本文的主要內容是現在MATLAB中產生仿真所需要的輸入信號，以十六進制形式存放在數據文件中，在modelsim中用verilog語言編寫測試文件，做時序仿真，后將結果存入另外一個數據文件，后在matlab中將modelsim的仿真輸出文件讀入一個數組中，以便可以作圖分心，進一步做誤差分析。
  雖然Modelsim的功能非常強大，仿真的波形可以以多種形式進行顯示，但是當涉及到數字信號處理的算法的仿真驗證的時候，則顯得有點不足。而進行數字信號處理是Matlab的強項，不但有大量的關于數字信號處理的函數，而且圖形顯示功能也很強大，所以在做數字信號處理算法的FPGA驗證的時候借助Matlab會大大加快算法驗證的速度。
 
  關于Matlab和Modelsim聯合仿真，我從網上看到兩種方法，一種是通過Link for Modelsim建立Matlab和Modelsim的聯合仿真接口；另一種就是通過文件讀寫的方式實現Matlab和Modelsim的聯合仿真 。關于第二種方法，只是通過幾個文件讀寫函數就可以實現了，而且基本可以滿足當前仿真的要求 。
  1. Matlab產生數據用作Modelsim仿真
  在FPGA進行算法驗證的時候，經常需要輸入仿真數據，這些數據可以用FPGA產生，但是如果數據產生過程很復雜的話，需要耗費很大的精力，并且產生的數據的準確性也不能保證。例如，如果要驗證一個通信接收機的相關算法，那么我們就需要先產生發送數據，也就是說得先做一個發射機，如果這個過程也由FPGA實現的話，也是一個很復雜的過程。這時候我們就可以借助Matlab，利用Matlab內部自帶的各種函數，產生需要的信號，再經過定點化，就作為FPGA接收模塊的輸入信號了。這樣做無疑會節約很多時間和精力。
  下面用一個簡單的例子說明如何用Matlab產生的數據用作Modelsim仿真。
  首先利用matlab產生一個周期256點8bit的正弦波數據，然后以16進制形式寫入sin.txt文件
          N = 256;
          n = 1:256;
          x = fix(128 + (2^7 - 1) * sin(2*pi*n/N));
          fid = fopen('sin.txt','wt');
          fprintf(fid,'%x\n',x);
         fclose(fid);
  下圖是截取的產生的數據文件的內容

  然后將產生的sin.txt文件復制到Modelsim的工程下，在Verilog文件中先定義一個8bit X 256數組，然后通過$readmemh命令，將文件中的數據讀入，相關的Verilog代碼如下：
reg [7:0] data_mem[0:255]; //定義一個8bit X 256的數組
initial
    begin
    $readmemh("sin.txt",data_mem); //將sin.txt中的數據讀入存儲器data_mem
    end
    關于$readmemh的用法可以參見Verilog的參考書，這里就不詳細說了。
  后面就可以用data_mem作為你的測試數據了。例如可以通過以下代碼，將data_mem的數據送給data_out：
always @(posedge clk)
begin
    if(rst)
        begin
        data_out <= 8'd0;
        i <= 8'd0;
        end
    else
        begin
        data_out <= data_mem[i]; //將存儲器中的數據輸出
        i <= i + 8'd1;
        end
end
  這樣利用data_out就可以輸出一個正弦波波形，下圖是Molesim仿真產生的正弦波波形：
  2. Matlab對Modelsim仿真生成的數據進行分析
    Matlab對Modelsim仿真生成數據的處理也是通過文件讀寫實現的。即通過Verilog語句，將仿真過程中的某個信號寫入文件，然后在Matlab中在把這個文件的數據讀出來，就可以在Matlab中進行分析了。
    下圖也通過一個簡單的例子，說明一下整個過程。
    以下的Verilog語句實現將信號data_out的數據寫入data_out.txt文件
    integer w_file;
    initial w_file = $fopen("data_out.txt");
    always @(i)
    begin
        $fdisplay(w_file,"%h",data_out);
        if(i == 8'd255)    //共寫入256個數據
            $stop;
    end
  下圖是截取的data_out.txt的部分內容：

 
  然后就可以編一小段Matlab的程序將data_out.txt中的數據讀取進行分析了。下面一段Matlab的程序是將數據讀取，并通過圖形顯示出數據的波形。
    fid = fopen('data_out.txt','r');
    for i = 1 : 256;
        num(i) = fscanf(fid, '%x', 1);    %這句話的意思是從fid所指的文件以16進制方式讀出一個數據。
    end
    fclose(fid);
    plot(num);
  當利用fscanf函數時要注意兩點，
  ：保證讀取的數據格式和文件中保存的數據格式是相同的，例如這里文件中保存的格式是十六進制，所以讀取的時候也應該以十六進制的形式讀出。
  第二：要保證文件中數據的個數和設定的讀取的數目（這里是256）保持一致。例如，要將生成文件data_out.txt中多余的換行符去掉（一般后會多出一行），否則Matlab會將空的行也當做一個數據，從而兩個數目不一致，導致Matlab報錯。
  下圖是Matlab將data_out.txt中的數據讀出，并顯示出的波形：

 
  當然，有了Matlab這個強大的工具，也就可以很方便的看信號的頻譜等信息了。
  另外在說一點，就是關于通過Verilog將數據寫入文件有多種方法，上面用的是$fdisplay這個系統函數，當然還有$fmonitor和$fwrite等幾個命令，下面簡單說一下這幾個命令的不同。
• $fdisplay
  這個命令需要有觸發條件，才會把數據寫入文件，例如，上例的觸發條件就是always(i)，當i變化的時候才寫入。每寫入一次數據會自動增加一個換行符。
• $fmonitor
  這個命令不需要觸發條件，只要有變化就可以將數據寫入文件。例如可以通過以下語句：
initial $fmonitor(w_file,"%h",data_out);
  這樣可以將整個仿真過程產生的data_out數據都寫入文件中。
• $fwrite
  這個命令和$fdisplay基本相同，也是需要觸發條件才會寫入，不同的是每寫入一個數據不會自動添加換行符。例如可以通過以下語句：
always @(posedge clk)
begin
    $fwrite(w_file,"%h\n",data_out);
end
  關于這幾個命令的詳細介紹，大家可以參考Verilog的相關數據。
  簡單總結一下上面用到的幾個函數：
• 關于Matlab的函數有：fopen， fscanf，fclose。
• 關于Modelsim的函數有：$fopen， $fclose，$readmemh，$readmemb，$fmonitor，$fdisplay，$fwrite。
  上面就是我關于Matlab和Modesim進行聯合仿真的一些心得，如果大家還有其他更好的方法，希望不吝賜教啊！
         

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