【原创】Verilog TestBench Coding Style【Verilog】
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Abtract
关于编写testbench的一些经验总结心得。
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Introduction
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1.基本的Testbench结构
1）常用的编码结构
`timescale 1 ns / 1 ps // 时间精度和刻度
module 模块名称；
DUT输入信号定义； // DUT输入信号一般定义为reg类型
DUT输出信号定义； // DUT输出信号一般定义为wire类型
...
DUT // 待测module
...
initial begin
// 定义相关信号初始值或者定义时钟复位等控制信号
// 监测、添加约束等
end
...
always // 处理相关需要变化的值
...
endmodule
2）常用结构图示
下节针对Testbench的基本结构的细节进行解析说明。
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2.DUT输入输出端口
1）输入端口
DUT的输入端口（input）一般定义为reg类型。
2）输出端口
DUT的输出端口（output）一般定义为wire类型。
3）双向端口
DUT的端口中如果存在双向端口（inout），则一般定义为wire类型。
注意：面对inout类型的处理，通常可以采用以下方法：
a.通过中间变量作为inout类型端口的输出寄存；
e.g. inout bi_port;
wire bi_port;
reg bi_port_reg; // inout类型的中间变量为reg
reg bi_port_en;
assign bi_port = bi_port_en ? bi_port_reg : 1'bz;
b.使用force和release语句
e.g. force bi_port = 1'b1; // 强制作为输入端口
release bi_port; // 释放端口
4）模块之间连接
如果Testbench中存在多个模块，且多个模块之间存在互连，则相互之间的连线定义为wire类型。
关于Testbench中各种类型的定义如下如所示：
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3.initial定义使用方法
1）在initial语句中定义时钟
initial begin
...
clk = 1'b0;
forever #（clk_halfp） clk = ~clk; // 其中clk_halfp为半周期
end
2）在initial语句中定义复位
initial begin
...
reset = 1'b0; // 如果是低电平复位
#(reset_time); // 复位时间
reset = 1'b1; // 复位撤销
...
end
3）在initial语句中定义相关数据信号
initial begin
...
dat = 2'b00; // 数据值1
#(gap_time); // 数据间隔
dat = 2'b01; // 数据值2
#(gap_time); // 数据间隔
dat = 2'b11; // 数据值3
...
#(gap_time); // 数据间隔
dat = 2'b10; // 数据值4
...
end
4）在initial语句中加入关键字
initial begin
...
$sdf_annotat("abc.sdf",top); // 指定sdf文档路径和反标层次
...
$finish; // 程序结束
...
// 其他系统函数
...
$fsdbDumpfile("top.fsdb"); // 生成Novas调用的波形文档
$fsdbDumpvars(0, tb);
...
end
5）在initial语句中定义#0延时信号
6）initial语句的几个特性
u initial语句在0时刻启动
u initial语句只能执行一次
u 当Testbench中有多个initial语句，则所有的initial语句同时并行执行
7）initial语句中被赋值的变量通常为reg类型
8）常用系统函数可作为监控等，详见下文第7节。
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4.always定义使用方法
1）产生时钟
always
begin
...
# （clk_halfp） clk = ~clk // clk_halfp为系统半时钟
...
end
2）产生数据
always @（敏感信号列表或者时钟）
begin
...
dat <= temp； // 其中temp可以为DUT的反馈信号，用以产生dat作为DUT输
// 入信号
...
end
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5.DUT监测方法
1）调用系统函数对DUT运行状况进行实时监测（$dispaly()、$strobe()、$monitor() 、$fwrite()等）
...
initial begin
fp = $fopen("log.txt","w"); // 打开存储数据的文件
...
$monitor("%0dns :\$monitor: a=%b b=%b" , $stime, a, b); // 实时监控a，b
$display("%0dns :\$display: a=%b b=%b" , $stime, a, b); // 显示a，b
$strobe ("%0dns :\$strobe : a=%b b=%b\n" , $stime, a, b); // 下时阶显示当前a，b
$fwrite(fp, "%0dns :\$fwrite : a=%b b=%b\n", $stime, a, b); // 按引号中格式输出a，
// b的变化
...
$fclose(fp); // 关闭存储数据的文件
end
...
