Vivado Waveform功能使用技巧详解

使用波形配置文件

Vivado Simulator允许用户自定义波形显示方式，当前的显示状态称作波形配置。波形配置可以保存为WCFG文件，供以后使用。一个波形配置对应一个Wave窗口，没有保存的波形配置显示为untitled。打开仿真后，File菜单中有与波形配置相关的指令：

这些控制功能依次是：

• New Waveform Configuration：创建一个新的波形配置，Vivado会打开一个新波形窗口，但是不包含任何HDL对象，设计者从Scope或Object窗口中人工添加；
• Open Waveform Configuration：打开配置文件同时打开一个波形窗口，会显示存储在WCFG文件中对象的波形数据；
• Saving a Wave Configuration：保存当前波形配置到WCFG文件中。

如果关闭了仿真，下次需要使用是只是想查看上次仿真的结果，而不是重新运行仿真，点击Flow菜单下的Open Static Simulation，选择WDB文件即可（在project.sim/sim_1/behav路径下）。静态仿真模式下，Vivado Simulator会从WDB文件中读取数据并显示。

运行仿真过程中，会将显示的HDL对象的波形活动、Sope窗口中的对象、Objects窗口中的对象存储到WDB文件中。但注意，Vivado不能打开2014.3版本之前创建的WDB文件。

窗口对象（wave object）

向波形配置中添加一个HDL对象，其实并不是直接添加该对象，Vivado会创建一个窗口对象，该对象与HDL对象有联系也有区别。借助此特性，一个HDL对象可以创建多个与其相关的窗口对象，且每个窗口对象的显示设置可以不同。比如一个用16进制显示，另一个用10进制显示。

由HDL对象而来的窗口对象称作设计窗口对象，除此之外，还有其它的对象类型：隔离带（divider）、群组（group）、虚拟总线（virtual buses）。这些对象都是为了提高观察波形的便捷性，前两者示例如下图。虚拟总线是将多个信号组合为一个总线显示。

波形窗口中包含Name、Value和波形三部分。

• Name默认显示为short形式，右键菜单中Rename指令可以创建custom名称，Name指令选择显示方式为short、long（显示对象所处层次路径）或custom。
• Value根据格式和基数设置显示方式不同，注意波形窗口中的radix和Objects窗口中的radix设置只作用于各自的窗口。

默认Value显示的基数为16进制，想要改变默认设置，在波形窗口中点击Settings，选择一个Radix：

顺便再介绍下其它设置选项实现的功能效果：

• Elide Setting：如果信号名字太长无法完整显示，该选项设置从哪边开始省略字符显示，包括left、middle和right。
• Draw Waveform Shadow：选中，波形显示会带有阴影效果。
• Show signal indices：选中，波形对象的Name左侧会显示对应的行数，并且可以拖动行数之间的横线来改变波形对象的高度。
• Show grid lines：选中，波形窗口中会显示网格线。
• Snap to Transition/Floating Ruler：与测量有关，具体在下文介绍。

在选中对象的右键菜单->Radix中可以设置单个信号的基数（应与该信号的本质相符），常见的基数已经非常熟悉。Radix还可以选择为Real，设计者可以在Real Setting中设置Value按指定的定点数或浮点数格式显示，提供了极大的便利性。

该功能非常实用，比如CORDIC IP核在计算arctan函数时，输出数据为带符号、小数点从MSB三位后的格式，只需要在这里设置相应格式，就可以直接显示为-pi~pi的范围，而不需要人工计算。

设置模拟波形显示方式

有时总线数据用模拟波形的方式观察更直观，但注意信号的Radix设置必须符合其本质，才能显示正确的波形。比如一个总线数据按带符号二进制补码编码，Radix必须设置为一种带符号格式；如果一个数据为浮点数格式，必须选择real并做正确的设置。

在对象右键->Waveform Style，可选择模拟（Analog）或数字（Digital）显示方式，Anolog Settings中可以设置模拟波形的显示方式。注意：模拟显示仅支持位宽不超过64Bits的总线。

