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【工程源码】基于FPGA在Modelsim仿真中显示状态机名称的3种方法

2020-2-21 16:48:08 1753 FPGA开发

0 经过网上的搜索及自己的实验，总结在Modelsim仿真中显示状态机名称的三种方法。下面以一个具体的实例进行讲解。实例功能：引入状态机实现2分频，这里使用状态机完全只是为了说明如何在仿真中显示状态机名称。状态转移图：设计文件代码： 1 module fsm( 2 input clk, 3 input reset_n, 4 output reg clkout 5 ); 6 7 parameter ONE = 2'b01, 8 ZERO = 2'b10; 9 10 reg [1:0]state; 11 12 always@(posedge clk or negedge reset_n) 13 if(!reset_n)begin 14 state <= ONE; 15 clkout <= 1'b1; 16 end 17 else begin 18 case(state) 19 ONE:begin 20 state <= ZERO; 21 clkout <= 1'b0; 22 end 23 ZERO:begin 24 state <= ONE; 25 clkout <= 1'b1; 26 end 27 endcase 28 end 29 30 endmodule 复制代码 testbench文件代码： 1 `timescale 1ns/1ns 2 `define CLK_PRIOD 20 3 4 module tb_fsm(); 5 6 reg clk; 7 reg reset_n; 8 wire clkout; 9 10 fsm inst_fsm( 11 .clk(clk), 12 .reset_n(reset_n), 13 .clkout(clkout) 14 ); 15 16 initial clk = 1; 17 always #(`CLK_PRIOD/2) clk = ~clk; 18 19 initial begin 20 reset_n = 0; 21 #201 22 reset_n = 1; 23 #500; 24 $stop; 25 end 26 27 endmodule 复制代码仿真波形：在波形图中，看到状态机状态只能以各种进制的数进行显示，当状态比较多的时候不太便于查看波形查找一些问题，下面将用3种不同的方式对状态机状态以名称的形式显示在波形图中。方法一：在testbench文件中对设计文件中的各种状态进行映射实现过程：在tb文件加入一个reg变量monitor_state，将设计文件中的状态state映射到monitor_state，通过映射将不同的状态state在tb文件中通过monitor_state用字符串表示，具体实现代码如下。与开始相比，tb文件增加了9~16行的代码，在modelsim波形显示窗口将信号monitor_state添加进行，将数据显示格式设置为ASCII码，这样就能看到monitor_state信号名称就显示为状态机名了，并且与state是一一对应的。注：这里的monitor_state的位宽设置是根据状态名称最长字符的个数确定的，一个ASCII码字符要用8bit表示，这里最长的是4个字符，所以这里设置的位宽是32位。 1 `timescale 1ns/1ns 2 `define CLK_PRIOD 20 3 module tb_fsm(); 4 reg clk; 5 reg reset_n; 6 wire clkout; 7 reg [31:0]monitor_state; 8 9 parameter ONE = 2'b01, 10 ZERO = 2'b10; 11 12 always@(inst_fsm.state) 13 case(inst_fsm.state) 14 ONE: monitor_state = "ONE "; 15 ZERO: monitor_state = "ZERO"; 16 endcase 17 18 fsm inst_fsm( 19 .clk(clk), 20 .reset_n(reset_n), 21 .clkout(clkout) 22 ); 23 24 initial clk = 1; 25 always #(`CLK_PRIOD/2) clk = ~clk; 26 27 initial begin 28 reset_n = 0; 29 #201 30 reset_n = 1; 31 #500; 32 $stop; 33 end 34 endmodule 复制代码仿真波形：方法二：在testbench文件中对设计文件中的状态机编码进行重定义实现过程：在tb文件中将设计文件中的状态机编码用 defpara 进行重定义，具体可见下面代码8、9行，这里就涉及到重定义前后状态机状态寄存器的位宽发生了变化，重定义后的位宽变成了32位，这样就需要在设计文件中将状态寄存器state的位宽也设置成32bit。即将设计文件代码的第10行代码更改为 “reg [31:0]state;” 。这种情况不需要在波形文件额外添加信号，直接让状态机状态寄存器显示状态名。仿真波形见下面。 1 `timescale 1ns/1ns 2 `define CLK_PRIOD 20 3 module tb_fsm(); 4 reg clk; 5 reg reset_n; 6 wire clkout; 7 8 defparam inst_fsm.ONE = "ONE "; 9 defparam inst_fsm.ZERO = "ZERO"; 10 11 fsm inst_fsm( 12 .clk(clk), 13 .reset_n(reset_n), 14 .clkout(clkout) 15 ); 16 17 initial clk = 1; 18 always #(`CLK_PRIOD/2) clk = ~clk; 19 20 initial begin 21 reset_n = 0; 22 #201 23 reset_n = 1; 24 #500; 25 $stop; 26 end 27 endmodule 复制代码仿真波形：方法三：使用虚拟对象显示状态机名称实现过程：该种方法不需要对设计代码和tb代码进行更改，这个只需要在modelsim软件上进行一些Tcl命令的操作，首先使用ModelSim的virtual type命令定义一个新的枚举类型（FSM_TYPE），该枚举类型可以在随后的仿真中使用，其命令格式为：virtual type { {val1 s1} { val2 s2} … { valn sn} } newVirtualType，其中val表示枚举值，s表示枚举名。而newVirtualType表示新的枚举类型名称。注：virtual type与 { 之间，里面的 {} 与 {} 之间，} 与newVirtualType 一定要有空格。具体在本实例中在使用最开始的tb文件进行仿真后，然后再modelsim软件的tcl console窗口依次输入如下命令： 1 virtual type { {2‘b01 ONE} { 2'b10 ZERO} } state_type 2 virtual function {(state_type)/inst_fsm/state} fsm_state 3 add wave -color pink /inst_fsm/fsm_state 复制代码 3条命令的作用分别为： 1、使用ModelSim的virtual type命令定义一个新的枚举类型state_type 2、将需要显示的信号（/inst_fsm/state，设计文件中状态寄存器）进行类型转换，转换成一个新的信号fsm_state 3、将新的信号fsm_state加入到wave窗口中仿真波形：总结：以上三种方法均能实现在Modelsim仿真中显示状态机名称，各有特点，读者可以根据自己的习惯选择其中一种方法即可，这个就是能让在仿真波形时更加直观的看到状态转移的跳转情况。 4
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