FPGA 学习分享-- 05 例化与仿真_vivado例化

一. 实验内容

  通过具体例程，学习vivado软件的下述功能：
  1.例化：04节fifo核的使用
  2.仿真：01节流水灯
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二. 例化

2.1 概论

依我看，例化其实就是C语言的函数调用。这样做方便整体代码修改，以及模块化编写程序。咱们就带着函数调用的思想去学习例化的语法规则就好。

2.2 例化框架

例化的大体框架如下：

引用的外部模块名字  此模块的新名字 (
  .外部参数1					(对应的内部参数1),         
  .外部参数2					(对应的内部参数2),   		
  .外部参数3					(对应的内部参数3),     
  .外部参数4					(对应的内部参数4),  
  ......
  ......
  .外部参数n					(对应的内部参数n)
             //注意：最后一个参数的括号后面没有逗号
);
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这是fifo核的例化。

fifo_generator_0 u_fifo_generator_0 (
  .clk					(clk),         
  .srst					(~rst_n),   		
  .din					(wr_data),     
  .wr_en				(wr_en),  
  .rd_en				(rd_en),  
  .dout					(rd_data),    
  .full					(full),    
  .empty				(empty)  
);
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外部模块名为fifo_generator_0，
一般的，新名字都是 “u_模块名” ，即u_fifo_generator_0

再来看看参数。

没有列举完哈，这几个参数比较典型，拉出来说说。

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fifo核自带的时钟名字为clk，我们定义的时钟名为clk
fifo核自带的复位名字为srst，我们定义的复位名为rst_n
（但因为srst为高电平有效，rst_n为低电平有效，所以取反）
fifo核自带的写数据名字为din，我们定义的写数据为wr_data
fifo核自带的读数据名字为dout，我们定义的读数据为rd_data

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由此可见，外部参数和内部参数的名字不要求一致，只要他们代表的意义一样即可。
但内部参数对应的数据类型一般都是wire类型，这点还希望大家注意一下。

同理，ILA例化也是一样的框架。

ila_0 u_ila_0 (
	.clk             (clk), 	// input wire clk
	.probe0          (probe0) 	// input wire [26:0] probe0
);
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值得一提的是，probe0参数有27位，但只是一个参数！
所以只占用一个外部参数名。

wire   [26:0]  probe0;

assign probe0[0] = clk;          
assign probe0[1] = rst_n;
assign probe0[2] = wr_rd_flag;
assign probe0[3] = wr_en;
assign probe0[4] = rd_en;
assign probe0[12:5] = wr_data[7:0];
assign probe0[20:13] = rd_data[7:0];
assign probe0[21] = full;
assign probe0[22] = empty;
assign probe0[26:23] = cnt_dly[3:0];
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三. 仿真

3.1 概论

选择仿真大致有两个情况：

1. 不上电，先行验证代码的正确性
2. 没有板子，只能通过仿真来进行观看结果

据我所知，一般在实验或者工程上电之前，都会进行仿真，一旦连仿真结果都是失败的错误的，那么也就不必去上电了。所以学会仿真是必要的。

3.2 建立仿真文件

我在01节仿真部分已经带着大家一起建立过仿真文件了，在此处就不耽误大家时间了，有需要的同学可以去01节看看喔。

FPGA学习分享–01 led流水灯的实现

3.3 编写仿真代码

仿真仿真，就是要模仿真的。真的具有什么，放出来的结果应该也具有什么特点。
所以，我们在仿真中需要实现
1.系统时钟的编写
2.复位信号的切换
3.结合具体情况的一些其他功能
当然，也要确保仿真模块的代码语法的正确性。下面我们就以01节仿真代码为例，来看看这一必要的仿真模块到底长什么样。

`timescale 1ns / 1ps   

module tb_led_stream();

reg         sys_clk;       
reg         sys_rst_n;    

wire  [3:0] led;
              
initial begin         //初始化                        
	sys_clk = 1'b0;
	sys_rst_n = 1'b0;
	#1 sys_rst_n = 1'b1;
end 

always #10 sys_clk = ~sys_clk;    //定义一个50M赫兹的时钟

led_stream u_led_stream(      //例化
.clk                  (sys_clk),        
.rst_n                (sys_rst_n),      

.led                  (led)   
);

endmodule

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咱们一个部分一个部分的讲解：

1. 单位时间：

`timescale 1ns / 1ps   
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这个代表了在仿真模块中的单位时间为1ns,精度为1ps。
举个例子，"#10"就代表经过10ns.

2. 仿真变量：

reg         sys_clk;       
reg         sys_rst_n;    
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我要实现时钟和复位信号，就必然要先定义他们。

3. 初始化：

initial begin         //初始化                        
	sys_clk = 1'b0;
	sys_rst_n = 1'b0;
	#1 sys_rst_n = 1'b1;
end 
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代码翻译如下：
最开始，时钟信号为低电平，复位信号为低电平，1ns之后复位信号拉高。
这和真正的板子是一致的。板子真正的复位信号，是上电瞬间为低电平有效，之后就拉高为1。时钟也是相似的道理（详见下一模块）。

4. 时钟模块

always #10 sys_clk = ~sys_clk;    //定义一个50M赫兹的时钟
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先来讲讲真正的系统时钟。
时钟信号就是不断地拉高拉低，通过记录时钟信号的上升沿即可得到时间。那么一个上升沿是多少时间呢。这就和系统的晶振有关系了。博宸电子的ZYNQ7020DEV开发板采用的是50M的晶振，即1s震动50M次。也就是时钟信号1s翻转50M次。

也就是说，时钟信号每隔10ns都是前一个瞬间的取反。

在仿真模块中，10ns后取反是
#10 sys_clk = ~sys_clk;
而时钟信号是一直每隔10ns就取反，所以必然有always语句。

always #10 sys_clk = ~sys_clk;    //定义一个50M赫兹的时钟
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5. 例化模块
   现在该把module模块例化到仿真模块中了，让仿真模块实现它的功能。

led_stream u_led_stream(      //例化
.clk                  (sys_clk),        
.rst_n                (sys_rst_n),      

.led                  (led)   
);
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led_stream是module模块的模块名，直接从module中复制过来就行。剩下的例化知识就和上面讲例化是相同的。大家可以自行理解。

3.4 启动仿真

点击vivado左边的Run Simulation后就可以看到仿真图啦！