如何编写testbench的总结
1．激励的设置
相应于被测试模块的输入激励设置为reg型，输出相应设置为wire类型，双向端口inout在测试中需要进行处理。
方法1：为双向端口设置中间变量inout_reg作为该inout的输出寄存，inout口在testbench中要定义为wire型变量，然后用输出使能控制传输方向。
eg：
inout [0:0] bi_dir_port;
wire [0:0] bi_dir_port;
reg [0:0] bi_dir_port_reg;
reg bi_dir_port_oe;
assign bi_dir_port=bi_dir_port_oe?bi_dir_port_reg:1'bz;
用bi_dir_port_oe控制端口数据方向，并利用中间变量寄存器改变其值。等于两个模块之间用inout双向口互连。往端口写（就是往模块里面输入)
方法2：使用force和release语句，这种方法不能准确反映双向端口的信号变化，但这种方法可以反映块内信号的变化。具体如示：
module test();
wire data_inout;
reg data_reg;
reg link;
#xx; //延时
force data_inout=1'bx; //强制作为输入端口
...............
#xx;
release data_inout; //释放输入端口
endmodule
从文本文件中读取和写入向量
1）读取文本文件：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 ( "mem.data", mem ) // 将.dat文件读入寄存器mem中
initial $readmemh ( "mem.data", mem, 128, 1 ) // 参数为寄存器加载数据的地址始终
2）输出文本文件：打开输出文件用?$fopen 例如：
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,
2. Verilog和Ncverilog命令使用库文件或库目录
ex). ncverilog -f run.f -v
lib/lib.v -y lib2 +libext+.v //一般编译文件在run.f中,
库文件在lib.v中,lib2目录中的.v文件系统自动搜索
使用库文件或库目录,只编译需要的模块而不必全部编译
3．Verilog Testbench信号记录的系统任务:
1). SHM数据库可以记录在设计仿真过程中信号的变化. 它只在probes有效的时间内记录你set probe
on的信号的变化.
ex). $shm_open("waves.shm");
//打开波形数据库
$shm_probe(top,
"AS"); // set probe on
"top",
第二个参数:
A -- signals of the specific scrope
S
-- Ports of the specified scope and below, excluding library
cells
C
-- Ports of the specified scope and below, including library
cells
AS
-- Signals of the specified scope and below, excluding library
cells
AC
-- Signals of the specified scope and below, including library
cells
还有一个
M ,表示当前scope的memories, 可以跟上面的结合使用, "AM" "AMS"
"AMC"
什么都不加表示当前scope的ports;
$shm_close
//关闭数据库
2). VCD数据库也可以记录在设计仿真过程中信号的变化.
它只记录你选择的信号的变化.
ex). $dumpfile("filename");
//打开数据库
$dumpvars(1,
top.u1); //scope = top.u1, depth =
1
第一个参数表示深度,
为0时记录所有深度;
第二个参数表示scope,省略时表当前的scope.
$dumpvars;
//depth = all scope =
all
$dumpvars(0);
//depth = all scope =
current
$dumpvars(1,
top.u1); //depth = 1 scope =
top.u1
$dumpoff
//暂停记录数据改变,信号变化不写入库文件中
$dumpon
//重新恢复记录
3). Debussy
fsdb数据库也可以记录信号的变化,它的优势是可以跟debussy结合,方便调试.
如果要在ncverilog仿真时,记录信号,
首先要设置debussy:
a. setenv LD_LIBRARY_PATH
:$LD_LIBRARY_PATH
(path for
debpli.so file
(/share/PLI/nc_xl//nc_loadpli1))
b. while
invoking ncverilog use the +ncloadpli1
option.
ncverilog -f
run.f +debug
+ncloadpli1=debpli:deb_PLIPtr
fsdb数据库文件的记录方法,是使用$fsdbDumpfile和$fsdbDumpvars系统函数,使用方法参见VCD
注意:
在用ncverilog的时候,为了正确地记录波形,要使用参数: "+access+rw", 否则没有读写权限
在记录信号或者波形时需要指出被记录信号的路径，如：tb.module.u1.clk.
