FPGA工程开发中仿真的重要性

在进行FPGA工程开发中，我们都会接触到仿真这个环节。笔者在之前就粗略的提及过FPGA开发一定要仿真，要养成仿真的习惯。

很多初学者或者学艺不精的工程师都比较排斥仿真。当然，如果您也排斥仿真，那么您就要扪心自问一下自己是属于初学者还是学艺不精的工程师。

很多初学者入门FPGA的时候所学习的编程例子都是很简单的，比如流水灯、数码管点亮之类的。这种入门级别的例子有个特点，代码量少，逻辑简单，分析容易。而且大家刚开始都是照着书本抄一遍的，基本上都是没有什么问题的。一上板子就发现效果出来了。

当然，初学者也会进行一些仿真，但是也仅仅是因为书籍有提及到这样一个功能，然后就尝试一下这个功能。久而久之很多人厌倦了仿真，觉得仿真很浪费时间，他们往往更倾向于直接烧录到板子上，然后观察效果，最后调试代码。

突然有一天，初学者发现了FPGA开发工具中有个虚拟逻辑分析仪，以Xilinx 公司为例，初学者发现了ChipScope这个工具。这个工具可以直接在板子上捕捉内部寄存器值。很多初学者觉得可以用这个软件完全取代仿真。

笔者想先从哲学的角度来分析一下。一个技术没有被淘汰，证明它是市场公认的，不可取代的。遥想当年的BB机，一下子就被淘汰了，因为已经有了可以取代它的产品出现了。FPGA的仿真是一个大方向，甚至有很多第三方的仿真软件。为什么这些软件没有被淘汰，这就说明了还没有哪项技术可以取代仿真这个环节，如果真的有，就不会有仿真软件了。

为什么需要仿真？仿真有什么优势？

仿真可以让设计者能够很快知道模块输出值是否正确。说到这，就有读者想问，直接上板子不是更快吗？如果你以后的工作都是用FPGA来跑流水灯，点数码管的话，那么直接上板子确实是比较快。但是笔者相信，不会有哪个公司要求你用FPGA仅仅是跑个流水灯的。如果设计者遇到稍微复杂一点的工程，注意笔者说的是稍微复杂一点，还不是很复杂。那么当您完成一次综合、布局布线、生成bit文件的时间超过半个小时是很正常的。当你发现效果不对，又返回来打算用个ChipScope插入寄存器查看怀疑对象，那么问题来了，你打算用ChipScope查看多少个寄存器值呢？ChipScope是利用FPGA内部资源来存储数据达到捕捉的功能，加入过大的ChipScope会使得布局布线更为困难，时间会更久。再者ChipScope存储量是有限的，不可能从时间0开始一直存储下去。存满了，下次再来就刷新了。从上面看开，如果不仿真，单纯的用ChipScope进行捕捉，每综合一次消耗大量的时间，再者ChipScope能观察到的信号有限，以及功能单一。这样一个流程下来，也许一天也未必能找到问题的所在，更别说处理问题了。

如果换成仿真，你可以添加大量的观察信号，可以从时间0开始就得到数据，对于稍微复杂的工程，不用跑半个小时的仿真已经可以出很多数据了，足够开发者逐步分析了。

可能初学者在笔者的再三强调下还是不喜欢仿真。笔者也只是希望大家不要走太多弯路，纵观现在网上FPGA论坛或者是交流社区，大家更多讨论的是我这里有个项目，我这里出了个问题，我这里这个不知道应该怎么处理。很多书籍也是，直接告诉大家怎么建工程，举例一些代码什么的，甚至有些书籍只是翻译FPGA厂家手册而已。笔者并不是说哪些书籍不好，哪些论坛不好，大家还是要多读书，多交流。只是在FPGA的学习上，有很多东西被大家忽略的，人们忽略的不是技术，而是思想。没有一个正确的思想，怎么能做好一件事呢。

最后，让我们从今天开始，打开软件，开始仿真！