作者：Grace Sun，AMD工程师；来源：AMD开发者社区
仿真是设计流程中进行功能性能验证的重要步骤。Vivado IDE集成了Modelsim, VCS, Xcelium等第三方仿真器的目标选项，可以使用户直接从Vivado界面内启动第三方仿真器的仿真，这种方式自动化程度高，便捷且不易出错。但出于习惯，定制灵活性，验证环境等原因，很多用户会在Vivado IDE之外单独启动第三方仿真器用自己创建的脚本进行设计的仿真。对于包含有Xilinx IP的设计来说，由于IP涉及到的文件及库众多，没有一定的辅助，实际操作起来非常容易出错。本篇文章旨在帮助用户更深入理解IP的仿真模型及如何仿真。
IP仿真模型概览
大部分Xilinx IP只会生成单一语言的RTL源文件，也就是某些IP只提供Verilog的仿真文件，某些只提供VHDL仿真文件。Vivado工程选项里有一个Simulator Language的属性，默认值是Mixed，两种语言都可以支持，通常用户不需要去修改这个选项值，当你的仿真器license只支持单一语言时，可以通过调整这个选项（Verilog或者VHDL）达到匹配目标语言的目的。
下面这个表格罗列了不同情况下IP仿真模型的选用。
Simulator language和Target language的设置都在工程的Settings对话框里，如下图所示：
也可以通过Tcl命令进行设置，例如：
set_property target_language VHDL [current_project]
set_property simulator_language Mixed [current_project]
简而言之，只要IP有提供behavioral model，simulator language在Mixed的情况下总有对应的行为级模型可用。而当设置的simulator language与IP所能提供的模型语言不一致，无合适的behavioral model可用时，你会收到类似以下的弹出提示：
在保证OOC综合打开的情况下，工具会自动用IP OOC综合生成的综合后仿真网表来代替behavioral model进行行为级仿真。此网表以_sim_netlist.v|vhd命名，也就是所谓的Structural Model，在IP Output Product中可见。示例如下：
顺便提一下，这个structural model也可以由用户手动生成，即当你只有IP的综合后DCP时，可以用open_checkpoint导入dcp，在此基础上用write_verilog/write_vhdl导出综合后仿真网表。相关命令的具体用法请参考其帮助文档。
需要指出的是，在没有仿真语言限制的条件下，优先推荐使用behavioral model。structural model虽然文件单一，但会带来仿真性能和网表复杂度的影响。
为设计导出仿真脚本
Vivado提供了一条Tcl命令export_simulation来快速获取仿真所需要的设计文件，并为目标仿真器生成仿真脚本。
在Vivado IDE的工程模式下，你可以通过菜单File > Export > Export Simulation来启动此命令的对话框设置选项，如下图所示：
每一项选项的具体含义请参照帮助文档。在进行IP仿真之前，不可或缺的一步是用compile_simlib为第三方仿真器编译仿真库，从而可以设置compiled library location。
各选项设置完毕单击OK，会在Export Directory生成一级
以Questasim为例，会在<export dir>/questa/下生成compile.do，elaborate.do以及simulate.do脚本。除了生成do文件之外，工具还会自动拷贝一些仿真需要的文件，包括：
在单独启动的Questasim中，直接cd到目标文件夹，顺序执行compile.do，elaborate.do以及simulate.do就可以启动仿真。
export_simulation旨在帮助用户快速收集仿真所需的设计文件，并生成顶层 RTL 设计或子设计的仿真脚本。用户可以将其作为一个蓝本，按需编辑修改，合入整体的仿真定制脚本中。有几点提醒注意：
1. 它不会从当前工程中读取属性来查询 Verilog宏定义和包含目录，而是仅从export_simulation选项获取指令。如有特定编译选项需求，必须手动编辑生成的脚本，指定适当的选项才能获得所需的结果。
2. 在做导出前，请确认工程中的IP和BD均已成功完成generate output product操作，如果export_simulation获取不到相关文件会报错。
另外需要提到的是，在GUI的工程模式下，利用Export Simulation Files对话框来导出设计的仿真文件，Vivado会自动在export_simulation之前先运行export_ip_user_files -no_script命令，以确保支持IP（core container以及非core container）和BD仿真的所有文件均可用。你可以在对话框点击OK后切换至Vivado底部的Tcl Console窗口，查看打印的实际运行的Tcl命令。
这里，工具指定-no_script选项是为了防止为顶层设计中使用的各个IP 和 BD 生成单独的仿真脚本，因为那样会显著增加命令的运行时间。
export_simulation 命令生成的脚本和文件指向 ip_user_files 目录中的文件。如果您不借助对话框而是手动执行export_simulation Tcl命令，那么也必须先运行export_ip_user_files命令，否则可能会出现仿真错误。
下面给出了对不同对象导出仿真脚本的示例Tcl命令：
导出顶层设计
要为顶层设计创建仿真脚本，请提供仿真文件集对象。 在以下示例中，sim_1 是仿真文件集，export_simulation 为设计中的所有 RTL 实体、IP 和 BD 对象创建仿真脚本。
export_ip_user_files -no_script
export_simulation -of_objects [get_filesets sim_1] -directory C:/test_sim -simulator questa
导出具体的IP或BD
以下命令中对象为IP：
export_ip_user_files -of_objects [get_ips blk_mem_gen_0] -no_script -force
export_simulation -simulator xcelium -directory ./export_script \
-of_objects [get_ips blk_mem_gen_0]
以下命令中对象为BD：
export_ip_user_files -of_objects [get_files base_microblaze_design.bd] -no_script -force
export_simulation -of_objects [get_files base_microblaze_design.bd] \
-directory ./sim_scripts
以下命令中对象为设计中所有的IP和BD：
export_ip_user_files -no_script -force
export_simulation -simulator xcelium -directory ./export_script
单个IP仿真文件和脚本的导出
上文提到，export_ip_user_files -no_script可以防止对单个IP生成仿真脚本。如果去除这个选项，我们也可以只运行export_ip_user_files命令来获取单个IP的仿真文件和脚本。
用法示例：
export_ip_user_files -of_objects [get_ips char_fifo]
其他的选项诸如-lib_map_path请参考export_ip_user_files -help。
以一个简单的FIFO IP为例，在导出文件夹下可以看到ip，ipstatic以及sim_scripts目录。
ipstatic包含IP不同定制共享的一些不变的静态文件，如fifo_generator_v13_2_rfs.v。ip文件夹包含其他动态生成的文件。
sim_scripts则是包含了为IP生成的仿真脚本。默认情况下，Vivado会生成所支持的所有仿真器的脚本。
以此自动生成的目标仿真器的脚本为参考，用户可以比较快速地定位IP仿真所需要的文件，库及编译命令，以便按需合入定制脚本中。
本文主要阐述了利用export_ip_user_files和export_simulation为顶层设计，IP以及BD创建目标仿真器的仿真脚本的方式，这可以在很大程度上减轻构建IP仿真脚本的工作量，有助于更高效地在第三方仿真器中运行含有IP设计的仿真。
