本帖最后由 LMQQ 于 2013-1-22 21:18 编辑

System generator 安装之后会在Simulin模块库中添加一些Xilinx FPGA专用的模块库，包括Basic Element，Communication，Control Logic，DataTypes，DSP，Math，Memory，Shared Momory，Tool等模块库，只有使用这里的模块才能进行FPGA算法的仿真以及进行综合等等。         使用这些模块就可以简单的选一些模块，连一些线就能自动生成你需要的HDL代码，将开发人员从底层枯燥的代码编写中解脱出来，将更多的精力放在算法上，非常完美的体现了工具为人服务的理念。      最新的ISE14.2即Vavido已经能够使用C和C++生成HDL代码，那个主要是针对Xilinx公司7系列的FPGA，有兴趣的同学可以尝试。另外Matlab2012将HDL coder作为一个独立的工具添加进来，已经能够支持Xilinx和Altera公司的FPGA。
一、System Generator快速入门
1．Xilinx Blockset库的基本介绍

System Generator和Simulink是无缝链接的，可以在MATLAB标准工具栏中直接启动，如图8-9所示。这些模块都根据其功能划分为不同的库，为了易于使用，又在某些库中添加了部分有广泛应用的模块，所有的模块都按字母顺序排列在Xilinx Index库中。读者需要注意的是：在Simulink环境中，只有通过Xilinx模块搭建的系统才能保证硬件可实现，其地位类似于HDL语言中的可综合语句。

图7-9 Xilinx DSP模块集从设计流程中可以看出，熟悉Xilinx DSP基本模块库是设计流程中的关键环节，只有掌握了基本模块的特性和功能，才能更好地实现算法。由Xilinx模块库和System Generator一起，可生成Xilinx可编程器件的最优逻辑，这属于最低层的设计模块，地位等效于IP Core，共有90多个。Xilinx模块库简要说明如表7-1所列。表7-1 System Generator库的简要说明1．基本单元模块

基本单元模块库中包含了数字逻辑的标准组件模块，使用这些模块可插入时间延迟、改变信号速率、引入常数、计数器以及多路复用器等。此外，还包含了3个特殊的模块System Generator标志、黑盒子模块（Black Box）以及边界定义模块，后文将对其进行详细说明。该库中简要的模块说明如表8-2所列。表7-2 基本单元模块的说明列表2．通信模块

通信应用是FPGA的主要应用领域之一，因此Xilinx的通信模块库提供了用于实现数字通信的各种函数，包括卷积编解码、RS编解码以及交织器等模块。该库中简要的模块说明如表8-3所列。表7-3 通信模块的说明列表3．控制逻辑模块

控制逻辑主要包括了用于创建各种控制逻辑和状态机的资源，包括了逻辑表达式模块、软核控制器、复用器以及存储器，其简要说明如表8-4所列。表7-4 控制逻辑模块的说明列表4．数据类型模块

数据类型模块主要用于信号的数据类型转换，包括移位、量化、并/串、串/并转换以及精度调整模块，其简要说明如表8-5所列。表7-5 数据类型模块的说明列表5．DSP模块

DSP模块是System Generator的核心，该库包含了所有常用的DSP模块，其简要说明如表8-6所列。表7-6 DSP模块的说明列表6．数**算模块

数**算是任何程序所不可避免的，Xilinx提供了丰富的数**算库，包括基本四则运算、三角运算以及矩阵运算等，其简要说明如表8-7所列。表7-7 数**算模块的说明列表7．存储器模块

该库包含了所有Xilinx存储器的Logic Core，其简要说明如表7-8所列。表7-8 存储器模块的说明列表8．共享储存器模块

共享存储器模块主要用于共享存储器操作，相关内容将在7.4.3节展开讨论。表7-9 共享存储器模块的说明列表9．工具模块

工具模块包含了FPGA设计流程中常用的ModelSim、ChipScope、资源评估等模块以及算法设计阶段的滤波器设计等模块。该库的模块在设计中起辅助作用，都是设计工具，一般不能生成HDL设计，其简要说明如表8-10所列。表7-10 工具模块的说明列表
2．FPGA边界定义模块

