一、TestBench简介

一个完整的设计，除了好的功能描述代码，对于程序的仿真验证是必不可少的。学会如何去验证自己所写的程序，即如何调试自己的程序是一件非常重要的事情。而 RTL 逻辑设计中，学会根据硬件逻辑来写测试程序，即Testbench 是尤其重要的。 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。逻辑模块与其对应的测试平台共同组成仿真模型，应用这个模型可以测试该模块能否符合自己的设计要求。

编写 TESTBENCH 的目的是为了对使用硬件描述语言设计的电路进行仿真验证，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相比较。

二、完整的 Test bench文件结构

通常，一个完整的测试文件其结构为

`timescale 仿真单位/仿真精度

module Test_bench();//通常无输入无输出

信号或变量声明定义
逻辑设计中输入对应 reg 型
逻辑设计中输出对应 wire 型
使用 initial 或 always 语句产生激励
例化待测试模块
监控和比较输出响应

endmodule

声明仿真的单位和精度

三、时钟激励设计

下面列举出一些常用的封装子程序，这些是常用的写法，在很多应用中都能用到。

/*----------------------------------------------------------------
时钟激励产生方法一： 50%占空比时钟
----------------------------------------------------------------*/
parameter ClockPeriod=10;
initial
	begin
		clk_i=0;
		forever
		#(ClockPeriod/2) clk_i=~clk_i;
	
	end
/*----------------------------------------------------------------
时钟激励产生方法二： 50%占空比时钟
----------------------------------------------------------------*/
initial
	begin
		clk_i=0;
		always #(ClockPeriod/2) clk_i=~clk_i;
	end
/*----------------------------------------------------------------
时钟激励产生方法四：产生固定数量的时钟脉冲
----------------------------------------------------------------*/
initial
	begin
		clk_i=0;
		repeat(6)
		#(ClockPeriod/2) clk_i=~clk_i;
	end
/*----------------------------------------------------------------
时钟激励产生方法五：产生非占空比为 50%的时钟
----------------------------------------------------------------*/
initial
	begin
		clk_i=0;
		forever
				begin
					#((ClockPeriod/2)-2) clk_i=0;
					#((ClockPeriod/2)+2) clk_i=1;
				end
	end

四、复位信号设计

/*----------------------------------------------------------------
复位信号产生方法一：异步复位
----------------------------------------------------------------*/
initial
	begin
		rst_n_i=1;
		#100;
		rst_n_i=0;
		#100;
		rst_n_i=1;
	end
/*----------------------------------------------------------------
复位信号产生方法二：同步复位
----------------------------------------------------------------*/
initial
	begin
		rst_n_i=1;
		@（negedge clk_i)
		rst_n_i=0;
		#100; //固定时间复位
		repeat(10) @（negedge clk_i); //固定周期数复位
		@（negedge clk_i)
		rst_n_i=1;
	end
/*----------------------------------------------------------------
复位信号产生方法三：复位任务封装
----------------------------------------------------------------*/
task reset;
	input [31:0] reset_time; //复位时间可调，输入复位时间
	RST_ING=0; //复位方式可调，低电平或高电平
		begin
			rst_n=RST_ING; //复位中
			#reset_time; //复位时间
			rst_n_i=~RST_ING; //撤销复位，复位结束
		end
endtask

五、双向信号设计

/*----------------------------------------------------------------
双向信号描述一： 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 inout 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方向

//inout bir_port;
wire bir_port;
reg bir_port_reg;
reg bi_port_oe;
assign bi_port=bi_port_oe ? bir_port_reg : 1'bz;

/*----------------------------------------------------------------
双向信号描述二：强制 force
----------------------------------------------------------------*/

//当双向端口作为输出口时，不需要对其进行初始化，而只需开通三态门
//当双向端口作为输入时，只需要对其初始化并关闭三态门，初始化赋值需
//使用 wire 型数据，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
		force dinout=20;
		#200
		force dinout=dinout-1;
	end
	

六、 特殊信号设计

/*----------------------------------------------------------------
特殊激励信号产生描述一：输入信号任务封装
----------------------------------------------------------------*/

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

//调用方法： i_data(8'hXX);
/*----------------------------------------------------------------
特殊激励信号产生描述二：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， b 相加
		end
endtask

//调用方法： more_input(x,y,t,z); //按声明顺序
/*----------------------------------------------------------------
特殊激励信号产生描述三：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'hzz; //数据无效
		#100;
		cs_n=0; //片选有效
		wr_n=0; //写使能有效
		addr=8'hF1; //写入地址
		data=8'h2C; //写入数据
		#100;
		cs_n=1;
		wr_n=1;
		#10;
		addr=8'hxx;
		data=8'hzz;
	end

/*----------------------------------------------------------------
Testbench 中@与 wait
----------------------------------------------------------------*/

//@使用沿触发
//wait 语句都是使用电平触发
initial
	begin
		start=1'b1;
		wait(en=1'b1);
		#10;
		start=1'b0;
	end

七、repeat ，wait函数

//==========================================
//==    repeat重复执行
//==========================================
initial begin
    start = 1;
    repeat(5) @(posedge clk)    //等待5个时钟上升沿
    start = 0;
end

initial begin
	repeat(10)begin
		...//执行10次
	end 
end

//===========================================
//==    wait为电平触发
//==========================================
initial begin
    start = 1;
    wait(en);                     //等待en==1
    start = 0;
end

八、随机数的产生

$random         //产生随机数
$random % n     //产生范围 {-n,n} 的随机数
{$random} % n   //产生范围 { 0,n} 的随机数

九、文本输入输出

reg [a:0] data_mem [0:b];  //定义位宽为（a+1）深度为（b+1）的存储器
$readmemb/$readmemh("<读入文件名>",<存储器名>);
$readmemb/$readmemh("<读入文件名>",<存储器名>,<起始地址>);
$readmemb/$readmemh("<读入文件名>",<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.
\*------------------------------------------------------------------------*/
//==========================================================================
//==    输出txt文件
//==========================================================================
integer fp_write;                                  //定义
	initial  begin
		begin
			fp_write = $fopen("output.txt");  //打开输出文件
			begin
				$fwrite(fp_write, "\n%h", output_data); //写入数据16进制
				#(`clk_period);
			end
		end
		$fclose(fp_write);   //关闭文件，不可少
end

十、打印信息

$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

$realtime     //实行实时模拟时间

十、testbench总体代码结构

`timescale 1ns/1ps  	//时间精度
`define clk_perilod 20	//时钟周期可变

module test_file_tb;

//==================<端口>==================================================
reg                         clk                 ; //时钟，50Mhz
reg                         rst_n               ; //复位，低电平有效
reg  [XX:0]                 in                  ; //
wire [XX:0]                 out                 ; //

//--------------------------------------------------------------------------
//--    模块例化
//--------------------------------------------------------------------------
my_design u_my_design
(
    .clk                    (clk                ),
    .rst_n                  (rst_n              ),
    .in                     (in                 ),
    .out                    (out                )
);

//----------------------------------------------------------------------
//--    时钟信号和复位信号
//----------------------------------------------------------------------
initial begin
    clk = 0;
    forever
        #(`Clock/2) clk = ~clk;
end

initial begin
    rst_n = 0; #(`Clock*20+1);
    rst_n = 1;
end

//----------------------------------------------------------------------
//--    设计输入信号
//----------------------------------------------------------------------
initial begin
    in = 0;
    #(`Clock*20+2); //初始化完成

    $stop;
end

endmodule在这里插入代码片