一、仿真的基础概念
1、什么是仿真？
仿真是指在计算机上实现对某个系统、处理器、模块或电路的软件模拟。它可以用于验证设计的正确性，提高设计的可靠性，同时减少设计的试错成本。在ASIC和FPGA的设计中，仿真是非常重要的一个环节。
2、为什么需要仿真？
在硬件设计过程中，我们需要保证设计的正确性和可靠性。但是硬件设计往往需要消耗大量的时间、人力和物力，而在设计初期的错误发现和修改可能造成巨大的成本和时间损失。因此，通过仿真可以大幅度减少试错成本，及时发现并改正设计中的错误，而且能够提高设计的可靠性和稳定性。
3、仿真的分类
仿真可以分为逻辑仿真和时序仿真。逻辑仿真主要用来验证电路的逻辑功能，检测电路中是否存在逻辑的错误或者寄存器的精度问题。时序仿真可以精确模拟硬件电路中的时钟频率、时序延迟等时序信息，以检测电路在不同频率下的稳定性和响应能力。
二、Vivado Modelsim联合仿真原理
1、Vivado
Vivado是Xilinx公司发布的FPGA综合工具，旨在提供面向硬件设计工程师的全流程解决方案。它能够自动生成硬件逻辑、进行逻辑仿真、进行波形查看、生成Bitstream程序等各种功能。Vivado的主要思想是进行可编程逻辑的高层次综合设计。
2、Modelsim
Modelsim是Mentor Graphics公司发布的EDA软件，是一种可用于VHDL和Verilog设计的仿真器。它具有代码调试、单元测试、性能优化、波形查看等功能。它是硬件设计和验证工程师使用的重要工具，支持多种语言和平台的设计和仿真。
3、联合仿真的原理
联合仿真是指将Vivado生成的设计文件(.v)与Modelsim中的testbench文件(.v)联合使用，同时在Vivado和Modelsim中运行仿真。联合仿真的基本原理是将Verilog Stimulus模块导入Modelsim，并在Modelsim中生成波形图，以便于观察和调试模块。同时，Vivado也会生成相同的波形图，方便调试和验证。
三、实现联合仿真的步骤
1、在Vivado中生成硬件设计文件
// 代码示例1 module test_module( input clock, input reset, input [7:0] data_in, output [7:0] data_out ); // 硬件设计代码 endmodule
2、编写和导入Verilog Stimulus模块
// 代码示例2
`timescale 1ps/1ps
module testbench();
reg clock = 0;
reg reset = 1;
reg [7:0] data_in = 0;
wire [7:0] data_out;
test_module ModuleUnderTest(
.clock(clock),
.reset(reset),
.data_in(data_in),
.data_out(data_out)
);
initial begin
#100ns reset = 0;
end
always begin
#50ns clock = ~clock;
end
initial begin
#200ns data_in = 8'hAA;
#400ns data_in = 8'h55;
end
endmodule
编写好Verilog Stimulus模块后，将其保存为testbench.v文件，然后导入到Modelsim的工程中。
3、Vivado设置
在Vivado上打开任意一个设计项目，打开“Simulation”选项卡，选择“Run Simulation > Run Behavioral Simulation”菜单。等待仿真器打开后，选择“File > Add Wave”菜单，将相关模块的信号添加到波形窗口中。
4、Modelsim设置
在Modelsim中打开刚才导入的testbench文件，然后进行编译，如果编译没有错误提示，则会在Vivado的波形窗口中实时刷新模块的波形图。
四、Vivado Modelsim联合仿真的特点和优势
1、联合仿真可以更加全面地检测设计的正确性和可靠性，能够快速定位设计中的错误和问题；
2、Vivado与Modelsim的结合，能够有效地提高开发效率和仿真精度，同时减少设计的试错成本；
3、联合仿真具有跨平台性和通用性，能够支持多种硬件语言和系统设计。