System Generator是FPGA实现和算法开发之间桥梁，通过两个标准模块“Gateway In”和“Gateway Out”来定义Simulink仿真模型中FPGA的边界。“Gateway In”模块标志着FPGA边界的开始，能够将输入的浮点转换成定点数。“Gateway Out”模块标志着FPGA边界的结束，将芯片的输出数据转换成双精度数。在Simulink环境中双击这两个模块会弹出配置对话框，可以设定不同的转换规则，如图7-10所示。图7-10 转换模块示意图3．System Generator标志

每个System Generator应用框图都必须至少包含一个System Generator标志，如图8-11所示，否则会提示错误。标志模块用来驱动整个FPGA实现过程，不与任何模块相连。双击标志模块，可以打开属性编辑框，能够设置目标网表、器件型号、目标性能以及系统时钟频率等指标。

图7-11 System Generator标志模块示意图4．建立简易的DSP设计

一旦定义了FPGA边界就可以通过Xilinx DSP模块集合来建立各种DSP设计，包括滤波器、存储器、算术运算器、逻辑和比特操作器等丰富资源，每个模块都有详细的工作频率和比特宽度定义。标准的Simulink模块不能在“Gateway In”和“Gateway Out”之间使用，但常用来产生测试数据以及对FPGA的输出数据进行处理和分析。下面给出一个简单的FPGA系统设计实例。

例7-2 使用System Generator建立一个3输入（a、b、c）的DSP4模块的计算电路，使得输出p=c+a*b，并利用标准的Simulink模块对延迟电路进行功能验证。

1）打开Simulink库浏览器并建立一个新的Simulink模型，并保存为mydsp.mdl。
2）在浏览器中选择Xilinx DSP48模块，并将其拖拽到mydspmydelay.mdl；按照同样的方法添加边界定义模块以及System Generator标志模块。
3）为了测试DSP计算电路，添加Simulink标准库中的常数模块（Constant）和显示器（Display）模块。其中常数模块用于向DSP计算电路灌数据，作为测试激励；显示器则用于观测输出数据。
4）连接模块，将所有的独立模块连成一个整体。其中Xilinx模块之间的端口可以直接相互连接，直接从一个端口拖拽鼠标到另一个端口来完成，或选中目标模块，按住Ctrl键，再点击要连接的模块，Simulink即可自动将两个模块连接起来；而Xilinx模块和非Xilinx模块之间的连接则需要边界模块（Gateway）来衔接。经过连接的设计如图7-12所示。

图7-12 延迟模块以及测试平台的组成架构5）设定系统参数。双击“System Generator”模块，会出现系统设定对话框，如图8-13所示。其中“Compilation”栏选择编译生成对象，包括HDL网表、FPGA配置比特流、NGC网表、EDK导出工具、硬件协仿真类型以及时序分析文件等6种类型，本例选择HDL网表类型，会生成ISE工程以及相应的HDL代码；“Part”栏用于选择芯片型号，本例选择Spartan3E xc4vsx55-12ff1148。“Target”栏用于选择目标文件存放路径，本例使用默认值，则会在mydelay.mdl所在文件夹中自动生成一个netlist的文件夹，用于存放相应的输出文件。综合工具选择XST，HDL语言选择Verilog类型，系统时钟设的周期为100ns，即为10MHz。 “Clock Pin Location”栏的文本框中输入系统时钟输入管脚，则会自动生成管脚约束文件（由于本例只是演示版，所以该项空闲）。此外，可选中“Create testbench”选项，自动生成设计的测试代码。各项参数确认无误后，单击“OK”键，保存参数。

图7-13 系统参数设定对话框6）设置关键模块参数。双击“Gataway In”、“Gataway Out”模块，会弹出图8-14和图 8-15所示的对话框。Gataway In模块属性可查看输入数据位宽和量化规则。

图7-14 Gataway In模块属性对话框                               图7-15 Gataway Out模块属性对话框7）运行测试激励。当参数设置完成后，点击工具栏的“ ”按键，即可运行Simulink仿真，可以看到显示器输出为18，表明设计的功能是正确的。
8）生成HDL代码。单击图7-13中的“Generate”按键，System Generator可自动将设计转化成HDL代码。整个转化过程的起始和结束提示界面分别如图7-16和图 7-17所示。

