Verilog十大基本功3(testbench的设计 iout类型端口信号处理)
2016-07-26 16:58
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需求说明:Verilog设计基础
内容 :testbench的设计 iout类型端口信号处理
来自 :时间的诗
续Verilog十大基本功2(testbench的设计 文件读取和写入操作 源代码)
一个存储器的 testbench 的激励可以包含 write, read 等 task。
2)如果 DUT 中包含双向信号(inout),在编写 testbench 时要注意。需要一个 reg 变量来表示其输入,还需要一个 wire
变量表示其输出。
3)如果 initial 块语句过于复杂,可以考虑将其分为互补相干的几个部分,用数个 initial 块来描述。在仿真时,这些
initial 块会并发运行。这样方便阅读和修改。
4)每个 testbench 都最好包含$stop 语句,用以指明仿真何时结束。
5)加载测试向量时,避免在时钟的上下沿变化,比如数据最好在时钟上升沿之前变化,这也符合建立时间的要求。
testbench:
芯片外部引脚很多都使用 inout 类型的,为的是节省管腿。一般信号线用做总线等双向数据传输的时候就要用到 INOUT
类型了。就是一个端口同时做输入和 输出。 inout 在具体实现上一般用三态门来实现。三态门的第三个状态就是高阻
'Z'。当 inout 端口不输出时,将三态门置高阻。这样信号就不会因为两端同时 输出而出错了,更详细的内容可以搜索一
下三态门 tri-state 的资料
1 使用 inout 类型数据,可以用如下写法:
inout data_inout;
input data_in;
reg data_reg;//data_inout 的映象寄存器
reg link_data;
assign data_inout = link_data ? data_reg : 1’bz; //link_data 控制三态门
对于 data_reg,可以通过组合逻辑或者时序逻辑根据 data_in 对其赋值.
通过控制 link_data 的高低电平,从而设置 data_inout
是输出数据还是处于高阻态,如果处于高阻态,则此时当作输入端口使用.link_data 可以通过相关电路来控制.
2 编写测试模块时,对于 inout 类型的端口,需要定义成 wire 类型变量,而其它输入端口都定义成 reg 类型,
这两者是有区别的.
当上面例子中的 data_inout 用作输入时,需要赋值给 data_inout,其余情况可以断开.
此时可以用 assign 语句实现:assign data_inout = link ? data_in_t : 1’bz;
其中的 link ,data_in_t 是 reg 类型变量,在测试模块中赋值.
另外,可以设置一个输出端口观察 data_inout 用作输出的情况:
也就是说, 在内部模块最好不要出现 inout,如果确实需要,那么用两个 port 实现,到顶层的时候再用三态实现。理由
是:在非顶层模块用双向口的话,该双向口必然有它的上层跟它相连。既然是双向口,则上层至少有一个输入口和一
个输出口联到该双向口上,则发生两个内部输出单元连接到一起的情况出现,这样在综合时往往会出错。
对双向口,我们可以将其理解为 2 个分量:一个输入分量,一个输出分量。另外还需要一个控制信号控制输出分量何
时输出。此时,我们就可以很容易地对双向端口建模。
例子:
CODE:
可见,此时 input_of_inout 和 output_of_inout 就可以当作普通信号使用了。
在仿真的时候, 需要注意双向口的处理。如果是直接与另外一个模块的双向口连接,那么只要保证一个模块在输出的
时候,另外一个模块没有输出(处于高阻态)就可以了。
如果是在 ModelSim 中作为单独的模块仿真,那么在模块输出的时候,不能使用 force 命令将其设为高阻态,而是使用
release 命令将总线释放掉
很多初学者在写 testbench 进行仿真和验证的时候,被 inout 双向口难住了。仿真器老是提示错误不能进行。下面是我个
人对 inout 端口写 testbench 仿真的一些总结,并举例进行说明。在这里先要说明一下 inout 口在 testbench 中要定义为
wire 型变量。
先假设有一源代码为:
方法一:使用相反控制信号 inout 口,等于两个模块之间用 inout 双向口互连。这种方法要注意 assign 语句只能放在 initial
和 always 块内。
方法二: 使用 force 和 release 语句,但这种方法不能准确反映双向端口的信号变化,但这种方法可以反在块内。
很多读者反映仿真双向端口的时候遇到困难,这里介绍一下双向端口的仿真方法。一个典型的双向端口如图所示。
典型的双向端口可以用 Verilog 语言描述如下:
仿真时需要验证双向端口能正确输出数据,以及正确读入数据,因此需要驱动 out_en 端口,
当 out_en 端口为 1 时,testbench 驱动 inner_port 端口,
然后检查 outer_port 端口输出的数据是否正确;
当 out_en 端口为 0 时, testbench 驱动outer_port 端口,
然后检查 inner_port 端口读入的数据是否正确。由于 inner_port 和 outer_port 端口都是双向端口 (在 VHDL
和 Verilog 语言中都用 inout 定义),因此驱动方法与单向端口有所不同。
用 Verilog 代码编写的 testbench 如下,其中使用了自动结果比较,随机化激励产生等技术。
总体感觉, testbench 是个很难的事情, 这里讨论的只是一些最基本的东西。 真正有技术含量的是 testcase 的设计,设计