………………………………………………………………………………………………………
关于信号记录的系统任务的说明：
在testbench中使用信号记录的系统任务，就可以将自己需要的部分的结果以及波形文件记录下来（可采用sigalscan工具查看），适用于对较大的系统进行仿真，速度快，优于全局仿真。使用简单，在testbench中添加：initial
begin
$shm_open("waves.shm");
$shm_probe("要记录信号的路径“，”AS“）；
＃10000
$shm_close; 即可。
4. ncverilog编译的顺序: ncverilog file1 file2
....
有时候这些文件存在依存关系,如在file2中要用到在file1中定义的变量,这时候就要注意其编译的顺序是
从后到前,就先编译file2然后才是file2.
5.
信号的强制赋值force
首先, force语句只能在过程语句中出现,即要在initial 或者 always 中间. 去除force
用 release 语句.
initial begin
force sig1 = 1'b1; ... ; release sig1;
end
force可以对wire赋值,这时整个net都被赋值; 也可以对reg赋值.
6．加载测试向量时，避免在时钟的上下沿变化
为了模拟真实器件的行为，加载测试向量时，避免在时钟的上下沿变化，而是在时钟的上升沿延时一个时间单位后，加载的测试向量发生变化。如：
assign #5 c=a^b
……
@(posedge clk) #(0.1*`cycle) A=1;
******************************************************************************
//testbench的波形输出
module top;
...
initial
begin
$dumpfile("./top.vcd");
//存储波形的文件名和路径,一般是.vcd格式.
$dumpvars(1,top);
//存储top这一层的所有信号数据
$dumpvars(2,top.u1);
//存储top.u1之下两层的所有数据信号(包含top.u1这一层)
$dumpvars(3,top.u2);
//存储top.u2之下三层的所有数据信号(包含top.u2这一层)
$dumpvars(0,top.u3);
//存储top.u3之下所有层的所有数据信号
end
endmodule
//产生随机数,seed是种子
$random(seed);
ex: din <= $random(20);
//仿真时间,为unsigned型的64位数据
$time
ex:
...
time condition_happen_time;
...
condition_happen_time = $time;
...
$monitor($time,"data utput = %d", dout);
...
//参数
parameter para1 = 10,
para2 = 20,
para3 = 30;
//显示任务
$display();
//监视任务
$monitor();
//延迟模型
specify
...
//describ pin-to-pin delay
endspecify
ex:
module nand_or(Y,A,B,C);
input A,B,C;
output Y;
AND2 #0.2 (N,A,B);
OR2 #0.1 (Y,C,N);
specify
(A*->Y) = 0.2;
(B*->Y) = 0.3;
(C*->Y) = 0.1;
endspecify
endmodule
//时间刻度
`timescale 单位时间/时间精确度
//文件I/O
1.打开文件
integer file_id;
file_id = fopen("file_path/file_name");
2.写入文件
//$fmonitor只要有变化就一直记录
$fmonitor(file_id, "%format_char", parameter);
eg:$fmonitor(file_id, "%m: %t in1=%d o1=%h", $time, in1, o1);
//$fwrite需要触发条件才记录
$fwrite(file_id, "%format_char", parameter);
//$fdisplay需要触发条件才记录
$fdisplay(file_id, "%format_char", parameter);
$fstrobe();
3.读取文件
integer file_id;
file_id = $fread("file_path/file_name", "r");
4.关闭文件
$fclose(fjile_id);
5.由文件设定存储器初值
$readmemh("file_name", memory_name"); //初始化数据为十六进制
$readmemb("file_name", memory_name"); //初始化数据为二进制
//仿真控制
$finish(parameter); //parameter = 0,1,2
$stop(parameter);
//读入SDF文件
$sdf_annotate("sdf_file_name", module_instance, "scale_factors");
//module_instance: sdf文件所对应的instance名.
