Quartus II 15.0中仿真Altera三速以太网IP核 - 图文

小梅哥FPGA学习笔记之

Quartus II 15.0中仿真Altera三速以太网IP核

（友情提示：图片有点多，默认缩小状态下可能看不清楚，点击图片可查看高清大图哦）

近期的项目需要用到网络端口通过UDP协议来进行数据的与PC机的交互。FPGA系统中实现网口有多种方式，包括友晶的DE2-35开发板上使用的NIOS II处理器通过外部MAC芯片DM9000实现的web server，以及DE2-115开发板上使用NIOS II处理器与三速以太网（TSE）IP核实现web server，再就是W5X00系列的硬件TCP/IP网络芯片，配合FPGA实现网络数据传输。当然，我自己也曾经在项目中直接使用完全自己编写的UDP协议网络收发逻辑配合外部网络PHY芯片，实现数据的收发。早就知道Quartus II中提供了有三速以太网的MAC层IP，今天，在新项目的网络接口开工前，先通过仿真来了解一下该IP核的基本情况，相信该IP核的仿真结果一定很标准，能够为我后期手动写MAC层逻辑提供一个标准的时序参照。

这里我使用Altera 公司最新的FPGA开发工具Quartus II15.0（前天刚刚出了update1版本，不过公司网速慢，我还没来得及更新）来生成该以太网IP核以及设计实例，并使用Modelsim – Altera来仿真，来得到仿真波形。

在Quartus II15.0中，新建一个空白工程，工程名字任意，这里我命名为TSE_SIM,器件我选择在至芯科技学习时发给我的ZX-1开发板上使用的FPGA芯片EP4CE10C8，仿真工具选择modelsim-altera，语言为Verilog。（创建工程这些的我就不上图了，相信大家都很熟悉）最终，创建工程完成后的Summary如下图所示：

点击Finish完成工程的创建。在软件的右侧IPCatlog中（以前的博客有提到，Quartus II15.0中的IP核调用不再是在MegaWizard Plug-In Manager中，而是IPCatlog）依次展开Interface Protocols/Ethernet，然后双击Triple-Speed Ethernet，就会弹出下面的对话框：

这里，语言选择Verilog，IP核被我自己命名为TSE，然后点击OK，则开始启动参数配置界面，启动过程很长，从点击OK到最终GUI弹出来大约需要20秒左右的时间，大家要耐心点，不要怀疑是否是软件出了故障。

在Core Configuration选项卡中，选择Core Variation为10/100/1000Mb Ethernet MAC（自适应以太网介质访问控制子层协议），interface选择RGMII接口（参照友晶DE2-115硬件结构），勾选上使用内部fifo选项，具体如下图所示：

在MAC Options选项卡中，Ethernet MAC Options默认选择即可，在MOID Module中，勾选Include MDIO Module（MDC/MDIO）。如下图所示：

在FIFO Options选项卡中，选择Width为8bits，Depth默认2048即可，如下图所示：

另外两个选项卡Timestamp Options和PCS/Transceriver Options不需要修改（全灰色，器件不支持，咱也改不了）。接下来点击右下角的Finish按钮，会弹出如下图所示的界面，这里提示是否生成设计示例，将其勾选上，然后点击Generate，则软件开始生成IP核核参考设计，整个过程大约需要1到2分钟。

生成完成后点击Exit退出，回到Quartus II工程中。我们发现自动将生成的两个文件TSE.qip和TSE.sip文件添加进来了，这里我们选中TSE.qip文件，右键单击，选择将其设置为顶层文件

接下来，就可以对整个工程进行分析和综合了，这里提供一组快捷键：“Ctrl + K”来实现分析和综合，当然，如果需要进行全编译，则可使用组合键“Ctrl + L”。 （接上篇）

编译完成后，一般不会出现错误，这时候，就可以通过设置NativeLink来将Quartus II工程文件与Modelsim-Altera软件关联起来了。设置NaitveLink的详细步骤如下图所示： 点击Assignments—>Settings

在弹出的对话框中（如下图所示）选择EDA Tool Settings（红框1处），选择Simulation（红框2处），核对红框3处和4处是否与图上设置的一致，然后勾选红框5处的Compile test bench，点击红框6处的Test Benches以进入新的testbench设置窗口。

在新的testbench设置窗口中，点击New以创建一个新的Testbench设置脚本，如下图所示：

单击New Test Bench Settings选项卡中的File name一栏最右侧的三个小点（红框1处所示）：

在弹出的文件选项卡中，将目录定位到工程目录下的 ” _testbench/testbench_verilog/”

目录下，选择_tb.V文件并Open（如下图所示），返回到New Test Bench Settings选项卡中。

点击Add将_tb.v添加进去，然后再次点击那三个小点（如下图所示）：

进入文件选择选项卡中，将目录定位到工程目录下的

” _testbench/testbench_verilog/models”文件夹中，选择除以timing开头的文件（时序仿真时才需要用到）以外的其他所有文件，点击Open。如下图所示：

这些文件都是为了配合仿真TSE IP核而存在的，属于仿真模型，这些文件组合在一起相当于虚拟了一个物理的网络收发器PHY。这样，就能够模拟真实的板级环境进行仿真测试了。 在New Test Bench Settings选项卡中，Test bench一栏中输入_tb，Top Level module in test bench一栏中输入tb。至于这里为什么要手动输入tb，而不是由软件自动填充的_tb。

为什么是这样，这里小梅哥最开始也郁闷了很久，我最开始也是直接使用_tb来填入top Level module in test bench中，结果modelsim – altera中仿真总是报错，提示找不到_tb.V文件，我就郁闷了，明明是已经加入进来了，为什么进行仿真时总说找不到呢？直到后来我打开_tb.V这个文件一看，才找到了原因，如下图所示：

虽然文件名字是_tb.V，但是文件中test bench的顶层实体名字任然是tb，因此，我们直接设置_tb.V作为top Level module in test bench的名字当然不对了，所以我们需要根据实际情况，输入top Level module in test bench的名字为tb。

设置完毕，连续点击两次OK，回到Settings - <工程名>选项卡中，勾选Use Script to setup simulation，并定位到文件_testbench/testbench_verilog//_wave.do。这个文件是一个脚本文件，主要功能是有条理的添加信号到仿真波形窗口中，以使我们看起来更加直观，如下图所示。

然后apply，OK即可。此时在Quartus II软件中点击RTL Simulation按钮即可启动仿真，如下图所示：

整个过程较为漫长，modelsim-altera需要首先对设计文件进行编译，然后才能运行仿真，大约需要3分钟左右的时间吧。仿真开始后，会自动在波形窗口中添加好信号并停在仿真时间0处，如下图所示：

因为仿真脚本中没有run这个命令，所以添加完波形后modelsim就进入等待状态，因此我们必须手动输入run –all命令，或者在GUI上点击run –all按钮来运行仿真，如下图所示：

仿真大约运行10秒左右就会停下来，此时就可以观察波形了，在Transcript窗口中也会打印仿真过程中的一些数据信息。下图为仿真结果欣赏： 接收模块和接收FIFO模块信号仿真波形：

发送模块和发送fifo模块仿真波形：

打印的信息：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mvzr.html