阶段合理层次设计以及模块划分等等,我没有做过很大的项目,所以这方面也没有办法提供更多的帮助。经验丰富的
大牛不妨出来讲讲经验, ^_^
testbench 用的较多的东西是:
1、输入数据文件的产生,一般由 matlab 产生,这方面经常涉及浮点到定点的转换、进制的转换的问题;
2、输入数据文件的输出文件的设置;
3、 VCD、 fsdb 等和其他 eda 软件接口的文件的输出;
4、一定范围内的随机数的产生
5、双向端口的仿真
6、与上层 dsp 等 cpu 接口的时序仿真。
....
panwest: testbench 设计的掌握的技术可多可少,模块级的 HDL 就可以搞定了:
激励产生:高级语言实现( C, C++, Java 等)
DUT: HDL 实现
参考单元:高级语言实现( C, C++, Java 等)
初始化:脚本语言( perl, Tcl/TK)
波形输出:一般脚本自动对比了
数据通过 PLI 进行联系
日后 systemVerilog, e 等语言完善后会减轻一些建立平台的工作量。
synopsys vera support verification.
bench : vera produce
DUT:
ref module: vera
monitor: vera
coverage analysis : VCS or vera
vera can load c, C++ file .
systemverilog 应该是以后的趋势
一些 random scenario 与 tlm base model 都可以用systemverilog 完成
而一个好的 framework 很重要现在有两各 framework 可以选择vmm, ovm
不过要用上述的 framework 需要很大的 oop 基础要花很长时间学习
关于 systemC 或者 system verilog,大家可以查找相关文档。
内容 :testbench的设计 iout类型端口信号处理
来自 :时间的诗
续Verilog十大基本功2(testbench的设计 文件读取和写入操作 源代码)
3 testbench 的技巧
1)如果激励中有一些重复的项目,可以考虑将这些语句编写成一个 task,这样会给书写和仿真带来很大方便。例如,一个存储器的 testbench 的激励可以包含 write, read 等 task。
2)如果 DUT 中包含双向信号(inout),在编写 testbench 时要注意。需要一个 reg 变量来表示其输入,还需要一个 wire
变量表示其输出。
3)如果 initial 块语句过于复杂,可以考虑将其分为互补相干的几个部分,用数个 initial 块来描述。在仿真时,这些
initial 块会并发运行。这样方便阅读和修改。
4)每个 testbench 都最好包含$stop 语句,用以指明仿真何时结束。
5)加载测试向量时,避免在时钟的上下沿变化,比如数据最好在时钟上升沿之前变化,这也符合建立时间的要求。
4 一个简单的例子
DUT:module counter ( clk, reset, enable, count ); input clk; input reset; input enable; output [3:0] count; reg [3:0] count; always @ (posedge clk) if (reset == 1'b1) begin count <= 0; end else if ( enable == 1'b1) begin count <= count + 1; end endmodule
testbench:
module counter_tb; reg clk; reg reset; reg enable; wire [3:0] count; counter U0 ( .clk (clk), .reset (reset), .enable (enable), .count (count) ); initial begin clk = 0; reset = 0; enable = 0; end always #5 clk = ! clk; initial begin $dumpfile ("counter.vcd"); $dumpvars; end initial begin $display("\t\ttime,\tclk,\treset,\tenable,\tcount"); $monitor("‰d,\t‰b,\t‰b,\t‰b,\t‰d",$time, clk,reset,enable,count); end initial #100 $finish; //Rest of testbench code after this line endmodule
5 双向端口
这个没用过,从网上找的,如果有问题,大家再讨论吧芯片外部引脚很多都使用 inout 类型的,为的是节省管腿。一般信号线用做总线等双向数据传输的时候就要用到 INOUT
类型了。就是一个端口同时做输入和 输出。 inout 在具体实现上一般用三态门来实现。三态门的第三个状态就是高阻
'Z'。当 inout 端口不输出时,将三态门置高阻。这样信号就不会因为两端同时 输出而出错了,更详细的内容可以搜索一
下三态门 tri-state 的资料
1 使用 inout 类型数据,可以用如下写法:
inout data_inout;
input data_in;
reg data_reg;//data_inout 的映象寄存器
reg link_data;
assign data_inout = link_data ? data_reg : 1’bz; //link_data 控制三态门
对于 data_reg,可以通过组合逻辑或者时序逻辑根据 data_in 对其赋值.
