一種用于FPGA邏輯仿真的數(shù)據(jù)讀寫方法

吳斌 劉夏青 車炯暉 張旭洲

摘 要：針對FPGA邏輯設計仿真，提出一種TEXTIO數(shù)據(jù)讀寫方法。當測試激勵比較大且復雜時，可以用MATLAB仿真產(chǎn)生，測試結果也可以在MATLAB中進行分析，本文給出仿真實例，證明該方法可行精確，為邏輯設計提供極大的方便。

關鍵詞：FPGA；TEXTIO；仿真；MATLAB

近年來，電子設計領域所涉及的算法越來越復雜，導致對FPGA實現(xiàn)的設計要求越來越高，作為邏輯開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，仿真能及時發(fā)現(xiàn)設計錯誤，加快設計進度，提高設計可靠性。

本文針對最基本的行為仿真，提出一種仿真信號由TEXTIO文件讀寫形式的方法，用于復雜系統(tǒng)測試矢量數(shù)目較大的邏輯設計。

1 基于TEXTIO的交互仿真方法

在測試矢量非常大時可以用TEXTIO的方法來進行仿真。TEXTIO是VHDL標準庫STD中的一個程序包（Package），它提供了VHDL與磁盤文件直接訪問的橋梁，可以利用它來讀取或寫入仿真數(shù)據(jù)到文件中，TEXTIO的使用是通過testbench來進行的，即在testbench中可以調用TEXTIO進行仿真[ 1 ]。

TEXTIO對文本文件是按行來處理的，TEXTIO程序包中有專門的過程可以讀一行或寫一行字符串，并且有一個函數(shù)檢查文件是否結束。

類型LINE是TEXTIO程序包中的基本單元，用于保持將要寫到文件的一行字符串或保持從一個文件讀取字符串[ 2 ]。一般情況下，該方法用到的過程和函數(shù)為readline，read，writeline，write和endfile等。

2 仿真實例

本文將針對歐拉公式這一數(shù)學理論進行邏輯設計以及功能仿真驗證。

輸入信號利用MATLAB仿真產(chǎn)生，假設兩信號sig1和sig2頻率分別為10MHz和20MHz，取兩信號實部和虛部，并將其量化成與邏輯設計輸入信號位數(shù)相同的二進制BIT量，分別存入4個.txt文本文件中。

在編寫testbench過程中，讀輸入信號的和將寫輸出信號是本文提出方法的關鍵。

定義4個文件類型作為輸入文件目標，并定義4個變量用來保持從文件讀取的行，4個BIT_VECTOR類型的變量用來保持從行讀取的值。因為讀取的值是BIT_VECTOR，還需要轉換為STD_LOGIC_VECTOR類型，可以使用函數(shù)TO_STDLOGICVECTOR來實現(xiàn)。

以其中一個變量為例，讀輸入信號文件部分關鍵程序為：

FILE in_file1：TEXT IS IN"E：/signal/data1_I.txt"；

VARIABLE in_line1：LINE；

VARIABLE int_val1：BIT_VECTOR（13 downto 0）；

while not（endfile（in_file1））loop

readline（in_file1，in_line1）；

read（in_line1，int_val1）；

io_i<=to_stdlogicvector（int_val1）；

寫文件過程也類似，仿真過程中將輸出信號輸出到2個.txt文件中，部分程序樣例為：

FILE out_file1：TEXT IS OUT"E： /signal/sig_I_new.txt"；

VARIABLE out_line1：LINE；

write（out_line1，to_bitvector（out_i））；

writeline（out_file1，out_line1）；

在MATLAB中畫出兩信號sig1和sig2以及兩信號復乘后的頻譜，與ISE中復乘邏輯仿真后的頻譜結果進行對比分析，仿真圖如圖1所示。

仿真結果標明，輸入信號為10MHz和20MHz的兩個復信號在MATLAB中復乘的結果為30MHz的復信號，邏輯設計中復乘后產(chǎn)生的信號也為30MHz的復信號，與預期結果相同。

3 結論

在FPGA邏輯設計中，可以采用TEXTIO方法進行讀取測試激勵，這些激勵也能夠在MATLAB中的生成，在測試結束之后我們還能夠利用MATLAB進行分析測試結果，從而實現(xiàn)功能驗證，為邏輯設計提供極大的方便。

參考文獻：

[1] 湯琦，蔣軍敏.Xilinx FPGA高級設計及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 江思敏.VHDL數(shù)字電路及系統(tǒng)設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

作者簡介：吳斌（1984-），男，蒙古族，內蒙古寧城人，碩士，工程師，主要研究方向：機載計算機技術。