【数字IC设计】VCS仿真DesignWare IP

DesignWare介绍

DesignWare是SoC/ASIC设计者最钟爱的设计IP库和验证IP库。它包括一个独立于工艺的、经验证的、可综合的虚拟微架构的元件集合，包括逻辑、算术、存储和专用元件系列，超过140个模块。DesignWare和 Design Compiler的结合可以极大地改进综合的结果，并缩短设计周期。Synopsys在DesignWare中还融合了更复杂的商业IP（无需额外付费）目前已有：8051微控制器、PCI、PCI－X、USB2.0、MemoryBIST、AMBA SoC结构仿真、AMBA总线控制器等IP模块。
　　DesignWare中还包括一个巨大的仿真模型库，其中包括170,000多种器件的代时序的功能级仿真模型，包括FPGAs (Xilinx, Altera,…), uP, DSP, uC, peripherals, memories, common logic, Memory等。还有总线(Bus-Interface)模型PCI-X, USB2.0, AMBA, Infiniband, Ethernet, IEEE1394等，以及CPU的总线功能仿真模型包括ARM, MIPS, PowerPC等。

如上图所示，在安装了DC综合工具后，我们可以在$SYNOPSYS/dw/sim_ver路径下找到Design Ware的仿真库文件。
下面以举两个例子，来说明如何在vcs仿真中使用dw ip库。

ram仿真

打开网站链接，搜索并找到下图所示的ram ip核。

点击下图所示区域，得到例化该IP核的示例代码：

编写测试代码如下：

module test;
parameter DATA_WIDTH = 8;
parameter DEPTH = 8;
parameter ADDR_WIDTH = $clog2(DEPTH);
parameter RST_MODE = 0;
//signal define
reg clk;
reg rst_n;
reg cs_n;
reg wr_n;
reg wr_busy;
reg start;
reg [2:0] rw_addr;
reg [DATA_WIDTH-1:0] data_in;
wire [DATA_WIDTH-1:0] data_out;
wire done;
//clk generate
initial begin
  clk = 1'b0;
  forever begin
    #5 clk = ~clk;
  end
end
//reset and chip enable
initial begin
  rst_n = 1'b0;
  cs_n = 1'b1;  
  #100
  cs_n = 1'b0;
  rst_n = 1'b1;
end
//start generate
initial begin
  start = 1'b0;
  #123
  start = 1'b1;
  #10
  start = 1'b0;
end
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(~rst_n) begin
    wr_busy <= 1'b0;
  end
  else if(start) begin
    wr_busy <= 1'b1;
  end
  else if(wr_busy && rw_addr == DEPTH-1) begin
    wr_busy <= 1'b0;
  end
end
//wr_n, write enable
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(~rst_n) begin
    wr_n <= 1'b1;
  end
  else if(start) begin
    wr_n <= 1'b0;
  end
  else if(wr_busy) begin
    if(rw_addr == DEPTH-1) begin
      wr_n <= 1'b1;
    end
    else begin
      wr_n <= 1'b0;
    end
  end
end
//rw_addr
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(~rst_n) begin
    rw_addr <= 0;
  end
  else if(start) begin
    rw_addr <= 0;
  end
  else if(wr_busy) begin
    rw_addr <= rw_addr + 1'b1;
  end
  else if(rw_addr!=DEPTH-1) begin
    rw_addr <= rw_addr + 1'b1;
  end
end
//data_in
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(~rst_n) begin
    data_in <= 0;
  end
  else if(wr_busy) begin
    data_in <= data_in + 8'd3;
  end
end
assign done = (wr_n == 1'b1 && rw_addr == DEPTH-1) ? 1'b1 : 1'b0;
// 
initial begin
  $fsdbDumpfile("ram.fsdb");
  $fsdbDumpvars(0);
end
initial begin
  #1000
  $finish;
end
//ram inst
DW_ram_rw_s_dff_inst U
(.inst_clk(clk),
 .inst_rst_n(rst_n),
 .inst_cs_n(cs_n),
 .inst_wr_n(wr_n),
 .inst_rw_addr(rw_addr),
 .inst_data_in(data_in),
 .data_out_inst(data_out)
);                      
endmodule

编写makefile脚本如下：

all: listfile com sim verdi clean

listfile:
	find -name "*.v" > filelist.f

com:
	vcs -full64 -cpp g++-4.8 -cc gcc-4.8 -LDFLAGS -Wl,--no-as-needed -sverilog -debug_access -timescale=1ns/10ps \
	-f filelist.f -l com.log -kdb -lca -y ${SYNOPSYS}/dw/sim_ver +libext+.v

sim:
	./simv -l sim.log


verdi:
	verdi -f filelist.f -ssf *.fsdb -nologo &

clean:
	rm -rf csrc *.log *.key *simv* *.vpd *DVE*
	rm -rf verdiLog *.fsdb *.bak *.conf *.rc *.f

其中，make com加入了选项：

-y ${SYNOPSYS}/dw/sim_ver +libext+.v

这里，-y lib_dir用于指定搜索模块定义的verilog库目录; 在源代码中找不到相应模块或UDP定义的模块时，在定义的目录中查找对应的文件; +libext与-y配合，用来指定查找的文件的后缀，例如+libext+.v表示查找.v文件。
仿真结果如下图所示：

仿真bin2gray

按照仿真ram相同的步骤操作，得到例化该模块的示例代码：

需要注意的是，在例化该模块时，需要加入+incdir+$SYNOPSYS/dw/sim_ver+编译选项，这是因为在使用该IP的时候还需要用到相关的inc文件。
代码：

module test;
parameter DATA_WIDTH = 8;
reg  [DATA_WIDTH-1:0] bin;
wire [DATA_WIDTH-1:0] gray;

initial begin
    bin = 8'd0;
    forever begin
      #10 bin = $urandom % 256;
    end
end
initial begin
  $fsdbDumpfile("top.fsdb");
  $fsdbDumpvars(0);
end
initial begin
  #1000
  $finish;
end

DW_bin2gray_inst U
(
 .inst_b(bin  ),
 .g_inst(gray )
);
endmodule

makefile文件：

all: listfile com sim verdi clean

listfile:
	find -name "*.v" > filelist.f

com:
	vcs -full64 -cpp g++-4.8 -cc gcc-4.8 -LDFLAGS -Wl,--no-as-needed -sverilog -debug_access -timescale=1ns/10ps \
	-f filelist.f -l com.log -kdb -lca -y ${SYNOPSYS}/dw/sim_ver +libext+.v +incdir+${SYNOPSYS}/dw/sim_ver+

sim:
	./simv -l sim.log


verdi:
	verdi -f filelist.f -ssf *.fsdb -nologo &

clean:
	rm -rf csrc *.log *.key *simv* *.vpd *DVE*
	rm -rf verdiLog *.fsdb *.bak *.conf *.rc *.f

可以看到，在仿真该IP的时候，不仅加入了-y ${SYNOPSYS}/dw/sim_ver +libext+.v编译选项，还加入了+incdir+${SYNOPSYS}/dw/sim_ver+选项。这里，+incdir+dir1+dir2+…用于vcs从指定的目录当中查找源文件中所包含的include文件。
仿真结果如下：