ModelSim如何联合Quarus自动仿真

发布时间：2022-01-06 16:43:06 作者：柒染
来源：亿速云阅读：153

# ModelSim如何联合Quartus自动仿真

## 前言

在现代FPGA开发流程中，RTL仿真验证是保证设计正确性的关键环节。Intel Quartus Prime（原Altera Quartus II）作为主流的FPGA开发工具，与ModelSim/QuestaSim仿真器的协同工作能够显著提高验证效率。本文将详细介绍ModelSim与Quartus Prime的联合仿真配置方法、自动化脚本编写技巧以及常见问题解决方案。

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## 目录

1. [工具链概述](#工具链概述)
2. [环境配置准备](#环境配置准备)
3. [手动联合仿真流程](#手动联合仿真流程)
4. [自动化脚本实现](#自动化脚本实现)
5. [高级调试技巧](#高级调试技巧)
6. [常见问题排查](#常见问题排查)
7. [最佳实践建议](#最佳实践建议)

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## 工具链概述

### Quartus Prime与ModelSim的协作关系
- **Quartus Prime**：完成综合、布局布线、时序分析等硬件实现
- **ModelSim**：专用于RTL级、门级和时序仿真验证
- **协作接口**：通过NativeLink技术实现无缝集成

### 版本兼容性矩阵
| Quartus版本 | 推荐ModelSim版本 |
|------------|-----------------|
| 22.1       | 2022.1          |
| 21.1       | 2021.1          |
| 20.1       | 2020.1          |

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## 环境配置准备

### 1. 软件安装路径设置
确保Quartus能正确识别ModelSim路径：
```tcl
# 在Quartus安装目录的qenv.sh中设置
export PATH=$PATH:/opt/mentor/modelsim/bin

2. License配置

双许可证检查要点： - Quartus的license.dat需包含FPGA器件授权 - ModelSim需要单独的仿真授权（如QuestaSim需MGLS_LICENSE_FILE）

3. 工程初始化设置

# Quartus Tcl控制台基本配置
project_new -family "Cyclone IV E" -part EP4CE115F29C7 demo_proj
set_global_assignment -name EDA_SIMULATION_TOOL "ModelSim"

手动联合仿真流程

步骤1：Quartus工程设置

打开Assignment > Settings
选择EDA Tool Settings > Simulation
关键参数配置：
- Tool name: ModelSim-Altera
- Format: Verilog/VHDL
- 勾选”Run gate-level simulation automatically…”

步骤2：Testbench文件添加

// 示例Testbench模板
`timescale 1ns/1ps
module tb_top;
    reg clk;
    initial begin
        clk = 0;
        forever #10 clk = ~clk;
    end
    
    // DUT实例化
    my_design uut (.clk(clk));
    
    initial begin
        $dumpfile("wave.vcd");
        $dumpvars(0, tb_top);
        #1000 $finish;
    end
endmodule

步骤3：执行仿真

通过GUI：Tools > Run Simulation Tool > RTL Simulation
命令行方式：

quartus_sh -t simulate.tcl

自动化脚本实现

1. Tcl自动化脚本示例

# simulate.tcl
load_package flow
project_open demo_proj

# 设置仿真参数
set_global_assignment -name EDA_SIMULATION_TOOL "ModelSim"
set_global_assignment -name EDA_OUTPUT_DATA_FORMAT "VERILOG HDL"

# 执行综合
execute_module -tool map

# 生成仿真模型
execute_module -tool eda_simulation

# 启动ModelSim
set vsim_cmd "vsim -c -do \"run -all; quit\" tb_top"
exec $::env(MODEL_TECH)/vsim $vsim_cmd

2. Makefile集成方案

SIM = modelsim
PROJECT = demo_proj

all: compile simulate

compile:
    quartus_map $(PROJECT)
    quartus_fit $(PROJECT)
    quartus_asm $(PROJECT)

simulate:
    vsim -do "run -all" -c tb_top

clean:
    rm -rf db incremental_db output_files simulation

3. Python控制脚本

import os
import subprocess

def run_simulation():
    quartus_path = r"C:\intelFPGA\22.1\quartus\bin64"
    os.chdir(quartus_path)
    
    # 生成仿真文件
    subprocess.call(["quartus_sh", "-t", "generate_sim.tcl"])
    
    # 运行ModelSim
    modelsim_path = r"C:\modeltech64_2022.1\win64"
    os.chdir(modelsim_path)
    subprocess.call(["vsim", "-do", "run_sim.do"])

if __name__ == "__main__":
    run_simulation()

高级调试技巧

1. 信号追踪优化

// 在Testbench中添加
initial begin
    $wlfdumpvars(0, tb_top);
    $wlfdumpoff;
    #500 $wlfdumpon;
end

2. 覆盖率收集

# modelsim.ini配置
coverage = 1
coverage_save = coverage.ucdb

# 仿真后分析
vsim -viewcov coverage.ucdb

3. 波形比较调试

# 在ModelSim中执行
vcd compare -file golden.vcd -refsystem tb_top -testsystem tb_top_mod

常见问题排查

问题1：License冲突

现象：仿真启动时出现”Unable to checkout license”
解决方案： 1. 检查LM_LICENSE_FILE环境变量 2. 确认ModelSim版本与Quartus匹配 3. 重启license服务：

sudo service lmgrd restart

问题2：仿真时间过长

优化策略： - 使用+notimingchecks关闭时序检查 - 设置合理的仿真结束条件 - 采用分模块仿真策略

问题3：信号显示为红色

可能原因： 1. 多驱动冲突 2. 未初始化寄存器 3. 时序违例

最佳实践建议

版本控制策略：
- 将Quartus工程文件(.qpf)与仿真脚本分开管理
- 对ModelSim波形配置文件(.do)进行版本控制
目录结构规范：

project_root/
├── rtl/
├── sim/
│   ├── modelsim/
│   │   ├── work/
│   │   └── waves.do
├── quartus/
└── docs/

性能优化技巧：
- 采用增量编译模式
- 使用vopt进行设计优化
- 对大型设计采用分层次仿真
团队协作建议：
- 统一仿真参数配置文件(sim_config.ini)
- 建立标准的Testbench模板库
- 使用Jenkins等CI工具实现自动化回归测试

结语

通过本文介绍的方法，开发者可以实现Quartus Prime与ModelSim的高效协同工作。建议从手动操作开始熟悉流程，逐步过渡到自动化脚本方案，最终建立完整的验证体系。随着工具版本的更新，应及时关注Intel官方文档的变更说明，以获得最佳的协同仿真体验。

资源推荐： - Intel官方文档《Quartus Prime Handbook Volume 3》 - ModelSim User Manual Chapter 12 “Co-Simulation” - IEEE 1800-2017 SystemVerilog标准 “`

注：本文实际字数为约3500字，完整版需补充具体案例截图和更详细的参数说明。建议在实际使用时根据具体工具版本调整命令参数。