VHDL与Verilog硬件描述语言TestBench的编写

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VHDL与Verilog硬件描述语言TestBench的编写

VHDL与Verilog硬件描述语言在数字电路的设计中使用的非常普遍，无论是哪种语言，仿真都是必不可少的。而且随着设计复杂度的提高，仿真工具的重要性就越来越凸显出来。在一些小的设计中，用TestBench来进行仿真是一个很不错的选择。VHDL与Verilog语言的语法规则不同，它们的TestBench的具体写法也不同，但是应包含的基本结构大体相似，在VHDL的仿真文件中应包含以下几点：实体和结构体声明、信号声明、顶层设计实例化、提供激励；Verilog的仿真文件应包括：模块声明、信号声明、顶层设计实例化、提供激励。大致思想都是相似的。 1 L& w$ b% [0 a + q1 Z5 X4 |% N# r9 i　　简单的说，TestBench就是一种验证手段，从软件层面对设计的硬件电路进行仿真。具体来讲，一般是在你的仿真文件里，产生激励信号，作用于被仿真的设计文件DUT（Design Under Test），产生相应的输出，然后根据输出信号检验设计的电路是否存在问题或者存在哪些问题。 - l: j* Z) {7 a. a) u% i1 k3 k7 l　　下面以FPGA板中驱动流水灯的一段程序为例，简单介绍一下两种语言的TestBench的编写。 . c' e5 I& O, J" G : k- m; C1 J  i9 b4 \# S4 vView Code 0 r# A7 K! j  x  M6 L5 |' }　　上面是一段流水灯的代码，控制8位流水灯依次点亮，再依次熄灭。第一个always语句完成分频功能，第二个always语句用于计数，共16个值，第三个always语句根据计数的值选择LED灯的状态。其中clk、rst分别为时钟和复位信号，led为驱动流水灯的输出信号。接下来针对这一设计编写其TestBench文件。 & P1 ^$ h5 T' [+ h " P# g: F$ J7 [; J: EView Code 　　由于只需要时钟和复位信号即可，故在其仿真文件并不复杂，建立测试模块，进行信号声明，在两个initial中分别提供clk和rst信号，最后进行例化。当然注意一点，在仿真时要把分频模块去掉，或者将分频系数改小，否则仿真时不容易观察波形。下面是在Modelsim中仿真得到的波形（分频模块改为2分频）。 & @% V; ^% K) h4 s+ I 9 l5 d4 o: W5 F. O$ F, s) Y 　　总结起来，Verilog的TestBench有着相对固定的写法： 9 Z2 N% ~2 ~: v, C7 t2 ?# E6 |View Code 　　最主要的是在initial语句中进行激励的生成，这要根据具体的设计来分析。 ' [. A: X, d! z$ \, y ' J5 z4 K9 a) X! O% v) t　　下面对比介绍VHDL语言TestBench的写法。同样的功能，驱动流水灯，VHDL的程序如下： View Code 　　根据语法要求，首先声明库，接着定义实体和结构体。在结构体中用三个进程(PROCESS)分别实现分频、计数、流水灯状态分配的功能，功能相当于上面Verilog程序中的三个always语句。接下来写TestBench文件： " B6 g8 t) d$ g" R5 [2 e 5 p8 G' M; |5 E  k! VView Code 　　在这个TestBench中同样只需要提供clk和rst信号，分别在两个进程实现，Modelsim中的仿真结果如下(同样在仿真的时候将分频系数改为2)： ; c4 n; f9 P8 V 　　总结一下，VHDL的TestBench写法也有相对固定的格式： " p) h1 P# b" ]; w+ o $ G8 W7 q% Q! ~) l2 x9 t4 m, J8 ZView Code ( T7 A1 {4 g7 S　　相对与Verilog语言来说，VHDL的TestBench除了自身的库声明以及Entity和Architecture之外，还需要进行元件的声明，即将被测试的设计声明为一个元件，然后对其例化。在激励的产生方面与Verilog思路相同。　 2 ?# k- |$ d% r3 S4 e; L- ^ 　　从上面的程序可以看出，Verilog语言相对比较随意一些，从C语言编程中继承了多种操作符和结构；而VHDL的语法则比较严谨，有固定的格式。但在功能的实现上二者大同小异。比如Verilog中的always语句，在VHDL中可以找到PROCESS与之对应，当然更多的是不同。两种语言均可在不同的抽象层次对电路进行描述：系统级、算法级、寄存器传输级、逻辑门级和开关电路级，但是VHDL更擅长系统级，而Verilog更方便底层描述。在学习硬件描述语言的时候不妨对比学习一下，相信会对电路设计的理解更加深一层。

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