Tutorial emulación/simulación de Arduino en FPGA - Parte III

En esta parte del tutorial se va a utilizar ModelSIM PE o SE. Lamentablemente el Student Edition (gratuito) está limitado a 10.000 líneas de código y sólo el proyecto AVR8 tiene 16.000. Es posible simular unos cuantos ciclos con él pero es muy muy lento.



Antes de abrir ModelSIM, en ISE es necesario seleccionar el nodo xc3s500e-4vq100 del árbol en la ventana de diseño. La ventana de procesos muestra una serie de acciones y seleccionar "Compile HDL Libraries". Esto va a tardar unos minutos.




Ya en ModelSIM, al iniciar un nuevo proyecto hay que seleccionar la configuración generada por ISE. En el mismo fichero del proyecto ISE hay un fichero llamado modelsim.ini, que dice a ModelSIM dónde encontrar las librerías que se han compilado previamente.


Una vez completado el resto del formulario, se añaden ficheros al proyecto. Se seleccionan directamente del directorio del proyecto ISE, excepto FrqDiv.vhd, que no se utiliza.

Aparecerá una lista de ficheros en la ventana Project. En cualquiera de ellos, seleccionar, con el botón derecho, Compile - Compile Order.


Hacer click en Auto Generate. Debería decir "46 compiles, 0 failed with no errors".



Ahora es necesario añadir un testbench. Es un fichero que estimula el proyecto y sin el cual no haría nada. Gestiona la simulación de entradas y salidas físicas y señales como el reset y el reloj. En la carpeta scripts\XilinxISE del AVR8 hay un testbench.vhd, que hay que añadir al proyecto.

Antes de simular se deben hacer algunos cambios, abriendo el testbench con doble click:

Cambiar

constant clk_period : time := 1us;

por

constant clk_period : time := 31.25 ns;

Para que el reloj sea de 32Mhz.

Además hay que comentar estas dos líneas:

portb <= "11111111";
portd <= "10101010";

Que deben quedar de esta forma:

--portb <= "11111111";
--portd <= "10101010";

El programa de Arduino que vamos a grabar para la prueba es el siguiente:

int ledPin = 13; void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH); // set the LED on
digitalWrite(ledPin, LOW); // set the LED off
}

Que simplemente hace parpadear el pin 13 constantemente.

Se edita prog_mem_init.vhd y se reemplazan las siguientes líneas:

constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_00 : bit_vector(0 to 255) := x"00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C008E940C"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_01 : bit_vector(0 to 255) := x"00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_02 : bit_vector(0 to 255) := x"00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C00B1940C013B940C"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_03 : bit_vector(0 to 255) := x"0039000000270023003200350038003B000000280022003100340037003A0000"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_04 : bit_vector(0 to 255) := x"0303030303030202020202020202010101010101010100200021003000330036"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_05 : bit_vector(0 to 255) := x"2010080402010606060606060606050505050505050504040404040404040303"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_06 : bit_vector(0 to 255) := x"2010080402018040201008040201804020100804020180402010080402018040"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_07 : bit_vector(0 to 255) := x"0000000000000500000100000000000000000000000080402010080402018040"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_08 : bit_vector(0 to 255) := x"BE1F241100000000000000000000000000000000000000000000000000000000"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_09 : bit_vector(0 to 255) := x"9631920D95D8C004BF0B9503EF0FE0F3E3E8E0B0E6A0E010BFCDBFDEE0DFEFCF"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_0A : bit_vector(0 to 255) := x"940C0134940EF7E107B136AB921DC001E0B0E6A2E010BE1BF7C907B136A2F3C8"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_0B : bit_vector(0 to 255) := x"00609180950800EC940EE0600060918000EC940EE061006091800000940C019A"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_0C : bit_vector(0 to 255) := x"4F3F57262D9095C82FF92FE84F9F54862F932F82E0302F28950800C4940EE061"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_0D : bit_vector(0 to 255) := x"95C896312DA095C84FFF5AE01FFF0FEEE0F02FE8F0A923882D8095C82FF32FE2"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_0E : bit_vector(0 to 255) := x"2F952F84E0502F489508938C2B89918C9508938C23899590918CF42923662DB0"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_0F : bit_vector(0 to 255) := x"4F5F57462D9095C82FF92FE84F9F54862F952F842D2095C82FF92FE84F9F5186"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_10 : bit_vector(0 to 255) := x"B58FF4213024C004778FB58FF4193023F0B12322F16923332D3095C82FF52FE4"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_11 : bit_vector(0 to 255) := x"E0F02FE3BD857D8FB585F4193025C005BF837D8FB783F4213021C00BBD8F7D8F"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_12 : bit_vector(0 to 255) := x"9508938C23899590918CF42923662DB095C896312DA095C84FFF59E21FFF0FEE"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_13 : bit_vector(0 to 255) := x"2411920FB60F920F921FCFFD00B3940E00BE940E0183940E9508938C2B89918C"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_14 : bit_vector(0 to 255) := x"006A9130006991B0006891A0006791900066918093BF93AF939F938F933F932F"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_15 : bit_vector(0 to 255) := x"939000669380006A93201DB11DA19601572DF020372D5F2D2F231DB11DA19601"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_16 : bit_vector(0 to 255) := x"1DB11DA19601006591B0006491A00063919000629180006993B0006893A00067"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_17 : bit_vector(0 to 255) := x"BE0F900F912F913F918F919F91AF91BF006593B0006493A00063939000629380"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_18 : bit_vector(0 to 255) := x"BD8E6081B58EBD8E6082B58EBF876081B787BF836084B78394789518901F900F"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_19 : bit_vector(0 to 255) := x"000000000000000DCFFF94F89508BD856081B585BD856082B585BD8F6081B58F"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_1A : bit_vector(0 to 255) := x"0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"; constant PM_Inst_RAM_Word0_INIT_1B : bit_vector(0 to 255) := x"0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000";

El programa sólo ocupa estas líneas, desde INIT_00 hasta INIT_19. El resto de líneas se rellenan con ceros. La explicación de compilar programas Arduino y convertirlos en este formato se hará más adelante.

Botón derecho en cualquier fichero de la pestaña Project - Compile All. Mientras no se está familiarizado con un diseño es recomendable compilar todos los ficheros siempre. Cuando hay más confianza, es más rápido utilizar "Compile out-of-date".

En el menú Simulate, seleccionar "Start Simulation". Se elige work.testbench y se dejan todas las opciones como están.

Se añaden unas cuantas señales al visor de ondas tal y como se indica en la siguiente figura, haciendo click derecho en testbench, Add, To Wave, All items in region.



Si no sale la ventana Wave, seleccionarla desde el menú View. La simulación debería hacer parpadear el pin 13 (pin 5 del puerto B).

(Pendiente de publicar el resultado de la simulación.)


Parte V - Compilar programas Arduino para simulación
Índice del tutorial