小梅哥和你一起深入學習FPGA之串口調試（一）（下）

　　以上為小梅哥為了對特權同學的串口收發(fā)模塊進行測試所展開的部分工作，到這里，仿真測試所需要的準備工作我們就做好了，接下來將實際進行仿真，通過仿真來分析該模塊的性能。

　　這里極力推薦大家使用modelsim進行仿真，因為quartusII自帶的仿真工具靈活性和功能都趕modelsim相差甚遠。Modelsim作為一款強大的仿真軟件，在業(yè)界被廣泛使用。同時，modelsim針對不同的EDA廠家，也推出了OEM版本，modelsim-altera就是為Altera公司開發(fā)的OEM版本，此版本針對Altera公司的器件預先做了許多的工作，使我們使用的時候能夠更加的快捷方便，這里，小梅哥就使用modelsim-Altera版本來仿真這個設計。

　　我們可以使用modelsim-Altera，通過完全手動化的方式來建立仿真工程，添加仿真庫、編譯文件，添加波形，運行仿真，當然也可以使用Nativelink的方式，通過quartus II軟件實現(xiàn)一鍵調用，實現(xiàn)自動化的仿真過程。這里，對于初學者，小梅哥還是推薦采用這種自動化的方式，因為簡單，不需要過多的手動操作，且不容易出錯。這里，小梅哥也使用這種方式來進行仿真。

　　要使用這種方式仿真，我們需要在QuartusII軟件中進行EDA Tools的設置。在quartus II軟件中，依次點擊“tools – options ”，在打開的選項卡中選擇“EDA tool options”，在modelsim-altera一欄中輸入你的modelsim-Altera的安裝路徑(部分在安裝的時候就已經(jīng)自動設置好了，就不用去管)，如下圖所示：

　　這里設置完成后，點擊OK即可。

　　當確認這一步?jīng)]有問題后，我們就可以開始進行Nativelink的設置了。Nativelive就是一個鏈接的過程，通過設置Nativelink，讓Quartus II軟件能夠自動的調用modelsim-altera軟件，并建立仿真工程，添加仿真庫、編譯文件，添加波形，運行仿真。接下來我們就來進行Nativelink的設置

　　第一步：依次點擊“assignments– settings”，

　　在彈出的選項卡中，選中“EDA Tool Settings”(紅色標號1處)，在子選項中選擇“Simulation”(紅色標號2處)，注意紅色標號5處和6處應分別選擇為modelsim-altera和Verilog HDL，如果不是，請通過下拉列表選擇為上述選項。點擊“Compile test bench” (紅色標號3處)，然后點擊最右側的“Test Benchs” (紅色標號4處)，就會彈出如下所示的界面：

　　點擊“New” (紅色標號1處)，接著會彈出“New Test Bench Settings”界面，如下圖所示：

　　首先我們點擊紅色標號1處的三個小點，在彈出的文件選擇界面中，選中我們需要加入的testbench文件，如下所示：

　　這里我們選擇“Uart_tb.v”和“Uart_module.v”，點擊“Open”打開。這里，“Uart_tb.v”為仿真頂層文件，“Uart_module.v”為串口仿真模型。

　　文件選擇好之后，回到New Test Bench Settings界面，如下圖所示，

　　在頂端“test bench name”(紅色標號2)處輸入我們的仿真頂層文件名，即Uart_tb，注意，不要加“.v”后綴。于是，”Top level module in test bench”會自動與“Test bench name”保持一致。

　　至此，我們的Nativelink設置就完成了，一路選擇OK下去，直到回到Quartus II軟件的主界面。此時，我們已經(jīng)完成了仿真需要的所有設置，我們直接點擊Quartus II軟件上的RTL Simulation圖標

　　即可啟動仿真，也可以通過“Tools– Run Simulation Tool – RTL Simulation”啟動仿真。

　　接下來，我們需要做的就是大約20秒左右的等待，這個過程中，Quartus II會自動啟動modelsim-altera軟件，建立仿真工程，添加仿真庫、編譯文件，添加波形，運行仿真。最后停留在如下所示的狀態(tài)：

