Testbench自動(dòng)化驗(yàn)證方法介紹

??自動(dòng)化驗(yàn)證testbench結(jié)果可以減少人工檢查的時(shí)間和可能犯的失誤，尤其對(duì)于比較大的設(shè)計(jì)。目前普遍使用三種自動(dòng)化testbench驗(yàn)證方法：

數(shù)據(jù)庫(kù)比較：首先創(chuàng)建一個(gè)包含預(yù)期輸出的數(shù)據(jù)庫(kù)文件（稱(chēng)作goldenvector文件），然后捕獲仿真輸出與該文件中的參考向量作比較。但是由于沒(méi)有提供從輸出到輸入文件的指針，該方法的缺點(diǎn)是難以追蹤導(dǎo)致不正確輸出的錯(cuò)誤源。

波形比較：將testbench輸出波形與預(yù)期波形作比較。Xilinx曾推出過(guò)一款HDL Bencher的工具，可以執(zhí)行自動(dòng)化的波形比較，不過(guò)目前由于該方法很少使用，Xilinx也下架了該工具。

自我檢查testbench設(shè)計(jì)：與前兩種方法不同，該方法實(shí)時(shí)檢查預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果，而不是仿真結(jié)束后才檢查。在testbench中插入錯(cuò)誤追蹤信息可以顯示設(shè)計(jì)在哪里失敗，從而縮短調(diào)試時(shí)間。

??本文將介紹最后一種自動(dòng)化驗(yàn)證方法。將一系列預(yù)期向量（比如由MATLAB等軟件產(chǎn)生）放在testbench文件中，在運(yùn)行時(shí)間間隔與實(shí)際仿真結(jié)果比較，如果匹配則表明仿真成功；不匹配則報(bào)告結(jié)果不符。

??比較時(shí)間可以選擇在每個(gè)時(shí)鐘邊沿，或者沒(méi)n個(gè)時(shí)鐘周期比較一次，總而言之要與設(shè)計(jì)相符合。比如內(nèi)存I/O的testbench應(yīng)該在讀出或?qū)懭胍粋€(gè)新數(shù)據(jù)后就進(jìn)行比較；如何設(shè)計(jì)使用了大量組合邏輯模塊，選取比較時(shí)間必須考慮組合邏輯延遲。

??對(duì)于中小型設(shè)計(jì)而言，自我檢查的testbench設(shè)計(jì)方法是一種不錯(cuò)的選擇，但是對(duì)于復(fù)雜的大型設(shè)計(jì)，可能的輸出組合呈指數(shù)形式增加，編寫(xiě)一個(gè)自我檢查testbench將會(huì)困難很多。下面給出一個(gè)自我檢查testbench的設(shè)計(jì)示例（來(lái)源于xapp199）：

`timescale 1 ns / 1 ps
module test_sc;

// 信號(hào)申明
reg tbreset, tbstrtstop;
reg tbclk;
wire [6:0] onesout, tensout;
wire [9:0] tbtenthsout;
parameter cycles = 25;
reg [9:0] Data_in_t [0:cycles];

// 實(shí)例化設(shè)計(jì)
stopwatch UUT (.CLK (tbclk), .RESET (tbreset), .STRTSTOP (tbstrtstop),
.ONESOUT (onesout), .TENSOUT (tensout), .TENTHSOUT (tbtenthsout));
wire [4:0] tbonesout, tbtensout;
assign tbtensout = led2hex(tensout);
assign tbonesout = led2hex(onesout);
//-------------------------------------------------------------
// 預(yù)期結(jié)果
//-------------------------------------------------------------
initial begin
  Data_in_t[1] =10'b1111111110;
  Data_in_t[2] =10'b1111111101;
  Data_in_t[3] =10'b1111111011;
  Data_in_t[4] =10'b1111110111;
  Data_in_t[5] =10'b1111101111;
  Data_in_t[6] =10'b1111011111;
  Data_in_t[7] =10'b1110111111;
  Data_in_t[8] =10'b1101111111;
  Data_in_t[9] =10'b1011111111;
  Data_in_t[10]=10'b0111111111;
  Data_in_t[11]=10'b1111111110;
  Data_in_t[12]=10'b1111111110;
  Data_in_t[13]=10'b1111111101;
  Data_in_t[14]=10'b1111111011;
  Data_in_t[15]=10'b1111110111;
  Data_in_t[16]=10'b1111101111;
  Data_in_t[17]=10'b1111011111;
  Data_in_t[18]=10'b1110111111;
  Data_in_t[19]=10'b1101111111;
  Data_in_t[20]=10'b1011111111;
  Data_in_t[21]=10'b0111111111;
  Data_in_t[22]=10'b1111111110;
  Data_in_t[23]=10'b1111111110;
  Data_in_t[24]=10'b1111111101;
  Data_in_t[25]=10'b1111111011;
end

reg GSR;
assign glbl.GSR = GSR;
initial begin
  GSR = 1;
  // 等到全局復(fù)位結(jié)束
  #100 GSR = 0;
end

//建立一個(gè)時(shí)鐘
initial begin
  tbclk = 0;
  //全局復(fù)位結(jié)束后開(kāi)始產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)
  #100 forever #60 tbclk = ~tbclk; 
end

//給出設(shè)計(jì)激勵(lì)
initial begin
  tbreset = 1;
  tbstrtstop = 1;
  #240 tbreset = 0;
  tbstrtstop = 0;
  #5000 tbstrtstop = 1;
  #8125 tbstrtstop = 0;
  #500 tbstrtstop = 1;
  #875 tbreset = 1;
  #375 tbreset = 0;
  #700 tbstrtstop = 0;
  #550 tbstrtstop = 1;
  #100000 $stop;
end

//-------------------------------------------------------------
// 在每個(gè)時(shí)鐘的下降沿比較預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果
//-------------------------------------------------------------
integer i,errors;

always @ (posedge tbclk) begin
  if (tbstrtstop) begin
    i = 0;
    errors = 0;
  end
  else begin
  for (i = 1; i <= cycles; i = i + 1) begin
 ? ? ? ?@(negedge tbclk)
 ? ? ? ?// 每個(gè)下降沿檢查結(jié)果
 ? ? ? ?$display("Time%d ns; TBSTRTSTOP=%b; Reset=%h; Expected
 ? ? ? ?TenthsOut=%b; Actual TenthsOut=%b", $stime, tbstrtstop, tbreset,
 ? ? ? ?Data_in_t[i], tbtenthsout);
 ? ? ? ?if ( tbtenthsout !== Data_in_t[i] ) begin
 ? ? ? ? ? ?$display(" ------ERROR. A mismatch has occurred-----");
 ? ? ? ? ? ?errors = errors + 1;
 ? ? ? ?end
 ? ?end

 ? ?if (errors == 0)
 ? ? ? ?$display("Simulation finished Successfully.");
 ? ?else if (errors > 1)
    $display("%0d ERROR! See log above for details.",errors);
  else
    $display("ERROR! See log above for details.");
  #100 $stop;
  end
end
endmodule

??上述代碼中，將預(yù)期結(jié)果和實(shí)際結(jié)果的比較情況顯示在終端。該代碼模板可應(yīng)用于任何設(shè)計(jì)的自我檢查testbench中，需要修改實(shí)例化接口和預(yù)期的輸出值。如果不需要在每個(gè)時(shí)鐘沿檢查一次數(shù)據(jù)，則修改for循環(huán)的執(zhí)行條件。

審核編輯：劉清