//scale_factors:针对timming delay中的最小延时min,典型延迟typ,最大延时max调整延迟参数
//generate语句,在Verilog-2001中定义.用于表达重复性动作
//必须事先声明genvar类型变量作为generate循环的指标
eg:
genvar i;
generate for(i = 0; i < 4; i = i + 1)
begin
assign = din[i] = i % 2;
end
endgenerate
//资源共享
always @(A or B or C or D)
sum = sel ? (A+B):(C+D);
//上面例子使用两个加法器和一个MUX,面积大
//下面例子使用一个加法器和两个MUX,面积小
always @(A or B or C or D)
begin
tmp1 = sel ? A:C;
tmp2 = sel ? B:D;
end
always @(tmp1 or tmp2)
sum = tmp1 + tmp2;
******************************************************************************
模板：
module testbench; //定义一个没有输入输出的module
reg ……
//将DUT的输入定义为reg类型
……
wire……
//将DUT的输出定义为wire类型
……
//在这里例化DUT
initial
begin
……
//在这里添加激励(可以有多个这样的结构)
end
always……
//通常在这里定义时钟信号
initial
//在这里添加比较语句(可选)
end
initial
//在这里添加输出语句(在屏幕上显示仿真结果)
end
endmodule
一下介绍一些书写Testbench的技巧：
1.如果激励中有一些重复的项目，可以考虑将这些语句编写成一个task，这样会给书写和仿真带来很大方便。例如，一个存储器的testbench的激励可以包含write，read等task。
2.如果DUT中包含双向信号(inout)，在编写testbench时要注意。需要一个reg变量来表示其输入，还需要一个wire变量表示其输出。
3.如果initial块语句过于复杂，可以考虑将其分为互补相干的几个部分，用数个initial块来描述。在仿真时，这些initial块会并发运行。这样方便阅读和修改。
4.每个testbench都最好包含$stop语句，用以指明仿真何时结束。
最后提供一个简单的示例(转自Xilinx文档)：
DUT：
module shift_reg (clock, reset, load, sel, data, shiftreg);
input clock;
input reset;
input load;
input [1:0] sel;
input [4:0] data;
output [4:0] shiftreg;
reg [4:0] shiftreg;
always @ (posedge clock)
begin
if (reset)
shiftreg = 0;
else if (load)
shiftreg = data;
else
case (sel)
2’b00 : shiftreg = shiftreg;
2’b01 : shiftreg = shiftreg << 1;
2’b10 : shiftreg = shiftreg >> 1;
default : shiftreg = shiftreg;
endcase
end
endmodule
Testbench：
module testbench; // declare testbench name
reg clock;
reg load;
reg reset; // declaration of signals
wire [4:0] shiftreg;
reg [4:0] data;
reg [1:0] sel;
// instantiation of the shift_reg design below
shift_reg dut(.clock (clock),
.load
(load),
.reset
(reset),
.shiftreg
(shiftreg),
.data
(data),
.sel
(sel));
//this process block sets up the free running clock
initial begin
clock = 0;
forever #50 clock = ~clock;
end
initial begin// this process block specifies the stimulus.
