testbench的编写与应用

• 1.概念

Testbench是一种用任意语言编写的程序或模块，用于在模拟过程中执行和验证硬件模型的功能正确性。Verilog主要用于硬件建模，该语言包含各种资源，用于格式化、读取、存储、动态分配，比较和写入模拟数据，包括输入激励和输出结果。

• 2.组成组件

①.时间表声明：指定所有延迟的时间单位。（这个怎么理解）`timescale<时间单位>/<时间精度>

②.Module:定义了测试文件的top模块，测试文件的top模块通常没有输入输出端口，测试是直接监控寄存器和线网这些内部信号的活动Module tb();

③.内部信号：它将驱动激励信号进入UUT并监控UUT的响应，起信号驱动和监控的作用。需要输入的信号定义为reg类型，需要输出的信号定义为wire类型。

④.UUT实例化

⑤.激励生成：编写语句以创建激励和程序块，包括时钟信号、复位信号和数据激励。

⑥.响应监控和比较：自我测试语句，能报告数值、错误和警告

• 2.1. Testbench的延迟建模

Verilog支持两种类型的延迟建模：惯性和传输。惯性延迟是门（gate）或电路由于其物理特性而可能经历的延迟，可以是ps或ns.用于确定输入是否对门或电路有影响。如果输入至少在初始延迟时没有保持变化，则忽略输入变化。例如，5ns的惯性延迟意味着无论何时输入发生变化，它都应该保持至少5ns的变化，以使其被视为已更改，否则将忽略该变化（被视为噪声尖峰）。传输延迟是传输电路导线的信号的飞行时间。

wire #2 a_long_wire;//运输延迟两单元时间

xor #1 M1(sum,a,b);//惯性延迟1单元时间      

• 2.2. Testbench中的初始语句

初始语句在testbench中用于生成激励和控制仿真执行。

initial begin
    #100 $finish;
end

initial begin
    #10 a=0;b=0;
    
    #10 b=1;
    #10 a=1;
    #10 b=0;
end

 下面是生成称为时钟的周期信号的初始语句用法的另一个示例。它将产生50%占空比的时钟信号，周期为20个单位。

reg clock;
parameter half_cycle = 10;
initial begin
        clock = 0;
    forever begin
            #half_cycle_clock = 1;
        #half_cycle_clock = 0;
    end
end

• 3.使用Testbench的一个例子

 

`timescale 1ns/1ps
module tutorial_tb();
    reg[7:0] switches;
    wire[7:0] leds;
    reg[7:0] e_leds;
    
    integer i;
    
    tutorial tutl(
        .led(leds),
        .swt(switches)
    );
    function [7:0] expected_led;
        input [7:0] swt;
    begin
        expected_led[0] = ~swt[0];
        expected_led[1] = swt[1] & ~swt[2];
        expected_led[3] = swt[2] & swt[3];
        expected_led[2] = expected_led[1] | expected_led[3];
        expected_led[7:4] = swt[7:4];
    end
    endfunction
    
    initial
    begin
        for(i=0;i<255;i=i+2)
        begin
            #50 switches = i;
            #10 e_led = expected_led(switches);
            if(leds == e_led)
                $display("LED output matched at ",$time);
            else
                $display("LED output mis-matched at ",$time,": ecpected: %b, actual: %b",e_led, leds);
        end
    end
endmodule