本文主要概括一下，如何針對Xilinx+ModelSim進行FPGA的仿真設計。

1. xHDL仿真器

常用的硬件描述語言的仿真器有很多種，例如，VCS，Ncsim，Affirima，Verilog-XL，SpeedWave，Finisim和 ModelSim。個人認為比較流行的就是ModelSim和Ncsim，像opencores提供的源碼大部分都含有Ncsim仿真支持，或者 ModelSim仿真支持。

1.1 ModelSim簡介

ModelSim仿真器在FPGA/CPLD設計中的使用得到了廣泛的應用，這是因為Model Technology公司為各個FPGA/CPLD廠家都提供了OEM版本的ModelSim工具。ModelSim仿真原理是基于事件驅動的，它可支持Verilog和VHDL語言的的單獨仿真與混合仿真。

1.2 ModelSim版本

ModelSIm仿真工具有許多版本，首先就是他的版本號很多，這里不多介紹，因為它無非就是軟件性能，功能的升級。這里主要是要說明ModelSim PE/LE/SE之間的區別：

為了滿足不同用戶的需要，ModelSim每個版本號都可以分為PE，LE和SE等類別。其中SE功能是比較完善的，但是它有一個特點就是，在進行仿真前，要首先編譯相應的仿真庫(通過設置，也可以一老永逸)，后面會專門介紹。

在進行Xilinx FPGA產品開發時，我們有時會遇到ModelSim XE版本，這是ModelSim的Xilinx OEM版本，里面集成了Xilinx的仿真庫。同樣道理也適用于Altera。

2. 仿真庫的生成

結合自己的實際經驗，本文以Verilog + ModelSim SE + Xilinx ISE為例來說明仿真庫的生成。

2.1 仿真庫的命名

在ModelSim中編譯器件的仿真庫時，使用的仿真庫的名稱可以隨意定義，只要滿足操作系統的命明規則就行。但是在實際操作中，則不然。

當我們使用Xilinx ISE + ModelSim進行仿真時，Xilinx ISE會產生一些對ModelSim進行控制的文件，而在這些文件中，包含仿真庫的映射機制，因此為了兼容性，這里的仿真庫的命名就是固定的了，而不是任意定義。他們分別是Unisim_ver，Simprim_ver，Xilinxcorelib_ver。

2.2 仿真庫文件的說明

上面提到了ModelSim仿真所需要的3個基本的庫，這里主要介紹一下他們的作用。

Unisim_ver：如果要做綜合后的仿真，還要編譯這個庫。即UNISIM，Library of Unified Component simulation models，這個庫用來做功能仿真。這個庫包含了Xilinx的所有的標準元件，可以被絕大多數的綜合工具推論。UNISIM庫被分為VHDL和Verilog兩種。以Verilog為例：Verilog UNISIM庫文件中每一個元件使用一個獨立的文件。根據器件的不同，這個庫分為兩個目錄，對于FPGA器件家族，源文件位置在$Xilinx\Verilog\src\unisims目錄下，對于CPLD家族，源文件位置在$Xilinx\Verilog\src\uni9000目錄下。

Simprim_ver：這個庫用于布局布線后的仿真。對于Verilog來說，這個庫位于$Xilinx\Verilog\src\simprimes，對于VHDL來說，這個庫位于$Xilinx\VHDL\src\simprimes。

Xilinxcorelib_ver：這個庫僅僅用來做功能仿真。 但其和Unisim_ver不同，如果設計中調用了CoreGen產生的核，則需要編譯這個庫。Core Generator HDL Library models, 它包含了適用Core Generator產生的各種IP核的仿真模型。Xilinx的IP核都針對不同的器件結構作了很好的優化，但是對于使用者來說，大部分只能夠做為黑合來 處理。對于Verilog來說，其對應的源文件位置所在的位置是$Xilinx\Verilog\src\xilinxcorelib，對VHDL來說， 其對應的源文件所在的位置是$Xilinx\VHDL\src\xilinxcorelib。