图7-16 自动生成代码过程的起始提示标志                                图7-17 自动生成代码过程的结束提示标志读者可在相应的文件夹的“netlist sysgen”子目录中打开“nonleaf_results.v”文件，查看相应的代码，如下所示（为了节约篇幅，分栏显示），用户可将其作为子模块直接使用。二、System Generator中的信号类型System Generator是面向硬件设计的工具，因此数据类型只能是定点的，而Simulink中的基本数据类型是双精度浮点型，因此Xilinx模块和Simulink模块连接时需要通过边界模块来转换。“Gateway In”模块把浮点数转换成定点数，“Gateway Out”把定点数转换成浮点数。此外，对于Simulink中的连续时间信号，还必须经过“Gateway In”模块的采样转换才能使用。

System Generator中的数据类型命名规则是非常简易且便于记忆的形式，如Fix_8_6表示此端口为8比特有符号数，其中6比特为小数部分。如果是无符号数，则带有“Ufix”前缀。在System Generator中，可通过选择 “Format” 菜单中的“Port/Signal Display Port Data Types”命令，来显示所有端口的数据类型，形象显示整个系统的数据精度。

Xilinx模块基本上都是多形态的，即可根据输入端口的数据类型来确定输出数据类型，但在有些情况下需要扩展信号宽度来保证不丢失有效数据。此外，也允许设计人员自定义模块的输入、输出数据的量化效果以及饱和处理。在图8-14所示的“Gateway In”模块属性对话框中，“Output type”选择数据为布尔型、有符号数还是无符号数；“Number of bits”即为定点数的位宽；“Binary point”为小数部分的宽度；“Quantization”选择定点量化模式；“Overflow”用于设定饱和处理模式；“Sample period”用于对连续时间信号的采样。因此按照System Generator的数据形式命名规则，“Gateway In”模块的数据类型为Fix/Ufix_(Number of bits)_(Binary point )。

此外，还有DSP48 instruction，显示为“UFix_11_0”，是Xilinx针对数字信号处理的专用模块，用于实现乘加运算。三、 自动代码生成

System Generator能够自动地将设计编译为低级的HDL描述，且编译方式多样，取决于System Generator标志中的设置。为了生成HDL代码，还需要生成一些辅助下载的文件工程文件、约束文件等，和用于验证的测试代码（HDL testbench）。

1．编译并仿真System Generator模块

前面已经提到要对一个System Generator的设计进行仿真或者将其转化成硬件，则设计中必须包含一个System Generator生成标志。也可以将多个生成标志分布于不同的层中（一层一个），在层状结构中，处于别的层下的称为从模块，不属于从模块的则为主模块。但是特定的参数（如系统时钟频率）只能在主模块中设置。

对于任一添加的模块，都可以在System Generator模块中指定其代码生成方式和仿真处理形式，要编译整个系统，在顶层模块中利用System Generator模块生成代码即可。

不同编译类型的设定将会产生不同的输出文件，可选的编译类型包括两个网表文件类型（HDL网表和NGC网表）、比特流文件类型、EDK导出工具类型以及时序分析类型等4类。

• HDL网表类型是最常用的网表结构，其相应的输出结果包括HDL代码文件、EDIF文件和一些用于简化下载过程的辅助文件。设计结果可以直接被综合工具（如XST等）综合，也可以反馈到Xilinx物理设计工具（如ngdbuild、map、par和bitgen等）来产生配置FPGA的比特流文件。编译产生的文件类型如ISE中是一致的。NGC网表类型的编译结果和HDL网表类似，只是用NGC文件代替了HDL代码文件。
• 比特流文件类型的编译结果是直接能够配置FPGA的二进制比特流文件，并能直接在FPGA硬件平台上直接运行的。如果安装了硬件协仿真平台，可以通过选择“Hardware Co-simulation > XtremeDSP Development Kit > PCI and USB”，生成适合XtremeDSP开发板的二进制比特流文件。
• EDK导出工具类型的编译结果是可以生成直接导入Xilinx嵌入式开发工具（EDK）的工程文件以及不同类型的硬件协仿真文件。
• 时序分析类型的编译结果是该设计的时序分析报告。