testbench实例 vhdl_[转载]VHDL的testbench的编写
大多数硬件设计人员对verilog的testbench比较熟悉,那是因为verilog被设计出来的目的就是为了用于测试使用,也正是因为这样verilog的语法规则才被设计得更像C语言,而verilog发展到后来却因为它更接近C语言的语法规则,设计起来更加方便,不像VHDL那也死板严密,所以verilog又渐渐受到硬件设计者们的青睐。但其实VHDL在最开始也是具有测试能力的,而且它的语法严密,但我们同样可以用它来编写我们的测试文件。
下面以一个8bit计数器为例子给出个简单的testbench模板及注释:
libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_arith.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitytb_CNTisendtb_CNT ;architecturetestbenchoftb_CNTis--Component Declarationforthe Unit Under Test(UUT)componentMY_CNTport(
CLK,RESET:instd_logic;
D_IN:instd_logic_vector(7downto0);
LOAD:instd_logic;
CE :instd_logic;
UPDW:instd_logic;
Q_OUT:outstd_logic_vector(7downto0)
);endcomponent;--InputssignalCLK:std_logic:='0';signalRESET:std_logic:='0';signalD_IN:std_logic_vector(7downto0):=(others=>'0');signalLOAD:std_logic:='0';signalCE:std_logic:='0';signalUPDW:std_logic:='0';--OutputssignalQ_OUT:std_logic_vector(7downto0);constantCLK_period:TIME:=1ns;begin--例化计数器模块
UUT: MY_CNTportmap(
CLK=>CLK,
RESET=>RESET,
D_IN=>D_IN,
LOAD=>LOAD,
CE=>CE,
UPDW=>UPDW,
Q_OUT=>Q_OUT
);--时钟实现模块--上面定义了CLK period时间常量来表示时钟周期--以下通过一个process来实现时钟
CLK_process:processbeginCLK<='0';waitforCLK_period/2;
CLK<='1';waitforCLK_period/2;endprocess;--其它信号量的控制--时序逻辑的仿真的时间单位都为CLK周期来实现的--所以将时钟周期定义为常量是个很方便的做法
stim_proc:processbegin--hold reset statefor100ms.waitfor100ms;waitforCLK_period*10;--insert stimulus here.endprocess;endtestbench;
通过编写testbench来仿真和通过拖波形来仿真,最大的好处就是,当测试数据无比庞大时,可以简易得通过testbench中的算法来实现,而另一个更为重要的方面就是,可以通过testbench对数据文件进行读写操作,从而简化我们的仿真工作。
首先介绍下时间控制语句——wait:(其实wait语句是通过控制仿真的两种状态——执行和挂起,来控制时间的)
1.wait——无线等待;语法【wait;】,类似于Verilog中的¥Stop
2.wait on——敏感信号量变化;语法【wait on 信号;】,表示当信号发生变化的时候,仿真开始继续执行,从而结束挂起状态
3.wait until——条件满足;语法【wait until 表达式】,表达式为一个布尔表达式,表示当表达式为“真”时,仿真继续执行,结束挂起状态
4.wait for——时间控制;语法【wait for 时间表达式】,例:【wait for 30ns;】
VHDL也提供了文件I/O的操作,以下简单介绍在我们大部分情况下如何通过VHDL来进行文件操作。
--Fileprocessfile_process:processfilefile_out:textisout"data_out.txt";filefile_in :text;variablefstatus: FILE_OPEN_STATUS;--定义文件状态指示变量,一般有OPEN OK, STATUSERROR, NAMEERROR, MODEERROR四种状态;variablecount:integer:=5;--定义integer 型写入数据;variablestringdata:string(5downto1):="whwhn";--定义string 型写入数据;variablevectordata:bit_vector(5downto0):="001000";--定义bit_vector 型写入数据;variablevalue:std_logic_vector(3downto0):="1111";--定义std_logic_vector型的写入数据;variablestddata:std_logic;variableBUFO:LINE;begin--file_open(fstatus,file_out,"data_out.txt",write_mode);file_open(fstatus,file_in,"data_in.txt",read_mode);
file类型:文件句柄,用于定义文件。语法1【file 文件变量名:text is 读取或者写入类型 “文件名”;】text——文件类型为文本类型,读取类型为in,写入类型为out;语法2【file 文件变量名:text;】只是定义了文件变量名,并没有给赋予初值。
用第二种方式定义文件变量则需要用到函数file_open();语法【file_open(文件状态指示,文件变量,“文件名”,读写状态);】如上图实例。
LINE类型:如下图,为std库中TEXTIO文件中的定义
--LINE类型:为std库中TEXTIO文件中的定义foriin0to29loopreadline(file_in,BUF0);read(BUF0,stddata);
LOAD<=stddata;waitforCLK_period;endloop;
LINE 为存取类型的变量,它表示该变量是指向字符串的指针,它是TEXTIO 中所有操作的基本单元。读文件时,先按行(LINE)读出一行数据,再对LINE 操作来读取各种数据类型的数据;写文件时, 先将各种的数据类型组合成LINE,再将LINE 写入文件。在用户使用时, 必须注意只有变量才可以是存取类型, 而信号则不能是存取类型。
TEXTIO还定义了一些基本的文件操作过程:
【READLINE(文件变量,行变量);】从指定的文件中读取一行。
【READ(行变量,数据变量);】从一行中读取一个数据。
【WRITELINE(文件变量,行变量);】将行变量中数据写入到指定文件。
【WRITE(行变量,数据变量);】将数据写入到一行中。
【WRITE(行变量,数据变量,起始位置,字符数);】比上个过程多了起始位置和字符数的指定。
---为循环从数据文件中读取出数据,赋值给信号量write(file_out,string'("the first parameter is="));write(BUF0,count);writeline(file_out,BUF0);waitfor20ns;write(file_out,string'("the second parameter is="));write(BUF0,value);writeline(file_out,BUF0);waitfor20ns;write(file_out,string'("the third parameter is="));write(BUF0,vectordata);writeline(file_out,BUF0);waitfor20ns;write(file_out,string'("the forth parameter is="));write(BUF0,stringdata);writeline(file_out,BUF0);write(BUF0,string'("end of file"));writeline(file_out,BUF0);waitfor10ns;waitfor2000ns;file_close(file_out);file_close(file_in);endprocess;
上图事例为循环从数据文件中读取出数据,赋值给信号量。
--为了说明行变量与各个变量之间的转换,行变量可与任何变量类型进行转换,--并且原样输出到指定文件中。packageTEXTIOis--Type definitionsfortextI/O;typeLINEisaccessSTRING;--ALINEisa pointertoaSTRINGvalue.typeTEXTisfileofSTRING;--Afileofvariable-length ASCII records.typeSIDEis(RIGHT,LEFT);--For justifyingoutputdata within fields.subtypeWIDTHisNATURAL;--For specifying widthsofoutputfields.
上图事例为了说明行变量与各个变量之间的转换,行变量可与任何变量类型进行转换,并且原样输出到指定文件中。
另外再推荐个语句:ASSERT——断言语句。它和VC中的_TRACE语句一样,在调试程序中非常有用非常方便。
assert是一个调试仿真时的专用语法,他可以判断一个boolean变量,如果该变量为假就输出一个用户指定的信息到终端(控制台),用户可以附带输出信息的严格等级,从低到高依次是:note,warning,error,failure,可以让用户区分信息的类型。同样assert语句也是不能被综合的。
assert可以是同步语句(在process外),此时assert后面的任何变量变化都会引起assert语句判断一次。
assert还可以是顺序语句,此时assert存在于process中。
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