2.3 仿真庫的建立

本節將以Verilog語言中時序仿真庫simprimes為例來說明，為ModelSim建立仿真庫。

第一步：將ModelSim根目錄下的配置文件Modelsim.ini屬性由只讀改為可讀寫。這樣做的目的就是為了讓軟件可以記錄仿真庫建立的路徑以及 映射關系。以后每次啟動Modelsim時，軟件會根據ModelSim.ini中的配置尋找仿真庫，并且形成映射關系。

第二步：在這一步，有2種方法可以作。

(1) 在modelsim環境下，新建工程，工程的路徑與你想把庫存儲的路徑一致。這里Project Name: Xilinx_lib;

Project Location: D:/My_Work/ModelSim_Simulation/Xilinx—即仿真庫保存的路徑。如下圖所示：

(2): 在主窗口中選擇[File] / [Change Directory]命令，將工作目錄改到我們想要保存仿真庫的目錄下，即D:/My_Work/ModelSim_Simulation/Xilinx。

以上兩個方法均可，最終的結果都是一樣的。

第三步：新建庫，庫名起作simprim_ver。我們首先就是要建的就是這個庫。

即在主窗口選擇[File] / [New] / [Library]命令，然后根據下圖設置[Create]選項，[Library Name]選項，以及Libray Physical Name]選項(軟件自動生成)。如下圖所示：

這一操作實際上相當于在ModelSim主窗口的腳本區域輸入命令

vlib simprimes_ver

vmap simprimes_ver simprimes_ver

第四步：這一步有兩種方法實現，這兩種方式是等效的

(1): 在modelsim的命令欄上，打下如下命令：

vlog -work simprim_ver $xilinx/verilog/src/simprims/*.v

其中的$xilinx是Xilinx ISE的安裝路徑，你把這個改成你的就行了。編譯完之后，你會發現你的工程文件夾下出現了一個simprim文件夾，里面又有很多個文件夾。這些就是我們要的庫了。

(2): 在主窗口選擇[Compile] / [Compile]命令，彈出[Compile Source Files]窗口，然后選擇$xilinx/verilog/src/simprims/目錄下的所有*.v文件，點擊Compile按鈕執行編譯。

第五步：按照第三步中的任意一種方式編譯其它兩個庫，對應的命令行是：

vlog -work unisim_ver $xilinx /verilog/src/unisims/*.v

vlog -work xilinxcorelib_ver $xilinx /verilog/src/XilinxCoreLib/*.v

第六步：庫文件編譯好了以后，為了方便以后使用，可以修改ModelSim.ini配置文件，打開配置文件之后，可添加對Xilinx仿真庫的映射。經過修改后，Xilinx ISE+ ModelSim進行各個階段的仿真就不會出現任何的錯誤了。PS：有的人反映，在仿真過程中，有時還需要指定庫的路徑，其原因就是ModelSim.ini文件沒有配置正確。

如果還需要其它的仿真庫支持，例如abel_ver, cpld_ver，可按照上述的1~5步完成這些仿真庫的添加。

完成上面的步驟后，如果重新打開ModelSim，發現下面的庫文件的話，就說明，你的仿真環境建立好了，接下來就可以做你該做的事情了。

3. ModelSim常用命令

在作FPGA開發時，由于需要屢次的修改源文件進行調試，因此，每次仿真都不可避免的要進行編譯。這道程序比較麻煩，ModelSim提供了一個捷徑，即我們只需要編寫一個*.do文件，然后再ModelSim命令行里鍵入do *.do就可以替代這一麻煩過程。

下面以Giga Eth MAC開發仿真為例，說明一下*.do的語法結構，如下圖所示：

(1) vlib work >> 由于vlib<庫名>，表示創建一個庫，因此vlib work表示創建一個work庫，這里的work是庫的名稱。

(2) vmap work work >>vmap表示映射庫，前一個work表示以創建的庫的名稱，后一個work表示當前ModelSim工作目錄下的文件夾，即將一個名為work的庫映射到當前目下的work文件夾。

(3) vlog -work work C:/Xilinx91i/verilog/src/glbl.v >> vlog表示編譯源代碼，”-work”表示其后面跟著的參數表示編譯完的源文件要存放的位置，最后的參數表示源文件的位置，即該語法表示，將文件 C:/Xilinx91i/verilog/src/glbl.v編譯，得到的編譯后的文件，存放在當前工作目錄下的work目錄下。

最終的仿真結果如下圖所示：