关于系统函数的详细使用方法可以参阅相关Verilog书籍。
2）通过功能相似的IP核进行验证
通过SOURCE输入的激励信号同时发送给IP核（该IP功能与DUT功能相同），经过相应处理之后，将DUT与IP核的输出数据进行比较（CHECK），同时在CHECK中可以对相关的比较进行记录（可以调用系统函数，将结果输出到指定文档等）
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6.编写Testbench常用技巧
1）CGU：时钟产生电路
将时钟电路作为专门的电路单元或者task进行编写，同时参数化其中的周期参数等，在Testbench中进行例化与DUT进行连接，减少Testbench中的代码量，同时使Testbench中的代码更加简洁、模块化、参数化。
2）RGU：复位产生电路
RGU模块的作用类似于CGU。
3）CHECK：结果比较电路
基于Testbench简洁清晰化、模块化、参数化，可以讲CHECK专门作为一个模块，对测试验证的结果进行相应的处理加工。
4）PARAMETER：参数化设计
在对模块调用时，只需要在Testbench中例化模块式，填写相应的参数即可对模块进行中的相应参数进行修改，修改方便简洁。
e.g. ...
parameter clk_halfp = 50； // 定义时钟半周期
...
CGU u_cgu #（.clk_halfp(clk_halfp)） // 配置CGU中参数clk_halfp，生成时钟
（
...
.clk(clk_sys) // 输出时钟信号
...
）
可见，通过参数化处理，不仅可以配置时钟周期，还可以确定数据位宽等，当然在设计中同样可以使用include "abc_cfg.v"文件，对整个系统设计中的所有参数进行统一管理和定义。
5）IP REUSE：IP复用
随着IP设计的愈加成熟，复用已经成熟的IP进行设计和验证可以大大缩短设计和验证的周期，加快产品的开发，因此，建议在Testbench中可以复用已经成熟的IP进行设计和验证。
6）在initial语句中最好，定义$stop，用以指明仿真何时结束。
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7.常用系统函数使用举例
1）添加SDF文件
添加SDF文件不仅可以通过一些仿真工具进行增加，同时还可以使用$sdf_annotate函数进行指定。
e.g. $sdf_annotate("sdf_file_name",module_instance,"scale_factors");
其中module_instance：使用sdf文件所对应的instance name；
scale_factors：针对timming delay中的最小延迟（min）、典型延迟（typ）、最大延时（max）
2）生成VCD文件，VCD文件可以记录仿真过程中信号的变化，只记录在函数中指定的层次中相关的信号。
e.g. $dumpfile("filename"); // open database
$dumpvars(1，TB.u1)； // 只记录u1中的数据，记录深度仅为1层
注意：其中第一个参数表示深度，为0表示记录所有层次深度中的信号的变化；第二个参数表示scope，即表示要观测的模块的例化名，当省略时表示当前scope。
e.g. $dumpvars; // depth = all;scope = all
$dumpvars(0); // depth = all;scopt = current
$dumpoff // 暂停记录数据的变化，此刻之后dumpop之前的
// 所有信号的变化将不计入database。
$dumpon // 回复记录数据
3）文本文件的梳理
a.读取文本文件
用$readmemb系统任务从文本文件中读取二进制向量（可以包含输入输出），$readmemh用于读取十六进制文件。
e.g. reg [7:0] mem [0:255] // the data is 8-0bit & the addr is 0~256
initial begin
$readmemh("mem.dat",mem); // read the data from mem.dat to mem
$readmemh("mem.dat",mem,128,1); // read the data addr is 1 to 128
end
b.输出文本文件
这里需要注意在对文件进行写操作之前需要打开建立文件，使用$fopen（），在写完文件之后要关闭文件$fclose（）。
e.g. integer out_file; // 类似C语言中指定文件指针
out_file = $fopen("abc.dat"); // abc.dat为要输出的文档名
可以通过$fmonitor，$fdisplay把需要观测的数据按照相应的格式输出到abc.dat中
e.g. $fdisplay(out_file,data); // output the data to the file abc.dat
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8.总结
通过对本文对Testbench编写的一些经验的总结，希望对Verilog HDL感兴趣的人有所帮助，同时本文有不当之处，希望指正更改，教学相长。