Nios II 簡易シミュレーション

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Nios II 簡易シミュレーション

ver. 8.1 2009 年 3 月

1. はじめに

この資料は、別資料である『Nios®_{II 簡易チュートリアル』を終えた後、Nios II システムのデザインを ModelSim}®_で、RTL

シミュレーションを行う場合の操作マニュアルです。

この資料では、ModelSim-Altera を使用していますが、ModelSim PE、ModelSim SE でも同様にシミュレーションが可能です。

この資料においてのシミュレーション環境は、Quartus® _{II, Nios II 8.1, ModelSim-Altera 6.3g です。}

2. 操作方法

以下に、Nios II のシステムを ModelSim-Altera にてシミュレーションを行う手順を示します。

1. 『Nios II 簡易チュートリアル』を終えた後のハードウェア・デザインを、SOPC Builder で再度、ジェネレートします。 2. 『Nios II 簡易チュートリアル』で作成した Nios II IDE のソフトウェア・プロジェクトを開き、再度、ビルドを実行します。 3. Nios II IDE 上から ModelSim-Altera を起動します。

ここからは、ModelSim-Altera での操作になります。 4. 各コンポーネント(HDL ファイル)のコンパイルとロードを行うためのスクリプトを実行します。 5. Wave ウィンドウを立ち上げるスクリプトを実行します。 6. シミュレーション実行のコマンドを入力し、シミュレーションを実行します。 7. シミュレーション結果を確認します。

2-1. SOPC Builder の設定

① 『Nios II 簡易チュートリアル』では、E:¥simple_work フォルダに simple_tutorial というプロジェクトを用意しました。この資料でも、同じフォルダ構成を例として進めていきます。

simple_work フォルダ内の simple_tutorial.qpf ファイルをダブルクリックして、Quartus II のプロジェクトを開きます。 ② simple_tutorial のプロジェクトで SOPC Builder を起動します

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③ jtag_uart のコンポーネントを開きます。

jtag_uart_0 のコンポーネントをダブルクリックし、Simulation タブを選択します。

シミュレーションを実行中に、コンソール画面に表示される printf のキャラクタ出力や、ユーザのキャラクタ入力を仮想的に行えるインタラクティブ･ウィンドウを使用するために、 “Create ModelSim alias to open an interactive stimulus/response window” にチェックを入れます。

Finish をクリックします。

④ 使用する ModelSim-Altera のパスを確認します。 SOPC Builder の Tools ⇒ Option を選択します。

⑤ Options ウィンドウの HDL Simulator Options 欄では ModelSim-Altera を選択します。

Application Path 欄には、使用する ModelSim-Altera の実行ファイル（.exe）があるフォルダまでのパスを正しく設定します。

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⑥ SOPC Builder で再度ジェネレートを実行します。

System Generation タブを選択し、“Simulation. Create project simulator files.” にチェックを入れます。 File ⇒ Save で SOPC Builder の設定を保存し、Generate をクリックします。

⑦ SOPC Builder のジェネレートが終了すると、“＜SOPC Builder で生成したシステム名＞_sim” フォルダに拡張子が、.mpf、.do、.dat のファイルが生成されます。ここで、生成されたファイルについては、以下の表1 をご覧ください。表1 _sim フォルダのファイル拡張子説明 .mpf ModelSim-Altera のプロジェクトファイル但し、ModelSim-Altera までのパスを正しく設定しなければ生成されない。 .do ModelSim のマクロ実行スクリプト･ファイル setup_sim.do : 表 2 で紹介されているマクロ実行のためのスクリプト･ファイル

wave_presets.do : ModelSim-Altera の wave ウィンドウへ追加するノードリストを生成するためのスクリプト･ファイル

.dat

ヘキサデシマル･フォーマットのメモリ初期値ファイル

UART 等の初期値ファイルは、SOPC Builder のジェネレートを実行した時に生成される。メモリの初期値ファイルは、Nios II IDE でソフトウェアをビルドした時に完成する。

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⑧ 生成されたトップのファイル（sopc_system.vhd）をテキスト･エディタなどで開くと、そのファイルの最も下の方にテストベンチの記述があります。

このチュートリアルでは行いませんが、任意の入力波形を与えたい場合、メモリ･モデルのコンポーネントを宣言する場合、ライブラリ記述をする場合は、編集を行ってください。

SOPC Builder で生成言語を VHDL にした場合、以下のような記述になります。

ここで、<ALTERA_NOTE> の間に任意の記述をしておけば、SOPC Builder で Generate を実行しても、そのままの記述内容が保存されます。

