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上一篇文章我介紹了一下一片簡易CPU的設(shè)計(jì)，今天的課程我講仿真，也即前仿真。這次課程，小墨同學(xué)將和大家從建立工程開始，一步步梳理testbench的書寫過程，幫助大家對仿真有一個(gè)深刻的概念。以后在做項(xiàng)目時(shí)，不要?jiǎng)硬粍泳桶殉绦蛳碌桨遄永镎{(diào)試，看問題不對再去改程序，再下到板子里調(diào)試，如此往返，會浪費(fèi)大量的時(shí)間，簡單的項(xiàng)目還好，但是到了大型項(xiàng)目的話，是不可能有這么多時(shí)間讓我們這樣調(diào)的。因此，小墨同學(xué)在這里說，testbench很重要，做好了仿真，可以為我們節(jié)約大量的開發(fā)時(shí)間。 下面我們開始吧~ 一、什么是testbench? 從字面意思上來理解，testbench就是一個(gè)測試平臺，我們之前已經(jīng)設(shè)計(jì)好了我們需要的cpu模塊，我們怎么知道我們設(shè)計(jì)的對于不對呢?我們可以給其施加一個(gè)測試激勵(lì)，例如，給他送時(shí)鐘和復(fù)位信號，由于時(shí)鐘和復(fù)位信號是我們自定義的，因此我們可以產(chǎn)生任意頻率的時(shí)鐘信號和在任意時(shí)間給系統(tǒng)復(fù)位。 當(dāng)然我們還可以觀察我們cpu的輸出，將我們想要觀察的輸出信號引出來甚至是反饋到cpu內(nèi)部，都可以，testbench沒有像RTL代碼設(shè)計(jì)那樣嚴(yán)謹(jǐn)，我們可以在符合語法規(guī)則的前提下，隨意編寫我們的測試文件，有些在RTL代碼中不可綜合的語句，我們可以在testbench中實(shí)現(xiàn)。 二、testbench的結(jié)構(gòu) 小墨同學(xué)認(rèn)為testbench的結(jié)構(gòu)可以分為這幾個(gè)方面： 1.要先對接口進(jìn)行例化，即模塊之間的鏈接關(guān)系 2.對我們的設(shè)計(jì)添加激勵(lì) 3.觀察設(shè)計(jì)輸出是否符合要求 三、測試模塊設(shè)計(jì) 要測試我們的cpu需要ROM和RAM模塊，這就需要我們先做好這兩個(gè)模塊 這里定義了一個(gè) 1024 x 8 的RAM 再定義一個(gè)8192 x 8 的ROM ROM和RAM都還沒有裝入數(shù)據(jù)，等會我們會調(diào)用函數(shù)給他們裝數(shù)據(jù) 接下來是地址譯碼器，來控制ROM和RAM的打開與關(guān)閉 各模塊建立好之后我們就開始仿真了 四、仿真 這次教學(xué)我們用的是modelsim SE 10.0 版本進(jìn)行教學(xué)，以下是小墨同學(xué)習(xí)慣的仿真過程，因個(gè)人習(xí)慣不同，各位朋友可以按照你們 的方法來做 我習(xí)慣直接先在quartus II中建一個(gè).v文件將其保存在原來的工程文件目錄中，并命名為cpu_top.v，直接在這里寫測試代碼 下面大家可以跟著小墨的步驟一起做，來完成cpu 的仿真過程了 1. 首先，我們需要將我們剛寫好的那幾個(gè)模塊包含進(jìn)去，即CPU模塊，ROM模塊，RAM模塊，地址譯碼器模塊，并寫好時(shí)間測量度，見下圖 2.定義頂層模塊 由于我們的設(shè)計(jì)只有兩個(gè)輸入，即時(shí)鐘模塊和復(fù)位模塊，凡是輸入信號在testbench中通一定義成reg型變量，凡是輸出或者雙向輸入輸出信號通一定義成wire型變量，我們的設(shè)計(jì)只有輸入沒有輸出，故只定義輸入和連線即可 下圖便是我們要組成的測試頂層模塊圖，我們定義的wire型變量，實(shí)際就是我們頂層模塊中，模塊模塊與模塊間的連線。而這些連線就是我們cpu的輸出，這樣我們就可以用我們的測試模塊來測試我們的cpu是否能正確工作 3. 元件例化 就是將各個(gè)模塊連接起來即可，這里就不做太多的說明了，因?yàn)橐郧岸紝戇^很多次了 4.測試激勵(lì)的書寫 小墨同學(xué)習(xí)慣上上來先寫好時(shí)鐘產(chǎn)生模塊和復(fù)位模塊.并將復(fù)位模塊用task任務(wù)封裝,這樣我們在測試過程中就可以隨時(shí)調(diào)用復(fù)位任務(wù)進(jìn)行復(fù)位 時(shí)鐘為50Mhz,復(fù)位時(shí)間為20ns 然后，我們再用task封裝我們需要的模塊，我們來想一下，上電后，CPU會從ROM中讀兩個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)是吧，但是我們的ROM現(xiàn)在還是空的，所以我們需要一個(gè)任務(wù)是往ROM中裝入程序，給ROM中裝數(shù)據(jù)我們可以用系統(tǒng)函數(shù)$readmemb，即打開一個(gè)文件，并將其中的數(shù)據(jù)送到我們之前定義的ROM中去 而test1.pro文件時(shí)需要我們自己定義的，我們可以在quartusII中再新建一個(gè).v文件，在里面寫上我們自己定義的程序，并將其保存為.pro文件即可，至于寫什么程序，是我們隨便定義的，大家可以參考我之前在上一篇文章中上傳的程序中，有一個(gè)test1.pro文件，打開之后可以看到是一些16位的數(shù)字碼，這些碼就是我們ROM的地址，從第一行開始，每8位數(shù)據(jù)位一個(gè)地址，注意我們每個(gè)地址的高三位是用下劃線隔開的，這表明前三位是指令碼，這三位會被狀態(tài)機(jī)進(jìn)行譯碼，控制CPU執(zhí)行相應(yīng)的操作 裝完ROM和RAM的數(shù)據(jù)之后，按說就可以了進(jìn)行波形仿真了,因?yàn)閏pu是自動讀取數(shù)據(jù)的，下面我們先來做第一步仿真，我先把之后的代碼注釋掉，大家先看沒有被注釋掉的代碼 里面都是我們之前封裝好的函數(shù)，剛開始進(jìn)行復(fù)位，然后進(jìn)行第一步測試，之后停止 將其保存之后，小墨同學(xué)習(xí)慣將cpu_top.v文件用modelsim打開，并默認(rèn)為用其打開，打開后見下圖 然后，file——new——library——ok即建好一個(gè)庫 點(diǎn)擊左上角的編譯按鈕，將我們之前寫好的所有.v文件全部都編譯進(jìn)去 看到transcript一欄顯示編譯成功后即可，若沒有transcript一欄，可以選擇菜單中的view——transcript即可，若顯示有紅色錯(cuò)誤，那就請讀者按照它的要求進(jìn)行修改代碼，這說明你的代碼有問題，一般是連接問題 編譯成功后，雙擊cpu_top就可以開始波形仿真了 進(jìn)入仿真頁面后，我們右擊cpu模塊將其加入至波形 請大家看下一篇文章，小墨同學(xué)會給大家繼續(xù)講解 |
