testbench的设计文件读取和写入操作源代码

向右看齐 2022-04-10 11:58 343阅读 0赞

十大基本功之 testbench

# 1. 激励的产生 #

对于 testbench 而言，端口应当和被测试的 module 一一对应。  
端口分为 input,output 和 inout 类型产生激励信号的时候，  
input 对应的端口应当申明为 reg,  
output 对应的端口申明为 wire,  
inout 端口比较特殊，下面专门讲解。

## 1）直接赋值 ##

一般用 initial 块给信号赋初值，initial 块执行一次，always 或者 forever 表示由事件激发反复执行。  
举例，一个 module

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  \`timescale 1ns/1ps
2.  
3.  module exam();
4.  reg rst\_n;
5.  reg clk;
6.  reg data;
7.  
8.  initial
9.  begin
10. clk = 1'b0;
11. rst = 1'b1;
12. \#10
13. rst = 1'b0;
14. \#500
15. rst = 1'b1;
16. end
17. 
18. always
19. begin
20. \#10 clk = ~clk;
21. end
22. 
23. endmodule

大家应该注意到有个\#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。

对于反复执行的操作，可写成 task,然后调用，比如

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  task load\_count;
2.  
3.  input \[3:0\] load\_value;
4.  begin
5.  @(negedge clk\_50);
6.  $display($time, " << Loading the counter with %h >>", load\_value);
7.  load\_l = 1’b0;
8.  count\_in = load\_value;
9.  @(negedge clk\_50);
10. load\_l = 1’b1;
11. end
12. endtask //of load\_count
13. 
14. initial
15. begin
16. load\_count(4’hA); // 调用 task
17. 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 里面很方  
便，大家可以自行查阅参考文档

## 2） 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：

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

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

文件调入和打印中，我们 $fread $fwrite 用的更多一些, 大家可以自行查阅参考文档

# 2. 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。

## 1）波形文件记录(这部分暂时我没用到呢！) ##

常见的波形文件一般有两种， vcd 和 fsdb， debussy 是个很好的工具，支持 fsdb，所以最好是 modelsim+debussy 的组  
合默认情况下， modelsim 不认识 fsdb，所以需要先装 debussy，再生成 fsdb 文件。  
  
  
$dumpfile 和$dumpvar 是 verilog 语言中的两个系统任务， 可以调用这两个系统任务来创建和将指定信息导入 VCD 文件.  
对于 fsdb 文件来说，对应的命令是 fsdbDumpfile,dumpfsdbvars  
  
  
(什么是 VCD 文件? 答： VCD 文件是在对设计进行的仿真过程中，记录各种信号取值变化情况的信息记录文件。 EDA  
工具通过读取 VCD 格式的文件，显示图形化的仿真波形，所以，可以把 VCD 文件简单地视为波形记录文件.)下面分别  
描述它们的用法并举例说明之。

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  $dumpfile 系统任务：为所要创建的 VCD 文件指定文件名。
2.  举例（ "//"符号后的内容为注释文字）：
3.  initial
4.  $dumpfile ("myfile.dump"); //指定 VCD 文件的名字为 myfile.dump，仿真信息将记录到此文件
5.  $dumpvar 系统任务：指定需要记录到 VCD 文件中的信号，可以指定某一模块层次上的所有信号，也可以单独指定某一
6.  个信号。
7.  典型语法为$dumpvar(level, module\_name); 参数 level 为一个整数， 用于指定层次数， 参数 module 则指定要记录的模块。
8.  整句的意思就是，对于指定的模块，包括其下各个层次(层次数由 level 指定)的信号，都需要记录到 VCD 文件中去。
9.  
10. 
11. 举例：
12. initial
13. $dumpvar (0, top); //指定层次数为 0，则 top 模块及其下面各层次的所有信号将被记录
14. 
15. initial
16. $dumpvar (1, top); //记录模块实例 top 以下一层的信号
17. //层次数为 1，即记录 top 模块这一层次的信号
18. //对于 top 模块中调用的更深层次的模块实例，则不记录其信号变化
19. 
20. initial
21. $dumpvar (2, top); //记录模块实例 top 以下两层的信号
22. 
23. //即 top 模块及其下一层的信号将被记录
24. 假设模块 top 中包含有子模块 module1，而我们希望记录 top.module1 模块以下两层的信号，则语法举例如下：
25. initial
26. $dumpvar (2, top.module1); //模块实例 top.module1 及其下一层的信号将被记录
27. 假设模块 top 包含信号 signal1 和 signal2(注意是变量而不是子模块), 如我们希望只记录这两个信号，则语法举例如下：
28. 
29. initial
30. $dumpvar (0, top.signal1, top.signal2); //虽然指定了层次数，但层次数是不影响单独指定的信号的

//即指定层次数和单独指定的信号无关  
我们甚至可以在同一个$dumpvar 的调用中，同时指定某些层次上的所有信号和某个单独的信号，假设模块 top 包含信  
号 signal1，同时包含有子模 块 module1，如果我们不但希望记录 signal1 这个独立的信号，而且还希望记录子模块 module1  
  
