut: cho phép ta cắt tín hiệu
- Copy: cho phép copy
tín hiệu
- Delete: cho phép xóa
tín hiệu
- Paste: dán tín hiệu đã cắt hoặc copy
Hình 5.56 – Thao tác trên dạng sóng của tín hiệu
Khi khởi tạo mô phỏng, thì mặc định dữ liệu sẽ được hiện dưới dạng kiểu dữ liệu nhị phân, để thay đổi kiểu dữ liệu của tín hiệu nào ta kích chuột phải vào tín hiệu đó, sau đó chọn Radix, khi đó sẽ xuất hiện một danh sách các
Trong đó: - Binary: kiểu nhị phân - Octal: kiểu dữ liệu octal - Decimal: kiểu thập phân có dấu - Hexadecimal: kiểu thập lục phân - Unsigned: kiểu thập phân không dấu - ASCII: kiểu mã ASCII - Time: kiểu time Hình 5.57 – Chọn kiểu dữ liệu cho tín hiệu
Mặc định, khi khởi tạo thì màu sắc của tất cả các dạng sóng là giống nhau. Do đó, nếu trong quá trình mô phỏng có nhiều dạng sóng thì vấn đề quan sát trở nên khó khăn, vì vậy modelsim cho phép ta thay đổi màu sắc của dạng sóng để dễ dàng quan sát hơn. Để thay đổi màu của dạng sóng, ta kích chuột phải vào dạng sóng cần quan sát, sau đó chọn Properties như hình 5.58a, khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại như hình 5.58b. Từ hộp thoại này, trong vùng Wave Color, ta chọn Colors sẽ hiện ra danh sách bảng màu để ta chọn màu sắc cần thay đổi, còn muốn thay đổi màu của tên dạng sóng thì trong vùngName Colors ta chọnColor để thay đổi màu của tên dạng sóng.
Hình 5.58 – Thay đổi màu sắc của dạng sóng tín hiệu
Để quan sát dạng sóng ở dạng tín hiệu analog thì ta kích chuột phải vào tên dạng sóng, sau đó chọn Format -> Analog như hình 5.59. Để quay lại dạng sóng dưới dạng tín hiệu số ta chọnLiteral. Chú ý là tín hiệu 1 bit không
quan sát được dưới dạng tín hiệu analog.
Hình 5.59 – Lựa chọn quan sát tín hiệu dưới dạng số hoặc tương tự
Trong quá trình quan sát dạng sóng, nếu có quá nhiều dạng sóng, lúc đó ta muốn quan sát dạng sóng nào thì ta sử dụng công cụ tìm kiếm dạng sóng đó. Để tìm kiếm dạng sóng, ta vào Edit -> Find, khi đó sẽ xuất hiện ô tìm
kiếm dạng sóng như hình 5.60, ta gõ tên dạng sóng cần tìm thì chương trình sẽ link tới tên dạng sóng đó
Hình 5.60 – Tìm dạng sóng
Đối với những tín hiệu nhiều bit, khi đó trạng thái mà ta quan sát được là giá trị của nhiều bit. Để quan sát giá trị của từng bit ta kích vào tín hiệu đó như hình 5.61
Hình 5.61 – Quan sát giá trị của từng bit
Trong trường hợp ta chưa quan sát được trạng thái của dạng sóng mà ta cần quan sát do thời gian của mô phỏng ngắn hơn thời điểm trạng thái đó xuất hiện, lúc đó để quan sát trạng thái này, ta vào Simulation ->Run-> Run All
(hình 5.62a), sau đó muốn ngừng mô phỏng lúc nào ta sẽ vào Simlation và chọnbreak (hình 5.62b).
(a) (b)
Trong trường hợp sau khi ngừng mô phỏng, ta muốn chạy tiếp chương trình mô phỏng ta vào Simulation - >Run-> Run All và chọn Continue.
Hình 5.63 – Chạy tiếp chương trình mô phỏng
Nếu ta không muốn chạy mô phỏng Run All, thì ta chạy mô phỏng theo từng bước cho đến khi có được số liệu mà ta cần quan sát. Để chạy mô phỏng từng bước ta vào Simulation và chọn Run 100 hoặc Run-Next như hình 5.64.
Hình 5.64 – Chạy mô phỏng từng bước
Để phân chia dạng sóng thành những khoảng khác nhau, ta kích vào
Insert Cursor (hình 5.65) khi đó các cursor được thêm vào như hình 5.65. Trong trường hợp muốn xóa các cursor thì ta kích vàoDelete Cursor.
Hình 5.65 – Chia dạng sóng thành các khoảng khác nhau
Khi ta muốn nới rộng dạng sóng quan sát ở vùng nào, ta giữ và kéo chuột giữa ở vùng đó (hình 5.66a), khi đó dạng sóng ở vùng đó sẽ được nới rộng ra hình (5.66b).
(a) (b)
Hình 5.66 – Nới rộng dạng sóng
Để đọc dữ liệu của một tín hiệu trong quá trình thực thi mô phỏng thì ta kích chuột phải vào dạng sóng chọn Add -> To List -> Selected Items như
Hình 5.67 – Đọc dữ liệu của tín hiệu Khi đó sẽ xuất hiện hộp thoại List – Default (hình 5.68) hiển thị các giá trị của tín hiệu trong quá trình mô phỏng. Hình 5.68 – Đọc dữ liệu của tín hiệu mô phỏng
Để biết tín hiệu mình đang xử lý ở trong Dataflow thì ta kích chuột phải vào dạng sóng và chọn Add -> To Dataflow -> Selected Items như hình 5.69. Hình 5.69 – Lựa chọn tín hiệu tới Dataflow
Khi đó cửa sổ Dataflow được mở ra, hiển thị cho ta biết tín hiệu mà chúng ta muốn biết trong Dataflow như hình 5.70.