通过控制 link_data 的高低电平,从而设置 data_inout
是输出数据还是处于高阻态,如果处于高阻态,则此时当作输入端口使用.link_data 可以通过相关电路来控制.
2 编写测试模块时,对于 inout 类型的端口,需要定义成 wire 类型变量,而其它输入端口都定义成 reg 类型,
这两者是有区别的.
当上面例子中的 data_inout 用作输入时,需要赋值给 data_inout,其余情况可以断开.
此时可以用 assign 语句实现:assign data_inout = link ? data_in_t : 1’bz;
其中的 link ,data_in_t 是 reg 类型变量,在测试模块中赋值.
另外,可以设置一个输出端口观察 data_inout 用作输出的情况:
Wire data_out; assign data_out_t = (!link) ? data_inout : 1’bz; else, in RTL inout use in top module(PAD) dont use inout(tri) in sub module
也就是说, 在内部模块最好不要出现 inout,如果确实需要,那么用两个 port 实现,到顶层的时候再用三态实现。理由
是:在非顶层模块用双向口的话,该双向口必然有它的上层跟它相连。既然是双向口,则上层至少有一个输入口和一
个输出口联到该双向口上,则发生两个内部输出单元连接到一起的情况出现,这样在综合时往往会出错。
对双向口,我们可以将其理解为 2 个分量:一个输入分量,一个输出分量。另外还需要一个控制信号控制输出分量何
时输出。此时,我们就可以很容易地对双向端口建模。
例子:
CODE:
module dual_port ( .... inout_pin, .... ); inout inout_pin; wire inout_pin; wire input_of_inout; wire output_of_inout; wire out_en; assign input_of_inout = inout_pin; assign inout_pin = out_en ? output_of_inout : 高阻; endmodule
可见,此时 input_of_inout 和 output_of_inout 就可以当作普通信号使用了。
在仿真的时候, 需要注意双向口的处理。如果是直接与另外一个模块的双向口连接,那么只要保证一个模块在输出的
时候,另外一个模块没有输出(处于高阻态)就可以了。
如果是在 ModelSim 中作为单独的模块仿真,那么在模块输出的时候,不能使用 force 命令将其设为高阻态,而是使用
release 命令将总线释放掉
很多初学者在写 testbench 进行仿真和验证的时候,被 inout 双向口难住了。仿真器老是提示错误不能进行。下面是我个
人对 inout 端口写 testbench 仿真的一些总结,并举例进行说明。在这里先要说明一下 inout 口在 testbench 中要定义为
wire 型变量。
先假设有一源代码为:
module xx(data_inout , ........); inout data_inout; ........................ assign data_inout = (!link) ? datareg : 1'bz; endmodule
方法一:使用相反控制信号 inout 口,等于两个模块之间用 inout 双向口互连。这种方法要注意 assign 语句只能放在 initial
和 always 块内。
module test(); wire data_inout; reg data_reg; reg link; initial begin .......... end assign data_inout = link ? data_reg : 1'bz; endmodule
方法二: 使用 force 和 release 语句,但这种方法不能准确反映双向端口的信号变化,但这种方法可以反在块内。
module test(); wire data_inout; reg data_reg; reg link; #xx; //延时 force data_inout = 1'bx; //强制作为输入端口 ............... #xx; release data_inout; //释放输入端口 endmodule
很多读者反映仿真双向端口的时候遇到困难,这里介绍一下双向端口的仿真方法。一个典型的双向端口如图所示。
典型的双向端口可以用 Verilog 语言描述如下:
module bidirection_io( inner_port, out_en, outer_port ); input out_en; inout[7:0] inner_port; inout[7:0] outer_port; assign outer_port = (out_en==1) ? inner_port : 8'hzz; assign inner_port = (out_en==0) ? outer_port : 8'hzz; endmodule
仿真时需要验证双向端口能正确输出数据,以及正确读入数据,因此需要驱动 out_en 端口,
当 out_en 端口为 1 时,testbench 驱动 inner_port 端口,
然后检查 outer_port 端口输出的数据是否正确;
当 out_en 端口为 0 时, testbench 驱动outer_port 端口,
然后检查 inner_port 端口读入的数据是否正确。由于 inner_port 和 outer_port 端口都是双向端口 (在 VHDL
