1 编写testbench目的
编写testbench的主要目的是为了对使用硬件描述语言（HDL）设计的电路进行仿真验证，测试设计电路的功能、部分性能是否与预期的目标相符。
编写testbench进行测试的过程如下：
1） 产生模拟激励（波形）；
2） 将产生的激励加入到被测试模块并观察其输出响应；
3） 将输出响应与期望进行比较，从而判断设计的正确性。
2 基本的testbench结构
module test_bench；
// 通常testbench没有输入与输出端口
信号或变量定义声明
使用initial或always语句来产生激励波形
例化设计模块
监控和比较输出响应
endmodule
简单的testbench的结构通常需要建立一个顶层文件，顶层文件没有输入和输出端口。在顶层文件里，把被测模块和激励产生模块实例化进来，并且把被测模块的端口与激励模块的端口进行对应连接，使得激励可以输入到被测模块。端口连接的方式有名称和位置关联两种方式，我们常常使用“名称关联”方式。
3 产生激励的一些描写方式
3.1 产生时钟的几种方式
1）使用initial方式产生占空比50﹪的时钟
initial
begin
CLK = 0;
#delay;
forever
#(period/2) CLK = ~CLK;
end
注意：一定要给时钟赋初始值，因为信号的缺省值为z，如果不赋初值，则反相后还是z，时钟就一直处于高阻z状态。
产生的时钟信号如下图所示：
2）使用always方式
initial
CLK = 0;
always
#(period/2) CLK = ~CLK;
3)使用repeat产生确定数目的时钟脉冲
initial
begin
CLK = 0;
repeat(6)
#(period/2) CLK = ~CLK;
end
该例使用repeat产生3个时钟脉冲，产生的波形如下：
4）产生占空比非50﹪的时钟
initial
CLK = 0;
always
begin
#3 CLK = ~CLK;
#2 CLK = ~CLK;
end
3.2 产生复位信号的几种形式
1）异步复位
initial
begin
Rst = 1;
#100;
Rst = 0;
#500;
Rst = 1;
end
2）同步复位1
initial
begin
Rst = 1;
@(negedge CLK); // 等待时钟下降沿
Rst = 0;
#30;
@(negedge CLK); // 等待时钟下降沿
Rst = 1;
end
2）同步复位2
initial
begin
Rst = 1;
@(negedge CLK); // 等待时钟下降沿
repeat (3) @(negedge CLK); // 经过3个时钟下降沿
Rst = 1;
end
4 testbench实例
4.1 2-4解码器实例
module dec2x4(A, B, Enable, Z);
input A, B, Enable;
output[3:0] Z;
reg [3:0] Z_o;
assign Z = Z_o;
always@(A or B or Enable)
begin
if(Enable == 1'b0)
Z_o = 4'b1111;
else
case({A, B})
2'b00: Z_o = 4'b1110;
2'b01: Z_o = 4'b1101;
2'b10: Z_o = 4'b1011;
2'b11: Z_o = 4'b0111;
default: Z_o = 4'b1111;
endcase
end
endmodule
测试模块：
`timescale 1ns/100ps
module testbench;
reg a, b, en;
wire [3:0] z;
//例化被测试模块
dec2x4 DUT(.A(a),.B(b),.Enable(en),.Z(z));
//产生输入激励
initial
begin
en = 0;
a = 0;
b = 0;
#10 en = 1;
#10 b = 1;
#10 a = 1;
#10 b = 0;
#10 a = 0;
#10 $stop;
end
//显示输出结果
always@(en or a or b or z)
begin
$display("At time %t, input is %b%b%b, output is %b", $time, a, b, en, z);
end
endmodule
下面是测试模块执行时产生的输出和功能仿真波形：
4.2 时序检测器
下面是一个时序检测器的验证实例。被测模型用于检测数据线上连续三个1的序列。在时钟的每个上升沿检查数据。
module Count3_1s(Data, Clock, Detect3_1s);
input Data, Clock;
output Detect3_1s;
integer Count;
reg Detect3_1s;
initial
begin
Count = 0;
Detect3_1s = 0;
end
always@(posedge Clock)
begin
if(Data == 1)
Count = Count + 1;
else
Count = 0;
if(Count>=3)
Detect3_1s = 1;
else
Detect3_1s = 0;
end
endmodule
测试模块：
`timescale 1ns/100ps
module testbench;
reg Data, Clock;
wire Detect;
integer Out_file;
// 待测试模块的应用实例
Count3_1s DUT(Data,Clock,Detect); // 位置关联方式
initial
begin
Clock = 0;
forever
#5 Clock = ~Clock;
end
initial
begin
Data = 0;
#5 Data = 1;
#40 Data = 0;
#10 Data = 1;
#40 Data = 0;
#20 $stop; // 仿真结束
end
// 创建一个记录文件：
initial
Out_file = $fopen("results.txt");
// 在文件中保存监控信息
always@(posedge Clock)
begin
if(Detect == 1'b1)
$fwrite(Out_file,"At time %t, Detect out is 1\n", $time);
end
endmodule
测试结果：
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