4 C语言对VHDL设计文件的协同仿真

4.1 构成框图

仿真文件的构成如图3所示，包括HDL文件和动态链接库(即c程序)。图中c程序对应的VHDL文件要负责声明对应的动态链接库文件名及初始化函数，另外还可以给出一些调用参数。动态链接中用到的输入输出信号也要在对应的VHDL文件中声明。

例如，假定有一个DLL文件名为sim.dll，对应的初始化函数为sim_init，有输入信号in1、in2，输出信号out1、out2，可以这样编写对应的VHDL文件

(sim.vhd):

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

entity sim is

port(

in1 :in std_logic;

in2 :in std logic;

out1 :out std_logic;

out2 :out std_logic;

);

end entity sire;

architecture dll of sim is

attribute foreign :string;

attribute foreign of dll :architecture is "sim_init

sim.dll”

begin

end;

仿真时，仿真器对顶层的HDL文件进行仿真，并根据各VHDL文件的动态链接库声明来调用、执行相应的动态链接库。

4.2 动态链接库的程序结构

利用modelsim仿真时，可根据VHDL文件的声明，调用DLL文件(如sim.dll)。在VHDL文件中已经给出了调用文件(sim.dll)和初始化函数名(如sim_init)，modelsim根据这些信息，调用sim.dll中的sim_init函数，完成初始化工作。初始化包括:

①初始化全局变量;

②设置VHDL输入输出信号与c程序变量的对应关系;

③设置输出信号的一些初始状态(mti_ScheduleDriver);

④设置在仿真器重新仿真(restart)和仿真器退出仿真(quit)等情况下执行的一些函数(mti_AddRestartCB和mti_AddQuitCB等)，如释放动态申请内存等;

⑤设置敏感表，给出在某些信号发生变化(如时钟上升沿等)时执行的函数。

⑥其它。

C程序的设计步骤如下:

(1)包含头文件，包括c程序常用的一些头文件和modelsim给出的外部语言接口头文件mti.h。Modelsim给出的外部接口函数说明、类型定义等都在mti.h中。

(2)定义自己的结构体，这一点主要是为了编程方便，例如输入输出信号对应的变量在各函数中基本上都会用到，可以把这些变量定义成一个结构，便于参数传递。

(3)编写初始化函数

初始化函数的定义为:

init_func(mtiReginoIdT region,char *param,

mtiInterfaceListT *generics,mtiInterfaceListT *ports)

各参数的意义可以参阅modelsim用户手册。

下面结合上面给出的初始化函数要完成的任务进行详细说明。

a.初始化全局变量(略)

b.设置VHDL输入输出信号与c程序变量的对应关系。这是通过调用mti_FindPort函数实现的。mti_FindPort函数定义为:

mfiSignalIdT mti_FindPort(mtiInterfaceListT *list,char *name);

例如，定义输入输出信号对应的结构ip:

PortStruct ip;

就可以用:

ip_in1=mti_FindPort(ports,"in1");

来实现输入信号in1与变量in1的对应关系。

对输出信号来说，它的目的是产生驱动。因此，这些变量(out1和out2)除了要找到对应的输出信号外，还要驱动这些信号。对信号的驱动可以通过调用mti_CreateDriver函数来实现。该函数的定义为:

mtiDriverIdT mti_CreateDriver(mtiSignalIdT sig);

由于这些变量一般只用于对外驱动，因此可以简单写成下面的形式:

ip.out1 = mti+ CreateDriver(mti_FindPort(ports,"out1"));

C.调用mti_ScheduleDriver函数，设置输出信号的初始状态。mti_ScheduleDriver函数的定义为:

void mti_ScheduIeDriver(mtiDriverIdT driver,long value,mtiDelayT delay,mtiDriverModeT mode);

其中，driver是输出信号对应的变量名，如ip.out1和ip.out2;value是要设置(驱动)的值，如高电平('1'，对应value为3)、低电平('0'，对应value为2)、高阻('z'，对应value为4)、未赋值('U'，对应value为0)等等;delay是从当前时间开始到把信号驱动成给定值(value)的等待时间，单位与仿真器当前使用的最小时间单位相同;mode为信号模式，有两个值可供选择:MTI_INERTIAL或者是MTI_TRANSPORT，分别对应于标准VHDL语言的INERTIAL和TRANSPORT。例如，设置信号out1的初始状态为低电平:

mti_ScheduleDriver(ip.out1,2,0,MTI_INERTIAL);

d.设置在仿真器重新仿真(运行命令restart)或退出仿真(运行命令quit-sim)等情况下调用的函数。这一部分主要是为了释放内存或者保存当前状态等。以restart为例，假设在程序中用malloc申请了存储空间buf，在仿真器"restart"时需要释放，就可以用以下的函数调用来注册:

mti_AddRestartCB(free,buf);

注册后，当仿真器运行命令restart时就会调用free(buf)。

其它一些函数可以参照modelsim的用户手册这里不再详述。

e.设置敏感表，给出在某些信号发生某些变化时(如时钟上升沿等)执行的函数。例如，在输入信号in1发生变化时，要执行函数in1_change(in1_change为用户定义好的函数)，可以这样定义:

processed proc;

proc=mti_CreateProcess("P_in 1 change",in1_

change，&ip);

mti_Sensitize(proc,ip.in1,MTI_EVENT);

也就是说，先创建进程，然后设置敏感表。当满足敏感表的条件时，仿真器就会执行该进程。mti_CreateProcess函数的定义为:

mtiProcessldT mti_CreateProcess(char *name,mtiVoidFuncPtrT func,void * Param);其中，name是将要在仿真器窗口中显示的名称;func是要执行的函数;后面的param是要传给func的参数。mti_Sensitize的定义为:

void mti_Sensitize(mtiProcessIdT proc,mtiSignalIdT sig,mtiProcessTriggerT when);

其中，proc为调用mti_CreateProcess的返回值;sig为信号名，即VHDL文件的输入输出信号对应于C程序的变量;when可以取MTI_EVENT或者MTI_ACTIVE两种值。