和 Verilog 语言中都用 inout 定义),因此驱动方法与单向端口有所不同。
用 Verilog 代码编写的 testbench 如下,其中使用了自动结果比较,随机化激励产生等技术。
`timescale 1ns/10ps module tb(); reg [7:0] inner_port_tb_reg; wire [7:0] inner_port_tb_wire; reg [7:0] outer_port_tb_reg; wire [7:0] outer_port_tb_wire; reg out_en_tb; integer i; initial begin out_en_tb=0; inner_port_tb_reg=0; outer_port_tb_reg=0; i=0; repeat(20) begin #50 i=$random; out_en_tb=i[0]; //randomize out_en_tb inner_port_tb_reg=$random; //randomize data outer_port_tb_reg=$random; end end //**** drive the ports connecting to bidirction_io assign inner_port_tb_wire=(out_en_tb==1)?inner_port_tb_reg:8'hzz; assign outer_port_tb_wire=(out_en_tb==0)?outer_port_tb_reg:8'hzz; //instatiate the bidirction_io module bidirection_io bidirection_io_inst( .inner_port (inner_port_tb_wire), .out_en (out_en_tb), .outer_port (outer_port_tb_wire) ); //***** monitor ****** always@(out_en_tb,inner_port_tb_wire,outer_port_tb_wire) begin #1; if(outer_port_tb_wire===inner_port_tb_wire) begin $display("\n **** time=%t ****",$time); $display("OK! out_en=%d",out_en_tb); $display("OK! outer_port_tb_wire=%d,inner_port_tb_wire=%d", outer_port_tb_wire,inner_port_tb_wire); end else begin $display("\n **** time=%t ****",$time); $display("ERROR! out_en=%d",out_en_tb); $display("ERROR! outer_port_tb_wire != inner_port_tb_wire" ); $display("ERROR! outer_port_tb_wire=%d, inner_port_tb_wire=%d", outer_port_tb_wire,inner_port_tb_wire); end end endmodule
6. 高级用法
比如 PLI 之类。有需要的,大家再讨论总体感觉, testbench 是个很难的事情, 这里讨论的只是一些最基本的东西。 真正有技术含量的是 testcase 的设计,设计
阶段合理层次设计以及模块划分等等,我没有做过很大的项目,所以这方面也没有办法提供更多的帮助。经验丰富的
大牛不妨出来讲讲经验, ^_^
testbench 用的较多的东西是:
1、输入数据文件的产生,一般由 matlab 产生,这方面经常涉及浮点到定点的转换、进制的转换的问题;
2、输入数据文件的输出文件的设置;
3、 VCD、 fsdb 等和其他 eda 软件接口的文件的输出;
4、一定范围内的随机数的产生
5、双向端口的仿真
6、与上层 dsp 等 cpu 接口的时序仿真。
....
panwest: testbench 设计的掌握的技术可多可少,模块级的 HDL 就可以搞定了:
激励产生:高级语言实现( C, C++, Java 等)
DUT: HDL 实现
参考单元:高级语言实现( C, C++, Java 等)
初始化:脚本语言( perl, Tcl/TK)
波形输出:一般脚本自动对比了
数据通过 PLI 进行联系
日后 systemVerilog, e 等语言完善后会减轻一些建立平台的工作量。
synopsys vera support verification.
bench : vera produce
DUT:
ref module: vera
monitor: vera
coverage analysis : VCS or vera
vera can load c, C++ file .
systemverilog 应该是以后的趋势
一些 random scenario 与 tlm base model 都可以用systemverilog 完成
而一个好的 framework 很重要现在有两各 framework 可以选择vmm, ovm
不过要用上述的 framework 需要很大的 oop 基础要花很长时间学习
关于 systemC 或者 system verilog,大家可以查找相关文档。
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