【软件分享】脱离Vivado建立单独仿真环境软件

开发目的

FPGA项目开发的过程中，需要完成设计代码开发、验证环境搭建、仿真分析、板级验证等操作，在这个过程中，许多操作虽然必不可少但是步骤是重复的。辅助软件通过预先定义的处理模式，对一些重复性复杂操作通过Python辅助软件使操作简化以提高项目开发效率。独立仿真可以不依赖Vivado，简化仿真步骤，但建立独立仿真往往需要复杂繁琐的步骤，所以简化建立独立仿真的步骤很有必要。

重要的是，有了脱离Vivado建的第三方仿真工具单独的环境，为FPGA工程后续ASIC化提前搭建好仿真环境，只把用到的库和相关文件从Vivado库里抽取出来，同时，每次仿真时不用启动非常占资源的Vivado软件，直接运行仿真脚本即可。同时，软件生成的仿真环境后也可以手动进行优化调整，按照用户自己熟悉的仿真习惯进行定制化修改。

功能描述

该软件用于提升FPGA仿真效率，节省仿真时间和步骤。本软件可以建立独立仿真，生成Questasim、modesim或VCS环境下的独立仿真，可视化界面，更加方便用户操作。

RTL设计完后会进行仿真Vivado内自带仿真器，或者可以通过Vivado启动第三方仿真工具联合仿真。但是在实际项目开发过程中，当我们修改代码后，需要关闭仿真软件并重启仿真，之前加载的波形信号也需要重新加载。因而很多时候，我们希望脱离Vivado，利用Modelsim或者VCS等第三方仿真工具，提高仿真效率；在这个过程中，通过提取工程中的代码文件和IP核信息文件，缩减工程所占用的内存空间，方便项目开发人员同步及备份。该软件建立独立仿真首先会提取源仿真工具、目的仿真工具，了解要建立哪种环境下的独立仿真。还要提取自动化仿真文件名和创建独立仿真的路径，用于建立独立仿真文件夹，该文件夹有rtl和sim两个文件夹，仿真用到的文件都会放到该文件夹里面。然后会提取tb的module名字和vivado生成do文件路径，该软件会根据路径和tb的module名字找到Vivado生成do文件，提取do文件里面的信息，把对应文件放到自动化仿真文件夹里面。提取目的仿真工具的win64和.setup文件的路径，用于建立批处理文件和makefile文件。提取完信息后，点击“开始生成按钮”即完成建立自动化仿真操作。

该软件在可执行python的环境下均可以运行，在实际项目测试中，能够自动生成自动化仿真工程，减少仿真对vivado的依赖，减少了大量的重复性操作。

为了方便项目开发人员对辅助软件的使用，辅助软件需要具有良好的可视化操作界面，在完成一些基本参数的配置后，可一键式完成复杂操作。GUI界面如图1所示：

使用说明

1 安装和初始化

本软件免安装，通过点击FPGA_simulate_tool.exe文件即可执行，如图2所示：

2 输入

根据GUI界面的提示输入需要执行的命令。

3 输出

运行软件后，首先会根据选择生成不同的输出文件，选择“自动化仿真生成工具”，输入提示信息后，点击生成“开始生成”，会生成自动化仿真工程，如图3所示，其中所有rtl文件存放在rtl文件夹下，include文件存放在inlcud文件夹下，sim文件存放do文件和批处理文件。

操作步骤

本软件在Window 10的python可执行环境下示例操作。自动化仿真生成工具使用步骤如下：

步骤1：首先选择源仿真工具和目的仿真工具。源仿真工具可供选择的有：ModeSim、Questasim，目的仿真工具可供选择的有ModeSim、Questasim、VCS，如图7所示。

步骤2：输入tb module名字、自动化仿真文件名字，会产生该名字的文件夹，自动化仿真工程在该文件夹里面。

步骤3：选择“创建独立仿真路径”后面的“选择路径”按钮，会让选择路径，选择好后点击“选择文件夹”按钮，选择创建独立仿真路径，如图8所示：

步骤4：点击“选择路径”按钮，选择vivado的do文件路径和win64或.setup路径，整体输入信息如图9所示：

步骤5：点击“开始生成”按钮，生成独立仿真工程，生成成功会显示“PASS”。如图10所示。其中独立仿真工程目录在D盘文件夹“bus0123_40_25_NO_UDP_1”，文件名为“2”。该文件夹下内容如图11所示，其中所有rtl文件在rtl文件夹下，所有include文件在include文件夹下。当目的仿真工具选择“modelsim”或者“questasim”，sim文件夹内容如图12所示。其中.coe文件是源vivado工程的RAM的初始化文件，不是该软件生成的文件。filelist.f文件存放所有需要编译的rtl列表，run.do文件是用于自动化仿真，sim.bat和sim_fast_no_gui.bat是批处理文件，以上四个文件都是该软件生成。点击sim.bat或者sim_fast_no_gui.bat即可运行仿真工具进行自动化仿真，其中sim_fast_no_gui.bat省去了仿真工具的GUI界面，可以加速仿真速度。当目的仿真工具选择“VCS”时（虽然Vivado联合VCS仿真时有自带的一键转换到VCS仿真的功能，但本文软件提供的是一种更直接的脱离方式，把用到的库和所有文件单独提取出来放到一个文件夹中，便于分享，也便于为ASIC化的IP替换创建必要的环境），sim文件夹内容如图13所示。其中.coe文件是源vivado工程的RAM的初始化文件，不是该软件生成的文件。filelist.f文件存放所有需要编译的rtl列表，makefile是自动仿真文件，输入make即可进行VCS的自动化仿真，仿真完后输入make verdi，即可用verdi打开波形文件。

上图中双击sim.bat文件即可运行。

说明：建议在原Vivado工程所在的机器上运行该软件提取相关脚本信息，原Vivado工程需要调用第三方仿真工具运行过并保留相应的sim文件夹。如有问题，请检查vivado版本和仿真工具版本，以及编译的vivado仿真库所用的vivado版本和仿真工具版本。

结论

本软件根据预先定义的Python脚本命令，通过用户与GUI界面的交互，输入必要的信息，将原本重复繁琐操作通过辅助软件进行简化，提升了RTL的仿真的工作效率。本软件通过将大量重复性文件和文件夹进行批处理，减少了人力创建文件夹，书写重复代码，人工转化表项等繁琐操作。此外，通过GUI界面的交互，提供了一个可视化界面，极大的提高了软件的可操作性。