Testbench

作者：桂。

时间：2017-08-15  07:11:50

链接：http://www.cnblogs.com/xingshansi/p/7363048.html

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前言

　　Testbench主要用于module的测试，这里仅记录一般的操作流程。

〇、verilog与C的区别

　　本段文字出处。

　　RTL级的verilog其实就是常说的verilog语言中可综合的那部分，它是verilog语言的一个子集。所谓的RTL级建模，其实也就是用verilog语言去描述实际电路的行为，比如用verilog语言去描述一个ram或者是一个移位寄存器。 
　　对于这个层次上的建模，最重要的思想就是“硬件意识”，也就是说，我们在写代码的时候，大脑里要先知道我们设计的是什么样的电路，然后再用verilog语言将它描述出来。其实，在出现硬件描述语言之前，电路设计都是用原理图去搭的，这种设计过程也是我们心中先有了电路，然后用一种计算机能够识别的方式进行描述，现在的verilog HDL只是相当于我们有了更先进的描述方法，但是在RTL级的设计过程还是不变----心中先有电路，再将它翻译成verilog代码。 
刚才我们说了，RTL的设计其实就是用verilog去描述电路的行为，那么，我们要怎么去理解这个“电路的行为”呢？ 
第一，电路在物理上是并行工作的。 
　　我们知道，在写C程序的时候，由于CPU在任一时刻最多只能执行一条指令，程序都是顺序执行的，即使是我们平时说的多任务操作系统，所谓的并行任务也只是从宏观上来说的（人感觉不到而已），但从微观上来说它仍然是顺序执行的。所以我们设计C程序时思维是串行或者说是并行的。所以看语言不能从上往下看调用逻辑，而是要抓住数据的流向，各个In/out的调用顺序。
　　但是数字电路设计则不然，数字电路芯片无非是由一些门电路和触发器组成，从物理上看，在任何时刻，芯片内部各部分电路都是同时工作的。所以在设计的时候，我们需要以一种并发的思维去思考。以下面例子为例： 
例3：

always @(posedge clk or negedge rst_n)
begin
if ( rst_n == 1'b0 )
begin
wren <= 1’b0;
rden <= 1’b0;
end
else
begin
wren <= a&b;
rden <= c&d;
end
end

　　在综合成实际电路之后，wren和rden的赋值是同时进行的，并不会因为wren在rden前面就先对wren赋值（其实将赋值理解高低电平的传递会更好一些）。事实上，当综合成网表文件后，这种赋值的先后顺序也就不存在了。

第二，电路行为的先后顺序是通过时钟节拍去完成的。 
　　在一些时候，我们需要完成这样的功能：在STATE0状态下，当事件A来了后，去触发状态STATE1；在状态STATE1下，外部总线上读取数据；在处理完后，又进入到状态STATE2，将数据突发传送到背板总线上，并回到STATE0。 
　　这就有了一种逻辑上的先后关系，但是由于我们的电路都是并行工作的，我们不能像C语言的方式将代码在一个进程中按先后顺序排放后就可以完成功能。那我们要怎么去实现呢？我们知道，我们人类去判别先后顺序是按通过时间完成的，也就是说，如果我们是基于时钟节拍去设计的话----即在节拍n事件A到来，在节拍B进入状态STATE0，在n+1到n+k节拍中每x个节拍从外部总线上取一个数，在n+k节拍后，每一个节拍将缓存在FIFO的数据放到背板总线上，就可以实现这种逻辑的先后顺序。总结起来，就是电路行为的逻辑先后顺序是通过时钟节拍去体现的，设计时可以通过将事件安排在不同的时钟节拍去完成。

　　二、Testbench的基本操作

　　A-基本操作

　　对于testbench而言，端口与被测module一一对应，input声明为reg，output声明为wire，如果是systemveriog，则可以统一定义为logic。

1-直接赋值

initial操作：

module exam();
reg rst_n;
reg clk;
reg data;

initial
begin
       clk=1'b0;
       rst=1'b1;
       #10
       rst=1'b0;
       #500
       rst=1'b1;
end

always
begin
       #10
            clk=~clk;
end

　　注意到有个#符号，该符号的意思是指延迟相应的时间单位。该时间单位由timscale决定.一般在testbench的开头定义时间单位和仿真 精度，比如`timescale 1ns/1ps，前面一个是代表时间单位，后面一个代表仿真时间精度。以上面的例子而言，一个时钟周期是20个单位，也就是20ns。而仿真时间精度的概 念就是，你能看到1.001ns时对应的信号值，而假如timescale 1ns/1ns，1.001ns时候的值就无法看到。对于一个设计而言，时间刻度应该统一，如果设计文件和testbench里面的时间刻度不一致，仿真 器默认以testbench为准。一个较好的办法是写一个global.v文件，然后用include的办法，可以防止这个问题。