以下三层的所有信号，则语法举例如下：

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  initial
2.  $dumpvar (3, top.signal1, top.module1); //指定层次数和单独指定的信号无关
3.  //所以层次数 3 只作用于模块 top.module1, 而与信号
4.  top.signal1 无关

上面这个例子和下面的语句是等效的：

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  initial
2.  begin
3.  $dumpvar (0, top.signal1);
4.  $dumpvar (3, top.module1);
5.  end
6.  
7.  $dumpvar 的特别用法(不带任何参数)：
8.  initial
9.  $dumpvar; //无参数，表示设计中的所有信号都将被记录

最后，我们将$dumpfile 和$dumpvar 这两个系统任务的使用方法在下面的例子中综合说明，假设我们有一个设计实例，  
名为 i\_design，此设计中包含模块 module1，模块 module1 下面还有很多层次，我们希望对这个设计进行仿真，并将仿  
真过程中模块 module1 及其以下所有层次中所有信号的变化情况，记录存储到名为 mydesign.dump 的 VCD 文件中去，  
则例示如下：

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  initial
2.  begin
3.  $dumpfile ("mydesign.dump"); //指定 VCD 文件名为 mydesign.dump
4.  $dumpvar (0, i\_design.module1); //记录 i\_design.module1 模块及其下面层次中所有模块的所有信号
5.  end

对于生成 fsdb 文件而言，也是类似的

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  initial
2.  begin
3.  $fsdbDumpfile("tb\_xxx.fsdb");
4.  $fsdbDumpvars(0,tb\_xxx);
5.  end

## 2）文件输出结果 ##

integer out\_file; // out\_file 是一个文件描述，需要定义为 integer 类型  
out\_file = $fopen ( " cpu.data " ); // cpu.data 是需要打开的文件，也就是最终的输出文本  
设计中的信号值可以通过$fmonitor, $fdisplay,$fwrite  
其中$fmonitor 只要有变化就一直记录， $fdisplay 和$fwrite 需要触发条件才记录  
例子：

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  initial begin
2.  $fmonitor(file\_id, "%m: %t in1=%d o1=%h", $time, in1, o1);
3.  end
4.  always@(a or b)
5.  begin
6.  $fwrite(file\_id,"At time%t a=%b b=%b",$realtime,a,b);
7.  end
8.

# 3 参考“A Verilog HDL Test Bench Primier.pdf” #

## 1) DUT(Design Under Test)部分 ##

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  //-------------------------------------------------
2.  // File: count16.v
3.  // Purpose: Verilog Simulation Example
4.  //-------------------------------------------------
5.  \`timescale 1 ns / 100 ps
6.  module count16 (
7.  clk,
8.  rst\_n,
9.  load\_l,
10. enable\_l,
11. cnt\_in,
12. oe\_l,
13. 
14. count,
15. count\_tri
16. );
17. 
18. input clk;
19. input rst\_n;
20. 
21. input load\_l;
22. input enable\_l;
23. input \[3:0\] cnt\_in;
24. input oe\_l;
25. 
26. output \[3:0\] count;
27. output \[3:0\] count\_tri;
28. 
29. reg \[3:0\] count;
30. 
31. // tri-state buffers
32. assign count\_tri = (!oe\_l) ? count : 4'bZZZZ;
33. 
34. 
35. // synchronous 4 bit counter
36. 
37. always @ (posedge clk or negedge rst\_n)
38. if (!rst\_n) begin
39. count <= 4'd0;
40. end
41. else begin
42. if (!load\_l) begin
43. count <= cnt\_in;
44. end
45. else if (!enable\_l) begin
46. count <= count + 1;
47. end
48. end
49. 
50. endmodule //of count16

