如何编写testbench的总结（非常实用的总结）

 

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 output = %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