reset = 1;
data = 5’b00000;
load = 0;
sel = 2’b00;
#200
reset = 0;
load = 1;
#200
data = 5’b00001;
#100
sel = 2’b01;
load = 0;
#200
sel = 2’b10;
#1000 $stop;
end
initial begin// this process block pipes the ASCII results to the
//terminal or text editor
$timeformat(-9,1,"ns",12);
$display(" Time Clk Rst Ld SftRg Data Sel");
$monitor("%t %b %b %b %b %b %b", $realtime,
clock,
reset, load, shiftreg, data, sel);
end
endmodule
如何编写testbench的总结
1．激励的设置
相应于被测试模块的输入激励设置为reg型，输出相应设置为wire类型，双向端口inout在测试中需要进行处理。
方法1：为双向端口设置中间变量inout_reg作为该inout的输出寄存，inout口在testbench中要定义为wire型变量，然后用输出使能控制传输方向。
eg：
inout [0:0] bi_dir_port;
wire [0:0] bi_dir_port;
reg [0:0] bi_dir_port_reg;
reg bi_dir_port_oe;
assign bi_dir_port=bi_dir_port_oe?bi_dir_port_reg:1'bz;
用bi_dir_port_oe控制端口数据方向，并利用中间变量寄存器改变其值。等于两个模块之间用inout双向口互连。往端口写（就是往模块里面输入)
方法2：使用force和release语句，这种方法不能准确反映双向端口的信号变化，但这种方法可以反映块内信号的变化。具体如示：
module test();
wire data_inout;
reg data_reg;
reg link;
#xx; //延时
force data_inout=1'bx; //强制作为输入端口
...............
#xx;
release data_inout; //释放输入端口
endmodule
从文本文件中读取和写入向量
1）读取文本文件：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 ( "mem.data", mem ) // 将.dat文件读入寄存器mem中
initial $readmemh ( "mem.data", mem, 128, 1 ) // 参数为寄存器加载数据的地址始终
2）输出文本文件：打开输出文件用?$fopen 例如：
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,
2. Verilog和Ncverilog命令使用库文件或库目录
ex). ncverilog -f run.f -v
lib/lib.v -y lib2 +libext+.v //一般编译文件在run.f中,
库文件在lib.v中,lib2目录中的.v文件系统自动搜索
使用库文件或库目录,只编译需要的模块而不必全部编译
3．Verilog Testbench信号记录的系统任务:
1). SHM数据库可以记录在设计仿真过程中信号的变化. 它只在probes有效的时间内记录你set probe
on的信号的变化.
ex). $shm_open("waves.shm");
//打开波形数据库
$shm_probe(top,
"AS"); // set probe on
"top",
第二个参数:
A -- signals of the specific scrope
S
-- Ports of the specified scope and below, excluding library
cells
C
-- Ports of the specified scope and below, including library
cells
AS
-- Signals of the specified scope and below, excluding library
cells
AC
-- Signals of the specified scope and below, including library
cells
还有一个
M ,表示当前scope的memories, 可以跟上面的结合使用, "AM" "AMS"
"AMC"
什么都不加表示当前scope的ports;
$shm_close
//关闭数据库
2). VCD数据库也可以记录在设计仿真过程中信号的变化.
它只记录你选择的信号的变化.
ex). $dumpfile("filename");
//打开数据库
$dumpvars(1,
top.u1); //scope = top.u1, depth =
1
第一个参数表示深度,
为0时记录所有深度;
第二个参数表示scope,省略时表当前的scope.
$dumpvars;
//depth = all scope =
all
$dumpvars(0);
//depth = all scope =
current
$dumpvars(1,
top.u1); //depth = 1 scope =
top.u1
$dumpoff
//暂停记录数据改变,信号变化不写入库文件中
$dumpon
//重新恢复记录
3). Debussy
fsdb数据库也可以记录信号的变化,它的优势是可以跟debussy结合,方便调试.
如果要在ncverilog仿真时,记录信号,
首先要设置debussy:
a. setenv LD_LIBRARY_PATH
:$LD_LIBRARY_PATH
(path for
debpli.so file
(/share/PLI/nc_xl//nc_loadpli1))
b. while
invoking ncverilog use the +ncloadpli1
option.
ncverilog -f
run.f +debug
+ncloadpli1=debpli:deb_PLIPtr
fsdb数据库文件的记录方法,是使用$fsdbDumpfile和$fsdbDumpvars系统函数,使用方法参见VCD
注意:
在用ncverilog的时候,为了正确地记录波形,要使用参数: "+access+rw", 否则没有读写权限
在记录信号或者波形时需要指出被记录信号的路径，如：tb.module.u1.clk.