## 2) Test Bench ##

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  //-------------------------------------------------
2.  // File: tb.v
3.  // Purpose: Verilog Simulation Example
4.  // Test Bench
5.  //-----------------------------------------------------------
6.  \`timescale 1ns / 100ps
7.  module tb ();
8.  
9.  //---------------------------------------------------------
10. // inputs to the DUT are reg type
11. reg clk\_50;
12. reg rst\_n;
13. reg load\_l;
14. reg enable\_l;
15. 
16. reg \[3:0\] count\_in;
17. reg oe\_l;
18. 
19. //--------------------------------------------------------
20. // outputs from the DUT are wire type
21. wire \[3:0\] cnt\_out;
22. wire \[3:0\] count\_tri;
23. 
24. 
25. //----------------------------------------------------------
26. // create a 50Mhz clock
27. always \#10 clk\_50 = ~clk\_50; // every ten nanoseconds invert
28. 
29. 
30. //-----------------------------------------------------------
31. // initial blocks are sequential and start at time 0
32. initial
33. begin
34. $display($time, " << Starting the Simulation >>");
35. clk\_50 = 1'd0;
36. 
37. // at time 0
38. rst\_n = 0;
39. 
40. // reset is active
41. enable\_l = 1'd1;
42. 
43. // disabled
44. load\_l = 1'd1;
45. 
46. // disabled
47. count\_in = 4'h0;
48. oe\_l = 4'b0;
49. 
50. // enabled
51. \#20 rst\_n = 1'd1;
52. 
53. // at time 20 release reset
54. $display($time, " << Coming out of reset >>");
55. 
56. @(negedge clk\_50); // wait till the negedge of
57. // clk\_50 then continue
58. load\_count(4'hA);
59. 
60. // call the load\_count task
61. 
62. @(negedge clk\_50);
63. $display($time, " << Turning ON the count enable >>");
64. 
65. enable\_l = 1'b0;
66. // turn ON enable
67. // let the simulation run,
68. // the counter should roll
69. wait (cnt\_out == 4'b0001); // wait until the count
70. 
71. // equals 1 then continue
72. $display($time, " << count = %d - Turning OFF the count enable >>",cnt\_out);
73. enable\_l = 1'b1;
74. \#40;
75. 
76. // let the simulation run for 40ns
77. // the counter shouldn't count
78. $display($time, " << Turning OFF the OE >>");
79. oe\_l = 1'b1;
80. 
81. 
82. // disable OE, the outputs of
83. // count\_tri should go high Z.
84. \#20;
85. $display($time, " << Simulation Complete >>");
86. $stop;
87. 
88. // stop the simulation
89. end
90. 
91. 
92. //--------------------------------------------------------------
93. // This initial block runs concurrently with the other
94. // blocks in the design and starts at time 0
95. 
96. initial begin
97. // $monitor will print whenever a signal changes
98. // in the design
99. $monitor(
100. $time,
101. " clk\_50=%b, rst\_n=%b, enable\_l=%b, load\_l=%b, count\_in=%h, cnt\_out=%h, oe\_l=%b, count\_tri=%h",
102. clk\_50, rst\_n, enable\_l, load\_l, count\_in, cnt\_out, oe\_l, count\_tri
103. );
104. end
105. 
106. 
107. //--------------------------------------------------------------
108. // The load\_count task loads the counter with the value passed
109. task load\_count;
110. input \[3:0\] load\_value;
111. 
112. begin
113. @(negedge clk\_50);
114. $display($time, " << Loading the counter with %h >>", load\_value);
115. load\_l = 1'b0;
116. count\_in = load\_value;
117. 
118. @(negedge clk\_50);
119. load\_l = 1'b1;
120. end
121. endtask //of load\_count
122. 
123. 
124. 
125. //---------------------------------------------------------
126. // instantiate the Device Under Test (DUT)
127. // using named instantiation
128. count16 count16\_m0 (
129. .clk (clk\_50),
130. .rst\_n (rst\_n),
131. .load\_l (load\_l),
132. .cnt\_in (count\_in),
133. .enable\_l (enable\_l),
134. .oe\_l (oe\_l),
135. 
136. .count (cnt\_out),
137. .count\_tri (count\_tri)
138. );
139. 
140. 
141. 
142. //---------------------------------------------------------
143. // read and write data
144. reg \[7:0\] mem\[10:1\];//read data from file
145. 
146. initial $readmemh ("F:/IC/prj/testbench/prj0/data/mem.dat", mem ); // 将.dat 文件读入寄存器 mem 中
147. 
148. 
149. //设计中的信号值可以通过$fmonitor, $fdisplay,$fwrite
150. //其中$fmonitor 只要有变化就一直记录， $fdisplay 和$fwrite 需要触发条件才记录
151. 
152. integer file\_out; // out\_file 是一个文件描述，需要定义为 integer 类型
153. initial file\_out = $fopen("F:/IC/prj/testbench/prj0/data/wr\_mem.dat", "w");
154. 
155. // wr\_mem.dat 是需要打开的文件，也就是最终的输出文本
156. 
157. always @(posedge clk\_50)
158. if (/\*tb.count16\_m0.\*/enable\_l == 1'd0) begin
159. $fwrite (file\_out, "%h\\n", cnt\_out\[3:0\]);
160. // $fdisplay(file\_out, "%h", cnt\_out\[3:0\]);
161. end
162. 
163. 
164. endmodule //of cnt16\_tb

## 3) sim.do文件 ##

**\[plain\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  1.  \#Time: 2016-07-26
    2.  \#By : times\_poem
    3.  
    4.  quit -sim
    5.  
    6.  cd F:/IC/prj/testbench/prj0
    7.  
    8.  if \[file exists work\] \{
    9.  vdel -all
    10. \}
    11. 
    12. vlib work
    13. 
    14. vlog ./\*.v
    15. vlog ./src/\*.v
    16. 
    17. vsim -t ps -novopt work.tb
    18. 
    19. log -r /\*
    20. do wave.do
    21. 
    22. run -all
    23. 转载：[https://blog.csdn.net/times\_poem/article/details/52036592][https_blog.csdn.net_times_poem_article_details_52036592]

[view plain]: https://blog.csdn.net/times_poem/article/details/52036592#
[https_blog.csdn.net_times_poem_article_details_52036592]: https://blog.csdn.net/times_poem/article/details/52036592