目录
1. 完整Testbench的模块结构
2.时钟激励产生
3.复位信号设计
4.双向信号设计
5. 特殊信号设计
6.仿真控制语句以及系统任务描述
7.加法器的仿真测试文件编写
Verilog功能模块HDL设计完成后，并不代表设计工作的结束，还需要对设计进行进一步的仿真验证。掌握验证的方法，即如何调试自己的程序非常重要。在RTL逻辑设计中，要学会根据硬件逻辑来写测试程序即写Testbench。Verilog测试平台是一个例化的待测（MUT）模块，重要的是给它施加激励并观测其输出。逻辑块与其对应的测试平台共同组成仿真模型，应用这个模型就可以测试该模块能否符合自己的设计要求。
编写Testbench的目的就是为了测试使用HDL设计的电路，对其进行仿真验证、测试设计电路的功能、性能与设计的 预期是否相符。通常，编写测试文件的过程如下：
- 产生模拟激励（波形）
- 将产生的激励加入到被测试模块中并观察其响应；
- 将输出响应与期望值比较。
1. 完整Testbench的模块结构
module Test_bench()//一般简单的测试文件无输入输出
信号或变量声明定义
逻辑设计中输入信号在这里对应reg型变量
逻辑设计中的输出信号在这里对应wire型
使用initial或always语句块产生激励
例化猜测是模块UT
监控和比较输出响应
endmodule2.时钟激励产生
下面列举一些常用的生成时钟激励的方法：
方法一： forever
//*========================================================
50%占空比时钟
==========================================================*//
parameter ClockPeriod = 10 ;
initial
beign
clk_i = 0;
forever
# （ClockPeriod/2） clk_i = ~clk_i ;
end方法2： always块
//=========================================================
50%时钟占空比
==============================================================*/
Parameter ClockPeriod = 10 ;
initial
begin
clk_i =0 ;
always #(ClockPeriod/2) clk_i =~clk_i ;
end方法3：产生固定数量的时钟脉冲
parameter CloclPeriod = 10 ;
initial
begin
clk_i = 0 ;
repeat(6)
#(ClockPeriod/2) clk_i =~ clk_i;
end方法4：产生占空比非 50%的时钟
parameter ClockPeriod = 10 ；
initial
begin
clk_i = 0 ;
forever
begin
#((ClockPeriod/2)-2) clk_i = 0 ;
#((ClockPeriod/2)+2) clk_i = 1;
end
end3.复位信号设计
方法1：异步复位
initial
begin
rst_n_i = 1 ;
#100 ;
rst_n_i = 0 ;
#100 ;
rst_n_i = 1;
end方法2：同步复位
initial
begin
rst_n_i = 1;
@(negedge clk_i)
rst_n_i = 0;
#100 ; //这里给的是固定时间复位
repeat(10) @(negedge clk_i) ; //这里可以设置 固定数量的时钟周期
@（negedge clk_i）
rst_n_i = 1;
end方法3：对复位进行任务封装
task reset ;
input[31:0] reset_timer ; //将复位的时间作为输入，达到复位时间可调的目的
RST_ING = 0 ;//复位的方式可调，低电平有效或高电平有效
begin
rst_n = RST_ING ; //复位中
#reset_time //设置的复位时间
rst_n_i = ~ RST_ING ;
end
endtask4.双向信号设计
双向信号的描述方式并不唯一，常用的方法如下：
描述方式1： inout在testbench中定义为wire型变量
//为双向端口设置中间变量inout_reg作为intou的输出寄存，其中inout变量定义为wire型，使用输出使能控制
//传输的方向
//inout bir_port;
wire birport ; //将双向接口变量定义为wire型
reg bir_port_reg ; //定义一个reg型的中间变量，作为双向口的输出寄存
reg bi_port_oe ; //定义输出使能，用于控制传输的方向
assign birport = (bir_port_oe)?bir_port_reg:1'bz;描述方式2：强制force
当双向端口作为输出端口时，不需要对其进行初始化，而只需开通三态门；当双向接口作为输入时，只需要对其初始化，并关闭三态门，初始化赋值需要使用wire数据，通过force命令来对双向端口进行输入赋值
//assign dinout = (!en)din: 16'hz ; 完成双向赋值
initial
begin
for dinout = 20 ;
#200
force dinout = dinout -1 ;
end5. 特殊信号设计
1.输入信号任务的封装
方便产生激励数据。
task i_data ;
input[7:0] dut_data;
begin
@(posedge data_en) ;send_data = 0;
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[0];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[1];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[2];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[3];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[4];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[5];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[6];
@(posedge data_en) ;send_data = dut_data[7];
@(posedge data_en) ;send_data = 1;
#100 ;
end
endtask
//调用该task的方法： i_data(8'hXX) ;2.多输入信号任务封装
task more_input;
input [7:0] a;
input [7:0] b;
input [31:0] times ;
output[8:0] c;
begin
repeat(times) //等待times个时钟上升沿
@(posedge clk_i)
c= a+b ;//时钟上升沿， a和b相加
end
endtask
//调用方法： more_input(x,y,t,z);3.输入信号产生，一次SRAM写信号产生
initial
begin
