ModelSim+Synplify+Quartus的Altera FPGA的仿真实现

工作内容:
1、设计一个多路选择器，利用ModelSimSE做功能仿真；
2、利用Synplify Pro进行综合，生成xxx.vqm文件；
3、利用Quartus II导入xxx.vqm进行自动布局布线，并生成xxx.vo(Verilog
4、利用ModelSimSE做后仿真，看是否满足要求。

注：
1. 仿真器(Simulator)是用来仿真电路的波形。
2. 综合工具(Synthesizer)的功能是将HDL转换成由电路所组成的Netlist。
3. 一般而言，在电路设计的仿真上可分为Pre-Sim 和Post-Sim。Pre-Sim 是针而Post-Sim则是针对综合过且做完成了Auto Place and Route（APR)的电路进行仿真，以确保所设计的电路实现在FPGA上时，与Pre-Sim 的功能一样。

1、前仿真（Pre-Sim）
步骤一：打开ModelSimSE，然后建立一个Project；
※建立Project的方式为点选File → New → Project…；
※设定Project Name 与Project location，按OK 即可建立Project。

步骤二：新增设计文档或加入文档。
※新增文档的方式为点选File → New → Source → Verilog，然后对文档进行编辑并储存为xxx.v；
※加入文档的方式为点选File → Add to Project → File...，然后点选xxx.v；

步骤三：编译(Compile)。
※编译文档的方式为点选Compile → Compile All，即可编译所有的文档。
※如果编译时发生错误，在显示错误的地方(红字)点两下，即可跳到错误。

步骤四：新增或加入测试平台(Testbench)。
※当设计完电路后，为了确定所设计的电路是否符合要求，我们会写一个测 试平台(Testbench)；
※新增或加入测试平台，然后编译它。

步骤五：仿真(Simulate)。
※仿真的方式为点选Simulate → Simulate…；
※打开Design里面的work，然后点选mux_4_to_1_tb 并Add 它，最后按Load 即可跳到仿真窗口。

步骤六：加入信号线。
※在窗口上按右键，然后点选Add → Add to Wave；

步骤七：看波形。
※在工具列上按Run，然后就会显示波形；
※慢慢看波形吧，没有波形就没有真相!

以上就是使用ModelSim做Pre-Sim的基本流程，在此要特别强调的是，ModelSim所有的功能并不仅仅于此，如果你想要了解更多的话，一切都要靠自己花时间去问去试，只有努力的人才能有丰富的收获，加油！

2、综合（Synthesis）
步骤一：打开Synplify Pro，然后建立一个Project。
※先点选File，再点选New；
※选择Project File，并设定File Name与File Location；

步骤二：加入设计文件。
※点选欲加入的xxx.v，然后按Add，再按OK后就可以将档案加入。

步骤三：选择FPGA的Device 与其它相关设定。
※先点选Project，再点选Implementation Options。
※在Device 的设定如下：Technology为Altera Stratix，Part为EP1S10，Speed 为-6，Package 为FC780。
※在Options 的设定是将FSM Compiler与Resource Sharing打勾。
※在Constraints的设定是将Frequency设定至100Mhz。
※在Implementation Results的设定是将Result File Name填入与电路模块相同的名称，而xxx.vgm这个文件会在QuartusII做APR时被使用。然后将下列两个选项打勾(Write Vendor Constraint File与Write Mapped Verilog Netlist)。
※在Timing Report的设定是将Number of Critical Paths与Number of Start/End Points都设为11。
※在Verilog里是将TOP Level Module填入与电路模块相同的名称，然后将 Use Verilog 2001打勾。

步骤四：综合(Synthesis)。
※点选RUN → Synthesize，最后出现Done!就是已经综合完毕。

步骤五：检查综合后的电路。
※先点选HDL Analyst，再点选RTL，最后点选Hierarchal View，画面会出现综合后的电路Netlist。

以上就是使用Synplify将HDL程序合成为电路Netlist的基本流程，值得注意的是，当你针对不同要求而设定的Constraints不同时，你就会得到不同的电路Netlist，所要付出的硬件代价也不同，这就需要大家多花点心思来了解其中的奥妙之处。

3、自动布局布线（APR）
步骤一：开启Quartus II，然后建立一个Project。
※先点选File，再点选New Project Wizard…。
※设定Work Directory，Project Name与Top-Level Entity Name，再按Next。

步骤二：加入设计文件。
※点选Add…，将Synplify合成出来的xxx.vqm加入，再按Next。

步骤三：设定相关的EDA Tools。
※在Tool Type点选Simulation，Tool Name点选ModelSim。

※点选Settings，将Time Scale设定为1 ns。


步骤四：设定Family。
※设定Family为Stratix，再按Next。

步骤五：设定Device。
※设定Device 为EP1S10F780C6，再按Finish，即可完成Project的设定。

步骤六：编译。
※点选Processing → Start Compilation，即可开始编译。

步骤七：完成编译。
※弹出下面窗口即代表编译完毕。

以上就是使用Quartus II对电路Netlist做APR的基本流程，并且利用设定仿真工具所产生的xxx.vo(Verilog Output File)与xxx.sdo(Standard Delay Output File)做后仿真。

4、后仿真（Post-Sim）
步骤一：启动ModelSim，然后建立一个Project。
※建立Project的方式为点选File → New → Project…。
※设定Project Name与Project location，按OK即可建立Project。

步骤二：加入设计文档。
※将xxx.vo更改为xxx.v，然后加入。

步骤三：加入组件库文件。
※由于我们是采用Altera的Cell Library来合成电路，所以合成后的电Netlist里所包括的那些Logic Gates与Flip-Flop 都是出自于Cell Library，所以模拟时要将此Cell Library加入。
※我们所选用的Family是Stratix，所以到QuartusIIedasim_lib 里将Stratix的Cell Library(stratix_atoms.v)加入。

步骤四：加入测试平台。
※加入Pre-Sim的测试平台，并在测试平台里加上`timescale 1ns/100ps。

步骤五：编译。
※编译档案的方式为点选Compile → Compile All，即可编译所有的档案。
※如果编译时发生错误，在显示错误的地方(红字)点两下，即可跳到错误。

步骤六：仿真。
※仿真文件的方式为点选Simulate → Simulate…。

步骤七：加入要观察的信号。
※在窗口上按右键，然后点选Add → Add to Wave。

步骤八：观察波形。

※慢慢看波形吧，没有波形就没有真相!

步骤九：比对Pre-Sim 与Post-Sim。
※很明显地，Post-Sim 的输出有不稳定的信号，并且受到延迟时间的影响。