下面介绍一下各选项的设置方法和效果：

• Row Height：规定选中对象的显示高度，单位为像素点数目，相当于收缩或拉伸波形的高度（digital显示方式高度为20，analog显示高度默认为100）。
• Y Range：规定波形区域的数值显示范围。Auto模式下根据当前的仿真时间内的值自动选择范围，且会随时间更新；Fixed设置固定的显示范围。
• Interpolation Style：设置将数据点连成线的插值方式，Liner表示线性插值，Hold表示保持插值，两个点之间的数据会保持前一个点的数据值。
• Off Scale：设置超出显示范围的波形该如何处理，Hide会隐藏超出范围的部分，Clip会超出范围为的部分限制在最大值/最小值（即削顶），overlap在超出范围时仍然会显示波形，但是波形会叠在其它波形对象上。
• Horizontal Line：选中会在指定值处画一条水平线。

此外，某些总线信号的有效顺序可能与定义的Bit顺序相反，可以在右键菜单中选择“Reverse bit order”交换总线Bit顺序，如bus[7:0]交换后为bit[0:7]，信号的值和波形也会跟着改变。

在时间刻度上右键，可以设置显示时间的方式，包括fs、ps、ns、us、ms、s，Auto会自动选择最适合的单位，Default表示HDL设计中规定的仿真精度。此外还有Samples以离散采样数值的方式显示，User为用户自定义的时间单位，但这两个设置对HDL无效。

观察波形辅助工具

上文提到窗口对象中还包括如下三类，来帮助设计观察仿真结果：

• Group：一个Group相当于一个容器，将相关的波形对象组合在一个文件夹中。选中想要添加的对象，右键->New Group即可建立一个新组。注意选中group后delete会删除掉该组和内部所有的对象，如果只是想解散组，使用右键菜单中的Ungroup。
• Divider：divider用来隔离不同的HDL对象，点击信号的右键菜单中->New Divider，会在其下方创建一条隔离带，delete即可删除。
• Virtual Bus：可以将多个标量或向量组合在一起作为虚拟总线显示，按顺序选中要添加的对象，右键->New Virtual Bus。同样delete会删除掉虚拟总线所有对象，仅删除虚拟总线应使用Ungroup。

除此之外，Vivado还提供了一些其它特性帮助设计者分析波形中的数据：

1.光标

在波形上单击，会出现黄色的光标，称之为主光标；按住Shift键，再在另一个地方点击，会出现第二个光标，称之为辅助光标（虚线，会替换原主光标所在位置）。顶部会显示每个光标所处的时间点，底部有刻度尺且显示两者之间的时间差（显示刻度尺需要在设置中选中Floating Ruler）。单击波形窗口的任意地方，即可隐藏辅助光标。

如果设置中选中了Snap to Transition，拖动光标过程中会有一个根据数据转换状态变换的圈（不选中该功能始终为空心圈，不会变化）。空心圈○表示光标处在信号的两个过度点之间（过度点即为值发生改变的点）；实心圈●表示光标位于过度点处或标记（marker）上。如下图所示：

通过此功能，设计者即可准确地将光标置于信号的边缘处。波形窗口工具栏中还有Previous Transition和Next Transition两个功能，可以改变光标位置到选定对象的前一个或后一个过度点。可以同时选中多个对象。

2.标记

标记（Marker）用来指示波形中设计者关心的重大事件，可以对与标记事件相关的时间进行测量。在窗口工具栏中点击Add Marker（如下图红框）添加标记，自动测量并显示标记与光标之间的时间差。

标记同样支持Snap to Transition功能，让设计者可以准确地标记信号边缘。在标记上右键，选中Delete Marke**r或**Delete All Markers即可删除标记。底部也会显示时间刻度尺辅助时间测量，0时刻从辅助光标开始，如果没有辅助光标会从选中的Marker处开始。

3.查找功能

右键菜单中Find/Find Value可分别用于查找某一对象或者选中对象中的特定值。空白框中输入带查找字符串，必须与设置的Radix相符，否则编辑框会变为红色提示错误（如十六进制就只能输入0-F）。

句号的点‘.’相当于通配符，如查找“1.2”，便会找到102、112等等。Match用于设置匹配模式，Beginning、End（以查找内容为开头或结尾）或Exact（精确值）。Previous和Next在结果之间切换，如果没有找到工具条会显示“Value not found”。

编辑：hfy