ISE-testbench实例

本文介绍在ISE开发环境下，由两个16bit加法器构成的、可以完成4个16bit输入的18bit输出加法器。

IP核

IP Core就是预先设计好、经过严格测试和优化过的电路功能模块，如乘法器、FIR滤波器、PCI接口等，并且一般采用参数可配置的结构，方便用户根据实际情况来调用这些模块。随着FPGA规模的增加，使用IP core完成设计成为发展趋势。

IP Core生成器（Core Generator）是Xilinx FPGA设计中的一个重要设计工具，提供了大量成熟的、高效的IP Core为用户所用，涵盖了汽车工业、基本单元、通信和网络、数字信号处理、FPGA特点和设计、数学函数、记忆和存储单元、标准总线接口等8大类。

IP核生成器的使用

在这里，我们使用ISE提供的IP Core生成器创建3个加法器IP Core。包含2个16bit 2输入加法器与1个17bit 2输入加法器。

点击工程器件，右键新建源文件。选择IP Core，填写基本信息后，在IP Core目录中选择Math Function->Adders Subtracter

填写基本的IP Core属性。16bit输入的加法器，输出时17bit；同理17bit输入、输出时18bit。

IP Core在综合时被认为是黑盒子，综合器不对IP Core做任何编译。IP Core的仿真主要是运用Core Generator的仿真模型来完成的，会自动生成扩展名为.v的源代码文件。设计人员只需要从该源文件中查看其端口声明，将其作为一个普通的子程序进行调用即可。

逻辑生成

`timescale 1ns / 1ps
module add(
    input clk,
    input [15:0] a1,
    input [15:0] a2,
    input [15:0] b1,
    input [15:0] b2,
    output [17:0] c
    );
wire [16:0] ab1,ab2;

adder adder16_1(
    .a(a1),
    .b(a2),
    .s(ab1),
    .clk(clk));

adder adder16_2(
    .a(b1),
    .b(b2),
    .s(ab2),
    .clk(clk));

adder17 adder7(
    .a(ab1),
    .b(ab2),
    .s(c),
    .clk(clk));
endmodule

这里定义了两个wire类型变量存储16bit输入的加法器输出结果，同时作为17bit加法器的输入。

上图是RTL级结构。

TestBench文件编写

`timescale 1ns / 1ps
module ttt;

    // Inputs
    reg clk;
    reg [15:0] a1;
    reg [15:0] a2;
    reg [15:0] b1;
    reg [15:0] b2;

    // Outputs
    wire [17:0] c;

    // Instantiate the Unit Under Test (UUT)
    add uut (
        .clk(clk), 
        .a1(a1), 
        .a2(a2), 
        .b1(b1), 
        .b2(b2), 
        .c(c)
    );

    initial begin
        // Initialize Inputs
        clk = 0;
        a1 = 0;
        a2 = 0;
        b1 = 0;
        b2 = 0;

        // Wait 100 ns for global reset to finish
        #100;

        // Add stimulus here
        forever begin
            #5;
            clk=~clk;
            if(clk==1)begin
                a1=a1+1;
                a2=a2+1;
                b1=b1+1;
                b2=b2+1;
            end
        end
    end
endmodule

上面设置的激励规定了输入初始值全为0，同时每隔10ns，4个模块15bit变量输入值加1。在仿真中可以看到仿真结果，由于每一级都会产生一个时钟周期的延迟，最终会有2个时钟周期的延迟。

Tips

要注意的是，在IP Core创建的时候，一定要确保所有输入端口都有用到。我刚开始生成的时候，多选择了C_in输入，导致在综合是由Warn提醒，同时在测试时，输出仿真失败，显示红色警告。18bit的输出结果最低2bit一直是xx.这里一定要注意。对于FPGA仿真而言，每一个值都应该有初始值设置。