＜例＞

-- <ALTERA_NOTE> CODE INSERTED BETWEEN HERE --add your libraries here

--AND HERE WILL BE PRESERVED </ALTERA_NOTE>

また、生成言語を Verilog にした場合でも、テストベンチ内の＜ALTERA_NOTE> の間に記述をすることで SOPC Builder で Generate を実行しても、そのまま記述が保存されます。

2-2. Nios II IDE の設定

① 『Nios II 簡易チュートリアル』を行った際に作成した、Nios II IDE のソフトウェア・プロジェクト内の、“hello_nios.c” を開きます。

遅延を発生させている部分をシミュレーションの対象から省き、PIO のアクセスを中心にシミュレーションがきるように、 “hello_nios.c” 内の usleep() 関数をコメントアウトし保存します。

② 『Nios II 簡易チュートリアル』を行った際に作成した Nios II IDE のソフトウェア・プロジェクトのシステム・ライブラリの設定を変更します。

プロジェクトの中から soft_test を選択後、右クリック ⇒ System Library Properties を選択し、 Properties for soft_test_syslib ウィンドウの左枠から “System Library” を選択し、次ページの画面を表示させます。

プログラムメモリを選択し、“ModelSim only, no hardware support” にチェックを入れます。

“ModelSim only , no hardware support” にチェックを入れることで、シミュレーション上では、キャッシュメモリ、BSS 領域のなどの初期化動作を省きます。

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③ ソフトウェアをビルドします。

soft_test を選択後、右クリック ⇒ Build Project をクリックします。ビルドが終了後、メモリの初期値ファイルの(.dat ファイル)が完成します。

2-3. ModelSim-Altera の設定

① ModelSim-Altera を Nios II IDE から立ち上げます。

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③ Project 欄で、soft_test が選択されていていることを確認します。また、ModelSim path をブラウズボタンより、設定します。使用する ModelSim-Altera の実行ファイル(.exe ファイル)が存在しているフォルダまでを指定し、シミュレータ･ツールのパスを確認し、Run ボタンをクリックします。 ModelSim-Altera が起動します。 ④ ModelSim-Altera が起動すると、自動的に “setup_sim.do” が実行されるため、表 2(次ページ)のマクロが使用できるようになります。

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表2 マクロの説明マクロ名説明 Nios II プロセッサやペリフェラルのコンパイル、ロードを行う。 s このマクロを実行すると、実行中のシミュレーションは、リセットされる。 Nios II 用ではなく、Nios 用の古いマクロで、ソースをリコンパイルし、再びメモリの初期値ファイルを生成させるマクロ。 c

但し、Nios II の開発環境では、Nios II IDE でソフトウェアをビルドする際に、メモリ初期値ファイルを生成するので、Nios II 開発環境においては使用しない。

w wave_presets.do ファイルを実行することで、ModelSim の wave ウィンドウにシステム内のプロセッサやペリフェラルの主要なノードをセットする。

UART のインタラクティブ・ウィンドウの起動。 UART 名_drive

UART からの TXD が確認できる。 run <time> <unit> シミュレーションを実行する。ex. run 300 us

h マクロの説明を表示(ヘルプ)

2-4. シミュレーションの実行

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② jtag_uart コンポーネントのインタラクティブ・ウィンドウを表示させるため、jtag_uart_0_drive ()と入力し、コマンドを実行します。

hello_world.c 内の printf で記述されたキャラクタがこのウィンドウで確認できます。

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④ cpu、オンチップ･メモリ、jtag_uart のノードは “w” マクロを実行することで wave ウィンドウへ追加されますが、それ以外のノードを追加したい場合には、以下の方法で追加可能です。

＜例＞

PIO コンポーネントの信号を wave ウィンドウへ追加する場合

1. Workspace ウィンドウで sim タブを選択し、test_bench ⇒ dut ⇒ the_pio を選択 2. Objects ウィンドウに pio のコンポーネントのノードが表示されるので、必要なノードを選択 3. wave ウィンドウへマウスで“ドラッグ&ドロップ”することで追加【補足】 wave ウィンドウ上で信号間に境界線を追加する方法 1. 境界線を入れたい信号を選択(境界線が入るのは選択した信号の上になります) 2. マウスで右クリック ⇒ Insert Divider を選択

3. Wave Divider ウィンドウが開くので、Divider Name に境界線の名前（任意）を入力し OK をクリックドラッグ＆ドロップ

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⑤ シミュレーションを実行します。

“run 300 us” とタイプし、シミュレーションを実行します。

シミュレーションの実行後、wave ウィンドウで波形を確認することができます。 270 us 以降の pio コンポーネントの信号に着目してください。

hello_nios.c のソース内での pio コンポーネントへのデータアクセスが実際の LED の点滅に反映されていることが確認できます。

インタラクティブ・ウィンドウを確認すると、printf の出力キャラクタも確認できます。【 wave ウィンドウ】

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