2-重复操作

例如写某一个字符串，需要重复操作且字符串内容有变更，这个时候可以借助task来完成。

task load_count;
       input [3:0] load_value;
       begin
            @(negedge clk_50);
                     $display($time, " << Loading the counter with %h >>", load_value);
            load_l = 1’b0;
            count_in = load_value;
            @(negedge clk_50);
            load_l = 1’b1;
       end
endtask //of load_count

initial
begin
   load_count(4’hA);   // 调用task
end

　　其他像forever,for,function等等语句用法类似，虽然不一定都能综合，但是用在testbench里面即使是偏高级的语言也不要紧，写testbench与写普通的module思路略有差异。

3-文件输入

有时候，需要大量的数据输入，直接赋值的话比较繁琐，可以先生成数据，再将数据读入到寄存器中，需要时取出即可。用 $readmemb系统任务从文本文件中读取二进制向量（可以包含输入激励和输出期望值）。$readmemh 用于读取十六进制文件。例如：

reg [7:0]   mem[1:256]   //   a 8-bit, 256-word 定义存储器mem
initial   $readmemh ( "E:/readhex/mem.dat", mem ) // 将.dat文件读入寄存器mem中
initial   $readmemh ( "E:/readhex/mem.dat", mem, 128, 1 ) // 参数为寄存器加载数据的地址始终

　　B-查看仿真结果

　　对于简单的module来说，要在modelsim的仿真窗口里面看波形，就用add wave ..命令，比如，testbench的顶层module名叫tb,要看时钟信号，就用add wave tb.clk。要查看所有信号的时候，就用 add wave /*。当然，也可以在workspace下的sim窗口里面右键单击instance来添加波形。
　　对于复杂的仿真，免不了要记录波形和数据到文件里面去。 这一块的资料可搜索关键词：$dumpvar

　　C-testbench编写技巧

1）.如果激励中有一些重复的项目，可以考虑将这些语句编写成一个task，这样会给书写和仿真带来很大方便。例如，一个存储器的testbench的激励可以包含write，read等task。

2）.如果DUT中包含双向信号(inout)，在编写testbench时要注意。需要一个reg变量来表示其输入，还需要一个wire变量表示其输出。

3）.如果initial块语句过于复杂，可以考虑将其分为互补相干的几个部分，用数个initial块来描述。在仿真时，这些initial块会并发运行。这样方便阅读和修改。

4）.每个testbench都最好包含$stop语句，用以指明仿真何时结束。
5）.加载测试向量时，避免在时钟的上下沿变化，比如数据最好在时钟上升沿之前变化，这也符合建立时间的要求。

　　三、常用的时钟/复位

时钟clk以及复位rst是除了测试模块外，必须要考虑的信息。

　　A-产生时钟的几种方式

（a）使用initial方式产生占空比50％的时钟

initial
begin
Clk = 0 ;
# delay ;
forever
# (period/2)   Clk = ~ Clk ;
end

　　注意一定要给时钟赋初始值，因为信号的缺省值为z，如果不赋初值，则反相后还是z，时钟就一直处于高阻z状态。产生的时钟信号如下

（b）使用always方式

initial
Clk= 0 ;
always
# (period/2)  Clk = ~ Clk ;

(c)使用repeat产生确定数目的时钟脉冲

initial
begin
Clk = 0 ;
repeat ( 6 )
# (period/2)   Clk = ~ Clk ;
end

　　该例使用repeat产生 3个时钟脉冲，产生的波形如下：

（d）产生占空比非50%的时钟

initial
Clk = 0 ;
always
begin
# 3 Clk=~Clk;
#2 Clk=~Clk;
end

　　B-产生复位信号的几种形式

（a）异步复位

initial
begin
Rst = 1 ;
# 100 ;
Rst = 0 ;
# 500 ;
Rst ＝ 1 ；
end

(b)同步复位信号

initial

begin

Rst = 1 ;

@( negedge Clk) ; //等待时钟下降沿

Rst = 0 ;

# 30 ;

repeat（3）@( negedge Clk) ; //等待3个时钟下降沿

Rst = 1 ;

end

 

参考：

• http://blog.csdn.net/wordwarwordwar/article/details/53885209