………………………………………………………………………………………………………
关于信号记录的系统任务的说明：
在testbench中使用信号记录的系统任务，就可以将自己需要的部分的结果以及波形文件记录下来（可采用sigalscan工具查看），适用于对较大的系统进行仿真，速度快，优于全局仿真。使用简单，在testbench中添加：initial
begin
$shm_open("waves.shm");
$shm_probe("要记录信号的路径“，”AS“）；
＃10000
$shm_close; 即可。
4. ncverilog编译的顺序: ncverilog file1 file2
....
有时候这些文件存在依存关系,如在file2中要用到在file1中定义的变量,这时候就要注意其编译的顺序是
从后到前,就先编译file2然后才是file2.
5.
信号的强制赋值force
首先, force语句只能在过程语句中出现,即要在initial 或者 always 中间. 去除force
用 release 语句.
initial begin
force sig1 = 1'b1; ... ; release sig1;
end
force可以对wire赋值,这时整个net都被赋值; 也可以对reg赋值.
6．加载测试向量时，避免在时钟的上下沿变化
为了模拟真实器件的行为，加载测试向量时，避免在时钟的上下沿变化，而是在时钟的上升沿延时一个时间单位后，加载的测试向量发生变化。如：
assign #5 c=a^b
……
@(posedge clk) #(0.1*`cycle) A=1;
******************************************************************************
//testbench的波形输出
module top;
...
initial
begin
$dumpfile("./top.vcd");
//存储波形的文件名和路径,一般是.vcd格式.
$dumpvars(1,top);
//存储top这一层的所有信号数据
$dumpvars(2,top.u1);
//存储top.u1之下两层的所有数据信号(包含top.u1这一层)
$dumpvars(3,top.u2);
//存储top.u2之下三层的所有数据信号(包含top.u2这一层)
$dumpvars(0,top.u3);
//存储top.u3之下所有层的所有数据信号
end
endmodule
//产生随机数,seed是种子
$random(seed);
ex: din <= $random(20);
//仿真时间,为unsigned型的64位数据
$time
ex:
...
time condition_happen_time;
...
condition_happen_time = $time;
...
$monitor($time,"data utput = %d", dout);
...
//参数
parameter para1 = 10,
para2 = 20,
para3 = 30;
//显示任务
$display();
//监视任务
$monitor();
//延迟模型
specify
...
//describ pin-to-pin delay
endspecify
ex:
module nand_or(Y,A,B,C);
input A,B,C;
output Y;
AND2 #0.2 (N,A,B);
OR2 #0.1 (Y,C,N);
specify
(A*->Y) = 0.2;
(B*->Y) = 0.3;
(C*->Y) = 0.1;
endspecify
endmodule
//时间刻度
`timescale 单位时间/时间精确度
//文件I/O
1.打开文件
integer file_id;
file_id = fopen("file_path/file_name");
2.写入文件
//$fmonitor只要有变化就一直记录
$fmonitor(file_id, "%format_char", parameter);
eg:$fmonitor(file_id, "%m: %t in1=%d o1=%h", $time, in1, o1);
//$fwrite需要触发条件才记录
$fwrite(file_id, "%format_char", parameter);
//$fdisplay需要触发条件才记录
$fdisplay(file_id, "%format_char", parameter);
$fstrobe();
3.读取文件
integer file_id;
file_id = $fread("file_path/file_name", "r");
4.关闭文件
$fclose(fjile_id);
5.由文件设定存储器初值
$readmemh("file_name", memory_name"); //初始化数据为十六进制
$readmemb("file_name", memory_name"); //初始化数据为二进制
//仿真控制
$finish(parameter); //parameter = 0,1,2
$stop(parameter);
//读入SDF文件
$sdf_annotate("sdf_file_name", module_instance, "scale_factors");
//module_instance: sdf文件所对应的instance名.
