RF Data Converter IP設(shè)計(jì)仿真測試激勵文件原理

這次我們將演示 RF Data Converter IP 設(shè)計(jì)仿真測試激勵文件示例。

本篇博文旨在演示其構(gòu)建方式及其用于實(shí)踐 IP 的機(jī)制。我覺得這部分內(nèi)容值得講一講，因?yàn)橹灰軌虺浞掷斫鉁y試激勵文件，就可以將其作為有效的模板來用于將 RF Data Converter IP 構(gòu)建到自己的仿真設(shè)置中。

我并不會細(xì)講這里的所有內(nèi)容，只是為了演示一下仿真的機(jī)制。當(dāng)然，您也可以自行深入分析測試激勵文件 RTL。

您可能已經(jīng)知道，IP 設(shè)計(jì)示例隨附有完整的測試激勵文件。此測試激勵文件可在仿真中提供激勵生成和采集，用于 ADC 和 DAC 實(shí)踐。仿真具有內(nèi)置自檢功能，因此它可用于檢驗(yàn)?zāi)?IP 設(shè)置。

讓我們來簡單了解下設(shè)計(jì)測試激勵文件示例。

從 IP 設(shè)計(jì)示例層面上來看，不僅有 IP，還有激勵塊和采集塊（均為大型塊 RAM 數(shù)組）。

此外還有 1 個 SmartConnect 塊用于連接到 IP 的 AXI4-Lite 端口。

因此，測試激勵文件需提供的是：

時鐘生成，用于設(shè)計(jì)中的所有時鐘。ADC 和 DAC Tile 的輸入、AXI 流傳輸接口和 1 個 AXI4-Lite 接口。

加載激勵塊或源代碼塊的方法。

將“實(shí)數(shù)”信號應(yīng)用于模擬輸入的方法，以及將實(shí)數(shù)信號從 DAC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字總線以便檢查的方法。

最重要的是，需要 1 個定序器 (sequencer) 用于管理仿真。

檢驗(yàn)采集塊或接收端 (sink) 塊的方法。

讓我們來看看測試激勵文件。測試激勵文件的所有源文件都包含在設(shè)計(jì)工程示例中的導(dǎo)入 (imports) 目錄中。

頂層測試激勵文件包含在 demo_tb.sv SystemVerilog 文件中。我們不會逐行詳細(xì)分析其中所有內(nèi)容。在此級別只需連接各主要塊即可。讓我們來看下仿真功能的最重要的部分。

時鐘生成

有一個非常簡單的模塊可用于在仿真中創(chuàng)建所有必要的時鐘信號。其中的輸入帶有_phase后綴，支持用戶為時鐘設(shè)置高低時間。它用于為每個 Tile 和 AXI Stream 時鐘創(chuàng)建所期望的頻率。

我們可在仿真中對此進(jìn)行檢查，確保它按我們期望的方式運(yùn)行。

在此情況下可以看到，DAC 采樣時鐘以 6.4GSPS 運(yùn)行，而 AXI stream 傳輸時鐘的運(yùn)行速率為該速率除以 16。

激勵生成

在仿真中，ADC 和 DAC 將分別單獨(dú)處理。在此情況下并不執(zhí)行環(huán)回。

DAC 與 ADC 來源相同。

ADC 包含demo_tb_rfadc_data_source.sv，其中包含demo_tb_rfadc_tile_source.sv。在代碼中，我們提供的是正弦查找表 (LUT)。在此情況下，將循環(huán)此 LUT 并生成正弦波輸出。

此正弦波將輸出到測試激勵文件的頂層。我們可將其轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)，以便將其強(qiáng)制添加到demo_tb中的 Tile 的 UNISIM 模型層的模擬信號輸入中。

對于 DAC，只需將此數(shù)據(jù)寫入設(shè)計(jì)示例中的 DAC 源塊上的 AXI 接口即可。在demo_tb層級上，我們可將 DAC 模擬信號從實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為位數(shù)，并將其應(yīng)用于 DAC 接收端輸入。

測試激勵文件定序器

鑒于時鐘正在運(yùn)行仿真，并且先前已經(jīng)講解過數(shù)據(jù)源相關(guān)內(nèi)容，因此我們可以繼續(xù)講解測試激勵文件的主要部分。

在demo_tb_axi4l_nano_seq.sv文件中可以了解到仿真的設(shè)置和控制方式。此文件使用部分 SystemVerilog 任務(wù)以便于我們訪問 RF 的 Tile，并對其執(zhí)行部分設(shè)置。此外還有其它任務(wù)可用來控制仿真。我們將演示仿真的整個過程，并根據(jù)需要來探討這些任務(wù)。

通過觀察此文件可以發(fā)現(xiàn)，它使用參數(shù)化尋址來允許我們處理測試激勵文件中 AXI4-Lite 上的各個子塊。各項(xiàng)任務(wù)將通過這些子塊來控制仿真。

定序器 (Sequencer) 首先會對測試激勵文件中的所有一切都應(yīng)用復(fù)位。然后它會對 Tile 執(zhí)行寫入以啟用仿真加速。這樣即可縮短 Tile 的啟動時間，因?yàn)樗煽s短電源微調(diào)時間以及 ADC 校準(zhǔn)時間。仿真僅允許 Tile 達(dá)到 IP 的啟動狀態(tài)機(jī)的狀態(tài) 1。

在此步驟后，它會對 Tile 執(zhí)行某些設(shè)置，然后開始在測試激勵文件中開啟源端和接收端。它還會開始加載 DAC 源內(nèi)存。

最好在執(zhí)行每個步驟時都打印仿真時間。這樣即可根據(jù)需要檢查波形。

可以看到，IP 設(shè)置完成后，就會于 169us 附近開始寫入 DAC 激勵數(shù)據(jù)。DAC 源內(nèi)存位于基址 0x300000000 處。

下一步，啟動 Tile 時鐘，并運(yùn)行 ADC 和 DAC 直至?xí)r鐘檢測步驟為止。

完成此步驟后，即可啟動 DAC 源并運(yùn)行 DAC，直至啟動 FSM 結(jié)束為止：

通過觀察波形可知，音調(diào)已傳入，而 DAC 輸出總線正在運(yùn)行。

此處可看到 25Mhz/50Mhz/100Mhz/200Mhz。

然后，針對 ADC 重復(fù)此過程：

運(yùn)行后，可在波形中查看結(jié)果。在此情況下，vout_00和vout02總線即為仿真中 ADC 源的輸出。

我在此處還附上了 AXI Stream 傳輸?shù)?8 個采樣之一的截屏，以顯示 ADC 能正常轉(zhuǎn)換單音信號。

數(shù)據(jù)接收端和檢查器

ADC 和 DAC 在demo_tb中具有一組接收端塊。

在這些塊中，將對數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放，并且將執(zhí)行 FFT。這樣即可確認(rèn)信號能以正確方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

這些塊用于管理錯誤計(jì)數(shù)器。如果全部正確，那么定序器 (Sequencer) 就會停止仿真。

我希望本篇博文能夠幫助您更進(jìn)一步了解 IP 仿真示例。此外還有很多內(nèi)容值得分享，但本文應(yīng)該能夠?yàn)榇蠹姨峁┮粋€良好的起點(diǎn)，以便大家了解仿真的工作原理，并且您可能還可以將其中部分技巧用于您自己的仿真測試激勵文件。

編輯：hfy