　　這里，右側深色窗口為波形窗口，下方為副本界面，打印了軟件運行過程中的信息，包括添加文件、編譯文件、添加波形、運行等，同時還打印了testbench中需要打印輸出的信息。具體的打印信息如下：

　　由此打印信息可知，串口仿真模型總共進行了8次數(shù)據(jù)發(fā)送，卻只收到了6次數(shù)據(jù)，因此有兩次發(fā)送給串口模塊的數(shù)據(jù)丟失或者串口模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)不正確。同時，第一次發(fā)送出去的數(shù)據(jù)接收回來還是正確的，但是第二次發(fā)送的數(shù)據(jù)再接收回來，就錯誤了。這兩次數(shù)據(jù)發(fā)送之間的時間間隔為40ns?？紤]可能是發(fā)送間隔太短導致，但是當?shù)?次發(fā)送的數(shù)據(jù)(s4)被正確接收后(r3)，緊接著第5次發(fā)送的數(shù)據(jù)在發(fā)回的時候，再次出錯，而s4和s5之間間隔了300ns，因此可知，該串口收發(fā)模塊在連續(xù)兩次發(fā)送間隔很短的情況下，很容易出錯。那么，怎么樣才能保證連續(xù)兩次發(fā)送之間，即使很短的間隔，也不出錯誤呢?小梅哥通過對仿真波形的分析發(fā)現(xiàn)：一次接收數(shù)據(jù)，總共有12個波特率脈沖，如下圖所示：

　　這里小梅哥就有點疑惑了，我們一般的應用中，串口一幀的數(shù)據(jù)為十位，包含1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、一位停止位，一般不含校驗位。因此，這里明顯多了兩個波特率周期，那么，問題很有可能就出在這里?；氐竭@部分的代碼：

　　43 always @ ( posedge clk or negedge rst_n )

　　44 if(! rst_n ) begin

　　45 bps_start_r <= 1'bz ;

　　46 rx_int <= 1'b0 ;

　　47 end

　　48 else if( neg_rs232_rx ) begin

　　// rs232_rx

　　49 bps_start_r <= 1'b1 ; //

　　50 rx_int <= 1'b1 ; //

　　51 end

　　52 else if( num==4'd12 ) begin //

　　53 bps_start_r <= 1'b0 ; //

　　54 rx_int <= 1'b0 ; //

　　55 end

　　56

　　57 assign bps_start = bps_start_r ;

　　58

　　59//---------------------------------------------------------

　　60 reg[ 7 : 0] rx_data_r ; //

　　61 //---------------------------------------------------------

　　62

　　63 reg[ 7 : 0] rx_temp_data ; //

　　64

　　65 always @ ( posedge clk or negedge rst_n )

　　66 if(! rst_n ) begin

　　67 rx_temp_data <= 8'd0 ;

　　68 num <= 4'd0 ;

　　69 rx_data_r <= 8'd0 ;

　　70 end

　　71 else if( rx_int ) begin //

　　72 if( clk_bps ) begin

　　// , 8bit 1 2

　　73 num <= num+1'b1 ;

　　74 case ( num)

　　75 4'd1:rx_temp_data[0] <= rs232_rx; // 0bit

　　76 4'd2:rx_temp_data [1] <= rs232_rx; // 1bit

　　77 4'd3:rx_temp_data [2] <= rs232_rx; // 2bit

　　78 4'd4:rx_temp_data [3] <= rs232_rx; // 3bit

　　79 4'd5:rx_temp_data [4] <= rs232_rx; // 4bit

　　80 4'd6:rx_temp_data [5] <= rs232_rx; // 5bit

　　81 4'd7:rx_temp_data [6] <= rs232_rx; // 6bit

　　82 4'd8:rx_temp_data [7] <= rs232_rx; // 7bit

　　83 default : ;

　　84 endcase

　　85 end

　　86 else if( num == 4'd12 ) begin//我們的標準接收模式下只有1+8+1(2)=11bit的有效數(shù)據(jù)

　　87 num <= 4'd0 ; // STOP ,num

　　88 rx_data_r <= rx_temp_data ; // rx_data

　　89 end

　　90 end