//scale_factors:针对timming delay中的最小延时min,典型延迟typ,最大延时max调整延迟参数
//generate语句,在Verilog-2001中定义.用于表达重复性动作
//必须事先声明genvar类型变量作为generate循环的指标
eg:
genvar i;
generate for(i = 0; i < 4; i = i + 1)
begin
assign = din[i] = i % 2;
end
endgenerate
//资源共享
always @(A or B or C or D)
sum = sel ? (A+B):(C+D);
//上面例子使用两个加法器和一个MUX,面积大
//下面例子使用一个加法器和两个MUX,面积小
always @(A or B or C or D)
begin
tmp1 = sel ? A:C;
tmp2 = sel ? B:D;
end
always @(tmp1 or tmp2)
sum = tmp1 + tmp2;
******************************************************************************
模板：
module testbench; //定义一个没有输入输出的module
reg ……
//将DUT的输入定义为reg类型
……
wire……
//将DUT的输出定义为wire类型
……
//在这里例化DUT
initial
begin
……
//在这里添加激励(可以有多个这样的结构)
end
always……
//通常在这里定义时钟信号
initial
//在这里添加比较语句(可选)
end
initial
//在这里添加输出语句(在屏幕上显示仿真结果)
end
endmodule
一下介绍一些书写Testbench的技巧：
1.如果激励中有一些重复的项目，可以考虑将这些语句编写成一个task，这样会给书写和仿真带来很大方便。例如，一个存储器的testbench的激励可以包含write，read等task。
2.如果DUT中包含双向信号(inout)，在编写testbench时要注意。需要一个reg变量来表示其输入，还需要一个wire变量表示其输出。
3.如果initial块语句过于复杂，可以考虑将其分为互补相干的几个部分，用数个initial块来描述。在仿真时，这些initial块会并发运行。这样方便阅读和修改。
4.每个testbench都最好包含$stop语句，用以指明仿真何时结束。
最后提供一个简单的示例(转自Xilinx文档)：
DUT：
module shift_reg (clock, reset, load, sel, data, shiftreg);
input clock;
input reset;
input load;
input [1:0] sel;
input [4:0] data;
output [4:0] shiftreg;
reg [4:0] shiftreg;
always @ (posedge clock)
begin
if (reset)
shiftreg = 0;
else if (load)
shiftreg = data;
else
case (sel)
2’b00 : shiftreg = shiftreg;
2’b01 : shiftreg = shiftreg << 1;
2’b10 : shiftreg = shiftreg >> 1;
default : shiftreg = shiftreg;
endcase
end
endmodule
Testbench：
module testbench; // declare testbench name
reg clock;
reg load;
reg reset; // declaration of signals
wire [4:0] shiftreg;
reg [4:0] data;
reg [1:0] sel;
// instantiation of the shift_reg design below
shift_reg dut(.clock (clock),
.load
(load),
.reset
(reset),
.shiftreg
(shiftreg),
.data
(data),
.sel
(sel));
//this process block sets up the free running clock
initial begin
clock = 0;
forever #50 clock = ~clock;
end
initial begin// this process block specifies the stimulus.
reset = 1;
data = 5’b00000;
load = 0;
sel = 2’b00;
#200
reset = 0;
load = 1;
#200
data = 5’b00001;
#100
sel = 2’b01;
load = 0;
#200
sel = 2’b10;
#1000 $stop;
end
initial begin// this process block pipes the ASCII results to the
//terminal or text editor
$timeformat(-9,1,"ns",12);
$display(" Time Clk Rst Ld SftRg Data Sel");
$monitor("%t %b %b %b %b %b %b", $realtime,
clock,
reset, load, shiftreg, data, sel);
end
endmodule