cs_n = 1 ; //片选无效
wr_n = 1 ; //写使能无效
rd_n =1 ; //读使能无效
addr = 8'hxx; //地址无效
data = 8'hxx; //数据无效
#100 ；
cs_n = 0 ;
wr_n = 0 ;
addr = 8'hF1 ;
data = 8'h2C ;
#100 ;
cs_n = 1;
wr_n = 1 ;
#10 ;
addr = 8'hxx;
data = 8'hxx;
endTestbench中的 @ 和 wait
//wait都是使用电平触发
intial
begin
start = 1'b1 ;
wait(en = 1'b1) ;
#10;
start = 1'b0 ;
end6.仿真控制语句以及系统任务描述
仿真控制语句以及系统能够任务描述：
$stop //停止运行仿真，modelsim中可以继续仿真
$stop(n) //带参数系统任务，根据参数0，1，或2不同，输出仿真信息
$finish //结束运行仿真，不可继续仿真
$finish(n) //带参数系统任务，根据参数的不同：0，1或2，输出仿真信息
// 0： 不输出任何信息
// 1： 输出当前仿真时刻和位置
// 2：输出房前仿真时刻、位置和仿真过程中用到的memory以及cpu时间的统计
$random //产生随机数
$random%n //产生范围-n到n之间的随机数
{$random}%n //产生范围0到n之间的随机数仿真终端显示描述
$monitor //仿真打印输出，打印出仿真过程中的变量，使其终端显示
/* $monitor($time,,,"clk = %d reset = %d out = %d",clk,reset,out); */
$display //终端打印字符串，显示仿真结果等
/* $display("Simulation start !");
$display("At time %t,input is %b %b %b,output is %b",$time,a,b,en,z);
*/
$time //返回64位整型时间
$stime //返回32位整型时间
$realtiime //实行实型模拟时间文本输入方式：$readmemb /$readmemh
//激励具有复杂的数据结构
//verilog提供了读入文本的系统函数
$readmemb/$readmemh("<数据文件名>",<存储器名>);
$readmemb/$readmemh("<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>);
$readmemb/$readmemh("<数据文件名>",<存储器名>,<起始地址>,<结束地址>);
$readmemb:
/*读取二进制数据，读取文件内容只能包含：空白位置，注释行，二进制数
数据中不能包含位宽说明和格式说明，每个数字必须是二进制数字。*/
$readmemh: /*读取十六进制数据，读取文件内容只能包含：空白位置，注释行，十六进制数数据中不能包含位宽说明和格式说明，每个数字必须是十六进制数字。*/
/*当地址出现在数据文件中，格式为@hh...h,地址与数字之间不允许空白位置， 可出现多个地址*module ;
reg [7:0] memory[0:3];//声明8个8位存储单元
integer i;
initial
begin
$readmemh("mem.dat",memory);//读取系统文件到存储器中的给定地址 //显示此时存储器内容
for(i=0;i<4;i=i+1)
$display("Memory[%d]=%h",i,memory[i]);
end
endmodulemem.dat的文件内容格式：
//mem.dat文件内容
@001
AB CD
@003
A1
//仿真输出为
// Memory[0] = xx;
// Memory[1] = AB;
//Memory[2] = CD;
//Memory[3] = A1;7.加法器的仿真测试文件编写
上面只例举了常用的 testbench 写法，在工程应用中基本能够满足我们需求，至于其他更为复杂的 testbench写法，大家可参考其他书籍或资料。
这里提出以下几点建议供大家参考：
- 封装有用且常用的 testbench，testbench 中可以使用 task 或 function 对代码进行封 装，下次利用时灵活调用即可；
- 如果待测试文件中存在双向信号(inout)需要注意，需要一个 reg 变量来表示输入，一个 wire 变量表示输出；
- 单个 initial 语句不要太复杂，可分开写成多个 initial 语句，便于阅读和修改；
- Testbench 说到底是依赖 PC 软件平台，必须与自身设计的硬件功能相搭配。
下面具体看一段程序：
module add(a,b,c,d,e);// 模块接口
input [5:0] a; // 输入信号a
input [5:0] b; // 输入信号b
input [5:0] c; // 输入信号a
input [5:0] d; // 输入信号b
output[7:0] e; // 求和输出信号
wire [6:0]outa1,outa2; // 定义输出网线型
assign e = outa2+outa1; // 把两部分输出结果合并
/*
通常，我们模块的调用写法如下：
被调用的模块名字- 自定义的名字- 括号内信号
这里比如括号内的信号，.ina(ina1)
这种写法最常用，信号的顺序可以调换
另外还有一种写法没可以直接这样写
adder u1 (ina1,inb1,outa1);
这种写法必须确保信号的顺序一致，这种写法几乎没有人采用 */
adder u1 (.ina(a),.inb(b),.outa(outa1)); // 调用adder 模块，自定义名字为u1
adder u2 (.ina(c),.inb(d),.outa(outa2)); // 调用adder 模块，自定义名字为u2
endmodule//adder 子模块
module adder(ina,inb,outa );// 模块接口
input [5:0] ina; // ina-输入信号
input [5:0] inb; // inb-输入信号
output [6:0] outa; // outa-输入信号
assign outa = ina + inb; // 求和
endmodule // 模块结束仿真文件：
`timescale 1ns / 1ps
module add_tb();
reg [5:0] a;
reg [5:0] b;
reg [5:0] c;
reg [5:0] d;
wire[7:0] e;
reg [5:0] i; //中间变量
// 调用被仿真模块模块
add uut (
.a(a),
.b(b),
.c(c),
.d(d),
.e(e));
initial
begin // initial 是仿真用的初始化关键词
a=0 ; // 必须初始化输入信号
b=0 ;
c=0 ;
d=0
for(i=1;i<31;i=i+1)
begin
#10 ; a = i; b = i; c = i; d = i;
end
end
initial
begin
$monitor($time,,,"%d + %d + %d + %d ={%d}",a,b,c,d,e); // 信号打印输出
#500
$finish;
end
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