mirror of
https://github.com/MPSU/APS.git
synced 2025-09-15 09:10:10 +00:00
91 lines
10 KiB
Markdown
91 lines
10 KiB
Markdown
# Тестовое окружение (Testbench)
|
||
|
||
Для проверки правильного функционирования цифровых устройств необходимо разработать тестовое окружение. Тестовое окружение (testbench) – это блок, который окружает проверяемое устройство, формирует для него тестовые сигналы и автоматически проверяет, что сигналы на выходе проверяемого устройства соответствуют заложенным функциям. Тестовое окружение не является реальным аппаратным блоком (он только симулируется), поэтому в нем возможно использовать традиционные конструкции программирования. Например, то, что описывается в блоках `initial` в тестовом окружении, выполняется как программа в классическом программировании – строчка за строчкой.
|
||
|
||
|
||
|
||
Для того, чтобы создать тестовое окружение (testbench) необходимо создать новый файл симуляции в проекте. Для этого нажмите на `Add source`, после чего нужно выбрать `Add or create simulation sources` (на картинке ниже) → `Create File…` и так далее.
|
||
|
||
|
||
|
||
Так как для проверки разных модулей придется создавать различные тестовые окружения, то Vivado придется сообщать в явном виде какой из файлов симуляции вы сейчас хотите запустить. Для этого надо щелкнуть на нужном файле правой кнопкой и выбрать пункт `Set as Top` (продемонстрировано на картинке далее).
|
||
|
||
|
||
|
||
Название файла, для которого будет запускаться симуляция, отображается жирным шрифтом в окне `Sources` в папке `Simulation Sources`. После того, как выбран нужный файл симуляции, его можно запустить через панель `PROJECT MANAGER`, нажав на `Run Simulation`, а затем, в самом простом случае, можно запустить поведенческое моделирование `Run Behavioral Simulation`, оно позволяет увидеть поведение устройства в ответ на воздействия testbench’а. Временные задержки на прохождение сигналов через цифровые блоки при этом не учитываются. Так же можно посмотреть на реакцию устройства после синтеза `Post-Synthesis` или после имплементации `Post-Implementation`. Функциональная симуляция не учитывает временные задержки, временная – учитывает. Наиболее приближенная к реальности симуляция `Post-Implementation Timing Simulation`. Она учитывает временные задержки конкретных компонентов, в конкретной ПЛИС, с конкретными задержками распространения сигнала по каждому из проводов.
|
||
|
||
|
||
|
||
Пример тестового окружение для сумматора
|
||
|
||
Ниже приводится пример тестового окружения, в котором:
|
||
|
||
❶ – создаются провода и регистры для подключения к тестируемому модулю,
|
||
|
||
❷ – подключается проверяемый модуль,
|
||
|
||
❸ – описывается задача `task`, которую, подобно функции или подпрограмме, можно вызывать с различными параметрами,
|
||
|
||
❹ – в блоке `initial` последовательно два раза вызывается задача `add_op`, после чего симуляция останавливается `$stop`,
|
||
|
||
❺ – пример генерации тактового сигнала для подачи на вход проверяемого устройства.
|
||
|
||
|
||
``` verilog
|
||
`timescale 1ns / 1ps // Первое число указывает в каких величинах задержка
|
||
// например, использование #10 это 10 наносекунд
|
||
// если бы параметр был 10ns, то #10 означало бы 100ns
|
||
// Второе число указывает точность симуляции
|
||
// тут симуляция происходит для каждой пикосекунды
|
||
|
||
module my_testbench (); // объявляем модуль тестового окружения
|
||
// внешних сигналов нет, поэтому скобки пустые
|
||
reg [31:0] A, B; //❶ объявляем регистры для управления входами сумматора
|
||
wire [31:0] S; // объявляем провод для подключения к выходу суммы
|
||
reg Cin; // объявляем регистр для управления входом Cin
|
||
wire Cout; // объявляем провод для подключения к выходу Cout
|
||
|
||
adder dut ( //❷ подключаем тестируемый модуль
|
||
.a(A), // dut (device under test) – классическое название тестируемого модуля,
|
||
.b(B), // при желании можно использовать любое другое имя
|
||
.cin(Cin),
|
||
.s(S),
|
||
.cout(Cout));
|
||
|
||
initial begin // блок последовательного исполнения, начинает работу с момента времени 0
|
||
add_op(6, 3); //❹ запустить задачу task add_op с параметрами 6 и 3
|
||
add_op(2, 7); // когда закончиться предыдущая задача запустить новую
|
||
$stop; // остановить симуляцию
|
||
end
|
||
|
||
task add_op; //❸ объявляем задачу add_op
|
||
input [31:0] a_op, b_op; // task получает на вход два параметра
|
||
begin
|
||
A = a_op; // подать на вход A сумматора новое значение a_op
|
||
B = b_op; // подать на вход B сумматора новое значение b_op
|
||
Cin = 0; // подать на вход Cin ноль
|
||
#100; // выждать 100 ns чтобы сигнальчики разбежались и сумматор успел посчитать
|
||
if (S == (a_op + b_op)) // если реальность (S) и ожидание (a_op+b_op) совпадают, то
|
||
$display("GOOD %d + %d = %d", A, B, S); // вывести в терминал сообщение good
|
||
else // в противном случае
|
||
$display("BAD %d + %d = %d", A, B, S); // вывести в терминал другое сообщение
|
||
end
|
||
endtask
|
||
|
||
endmodule
|
||
```
|
||
|
||
``` verilog
|
||
reg clk; //❺ это вообще не относится к описанному выше testbench’у
|
||
always #10 clk = ~clk; // каждые 10ns менять clk на противоположное значение
|
||
```
|
||
|
||
Блоков initial в тестовом окружении может быть сколько угодно. Все эти блоки запускаются на исполнение параллельно. Блоков task так же может быть сколько угодно много и каждый из них может выполнять разные проверки. Так же поддерживаются множество стандартных языковых конструкции, например цикл for. Параметры для $display передаются так же, как у printf в языке C (на википедии есть вся информация).
|
||
|
||
Данный пример проверяет две суммы (6+3) и (2+7). Тест необходимо дополнить большим количеством проверок: несколько с очень большими числами, несколько с отрицательными, несколько с отрицательными и положительными, несколько со входным переносом Cin = 1, несколько операций с числами вызывающим переполнение (чтобы проверить формирование Cout).
|
||
|
||
По аналогии с этим примером необходимо реализовать модули проверки для:
|
||
- АЛУ (по несколько проверок на каждую операцию)
|
||
- Регистрового файла (последовательно записать какие-нибудь данные в разные адреса, а потом считать, убедившись, что все правильно, при этом считывание по адресу 0 должно всегда показывать 0)
|
||
- Памяти инструкций (считать содержимое из нескольких ячеек, чтобы убедиться, что память проинициализирована)
|